CN105646937A - 一种含碲硫化剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种含碲硫化剂及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于橡胶材料领域，具体涉及一种含碲硫化剂及其制备方法与应用。本发明将硫磺与碲粉混合后，加入催化剂强碱溶液，然后与气态烯烃480℃～490℃反应180～360min，得到含碲硫化剂；本发明用硫的同族物碲取代硫单质，制成一种含碲硫化剂，制备方法，操作简单，陈本低，易于工业化生产。且该含碲硫化剂高温下不容易软化、热稳定性良好、化学稳定性良好。

Description

一种含碲硫化剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于橡胶材料领域，具体涉及一种含碲硫化剂及其制备方法与应用。
背景技术
近些年，汽车行业在我国的工业地位日益重要。然而汽车轮胎的质量直接关系到汽车的行驶性能及质量性能，支撑负荷、缓解汽车冲力等都是轮胎的主要作用。
经过60多年的发展，我国己成为世界轮胎生产大国。在轮胎制造行业，我国大力应用新技术完善工业体系，以安全环保经济为中心，紧跟世界轮胎行业发展的步伐，通过不断的研究，已取得了一些具有国际领导性意义的科研成果。
轮胎的生产工艺主要包括：原材料加工、配料、生胶塑炼、胶料混炼、帘帆布压延、胎面挤出、轮胎部件制造、轮胎成型、生胎定型和硫化。其中，轮胎硫化是轮胎生产的最后过程，此过程对轮胎性能的影响至关重要。
因为轮胎是厚的橡胶制品，橡胶材料在导热方面性能较差，所以我国的轮胎(特别是货车轮胎)存在严重的硫化效应不均匀问题，严重影响了轮胎的质量，不仅带来工作不便还导致大量的能源浪费。
单质硫在130～160℃时处于熔融状态，黏度最小，流动性最好。
其作为硫化剂有以下优点：硫含量高、原材料来源广泛且廉价、环境污染小、能稳定置于空气中、存储运输方便等，但硫单质诸多缺点也限制了其作为硫化剂的应用：其一，硫化过程中单质硫易升华，容易造成硫原料大量流失使得管路堵塞；其二，升华的硫单质在高温条件下会与空气中的氧气发生化学反应，生成SO2有毒气体，不仅对人体有害而且会污染环境；其三，反应剧烈放热容易使催化剂上面的金属聚焦烧毁，使催化剂失去活性。
发明内容
为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种含碲硫化剂的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的含碲硫化剂，该硫化剂具有高强、热稳定等特点，可提高橡胶轮胎的使用寿命。
本发明的再一目的在于上述含碲硫化剂的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种含碲硫化剂的制备方法，包含如下步骤：
(1)将硫磺粉末与碲粉按照质量比(50:1)～(1:1.5)混合后，加入pH值为8.0～9.0的强碱溶液混匀，得到混合物；
(2)将步骤(1)制得的混合物与气态烯烃在温度为480℃～490℃的条件下反应180～360min，得到含碲硫化剂；
步骤(1)中所述的硫磺粉末与碲粉的质量比优选为(25:1)～(5:1)；
步骤(1)中所述的硫磺的硫含量优选≥90％；
步骤(1)中所述的碲粉的碲含量优选≥90％；
步骤(1)中所述的强碱溶液优选为NaOH或KOH溶液；
步骤(1)中所述的强碱溶液的用量为硫磺和碲粉总质量的1％～5％；
步骤(2)中所述的气态烯烃为正丁烯或异丁烯；
步骤(2)中所述的气态烯烃的用量为硫磺和碲粉总摩尔量的40％；
步骤(2)中所述的反应的时间优选为300min；
步骤(2)中所述的反应优选在高压反应釜中进行；
一种含碲硫化剂，通过上述方法制备得到；
所述的含碲硫化剂在橡胶材料领域中的应用；
本发明的原理主要是：硫的熔点为115℃，碲的熔点为452℃，硫磺与烯烃之间的不饱和键在氧气下容易被氧化断裂且容易发生硫化还原反应，含硫量高的硫化剂在高温下热稳定性差易软化；用硫的同族物碲取代硫单质不仅热稳定性良好，且硫化速率慢，能弥补硫化还原反应所造成的损失。本发明选择合适的温度使硫和碲充分熔融混合反应，无机强碱作为催化剂，显著提高合成转化率。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明用硫的同族物碲取代硫单质，制成一种新型硫化剂应用于轮胎中，解决了硫单质升华造成的原材料浪费问题，是一种优良的新型橡胶轮胎硫化剂材料。
(2)本发明制得的含碲硫化剂高温下不容易软化、热稳定性良好、化学稳定性良好。
(3)本发明提供的含碲硫化剂的制备方法，操作简单，陈本低，易于工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)将硫粉(硫含量95％)与碲粉(碲含量95％)按质量比为25:1混合后，置于高压反应釜中，加入pH为8.0的NaOH溶液，得到混合物；其中，NaOH溶液的用量为硫磺和碲粉总质量的1％；
(2)在步骤(1)中的高压反应釜中注入异丁烯气体，异丁烯用量为硫磺和碲粉总摩尔量的40％；将反应体系温度缓慢升高至480℃后恒温反应300min，得到含碲硫化剂，其中，碲的质量百分比为1.57％；
本实施例制得的含碲硫化剂的分解温度见表1，与正丁基硫醇和二甲基二硫化物相比，本实施例制得的含碲硫化剂热稳定性显著提高。
表1实施例1制得的含碲硫化剂的分解温度
实施例2
(1)将硫粉(硫含量95％)与碲粉(碲含量95％)按质量比为10:1混合后，置于高压反应釜中，加入pH为8.5的NaOH溶液，得到混合物；其中，NaOH溶液的用量为硫磺和碲粉总质量的3％；
(2)在步骤(1)中的高压反应釜中注入异丁烯气体，异丁烯用量为硫磺和碲粉总摩尔量的40％；将反应体系温度缓慢升高至485℃后恒温反应300min，得到含有含碲硫化剂，其中，碲的质量百分比为3.14％；
本实施例制得的含碲硫化剂的分解温度见表2，与正丁基硫醇和二甲基二硫化物相比，本实施例制得的含碲硫化剂热稳定性显著提高。
表2实施例2制得的含碲硫化剂的分解温度
实施例3
(1)将硫粉(硫含量95％)与碲粉(碲含量95％)按质量比为5:1混合后，置于高压反应釜中，加入pH为9.0的NaOH溶液，得到混合物；其中，NaOH溶液的用量为硫磺和碲粉总质量的5％；
(2)在步骤(1)中的高压反应釜中注入异丁烯气体，异丁烯用量为硫磺和碲粉总摩尔量的40％；将反应体系温度缓慢升高至490℃后恒温反应300min，得到含碲硫化剂，其中，碲的质量百分比为7.77％；
本实施例制得的含碲硫化剂的分解温度见表3，与正丁基硫醇和二甲基二硫化物相比，本实施例制得的含碲硫化剂热稳定性显著提高。
表3实施例3制得的含碲硫化剂的分解温度
实施例4
(1)将硫粉(硫含量95％)与碲粉(碲含量95％)按质量比为25:1混合后，置于高压反应釜中，加入pH为8.0的NaOH溶液，得到混合物；其中，NaOH溶液的用量为硫磺和碲粉总质量的1％；
(2)在步骤(1)中的高压反应釜中注入异丁烯气体，异丁烯用量为硫磺和碲粉总摩尔量的40％；将反应体系温度缓慢升高至480℃后恒温反应180、240、300、360min，得到含碲硫化剂，其中，不同时间制得的含碲硫化剂中碲含量如表4所示。本实施例制备得到的含碲硫化剂加入橡胶后，可提高橡胶的高温稳定性及抗氧化性，进而增加橡胶轮胎的使用寿命。
表4转化率与反应时间
实施例5
(1)将硫粉(硫含量95％)与碲粉(碲含量95％)按质量比为5:1混合后，置于高压反应釜中，加入pH为8.0的NaOH溶液，得到混合物；其中，NaOH溶液的用量为硫磺和碲粉总质量的5％；
(2)在步骤(1)中的高压反应釜中注入异丁烯气体，异丁烯用量为硫磺和碲粉总摩尔量的40％；将反应体系温度缓慢升高至480℃后恒温反应180、240、300、360min，得到含碲硫化剂，其中，不同时间制得的含碲硫化剂中碲含量如表4所示。本实施例制备得到的含碲硫化剂加入橡胶后，可提高橡胶的高温稳定性及抗氧化性，进而增加橡胶轮胎的使用寿命。
表5转化率与反应时间
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含碲硫化剂的制备方法，其特征在于包含如下步骤：
(1)将硫磺粉末与碲粉按照质量比(50:1)～(1:1.5)混合后，加入pH值为8.0～9.0的强碱溶液混匀，得到混合物；
(2)将步骤(1)制得的混合物与气态烯烃在温度为480℃～490℃的条件下反应180～360min，得到含碲硫化剂。
2.根据权利要求1所述的含碲硫化剂的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的硫磺粉末与碲粉的质量比为(25:1)～(5:1)。
3.根据权利要求1所述的含碲硫化剂的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的硫磺的硫含量≥90％；所述的碲粉的碲含量≥90％。
4.根据权利要求1所述的含碲硫化剂的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的强碱溶液为NaOH或KOH溶液。
5.根据权利要求1所述的含碲硫化剂的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的强碱溶液的用量为硫磺和碲粉总质量的1％～5％。
6.根据权利要求1所述的含碲硫化剂的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的气态烯烃为正丁烯或异丁烯。
7.根据权利要求1所述的含碲硫化剂的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的气态烯烃的用量为硫磺和碲粉总摩尔量的40％。
8.根据权利要求1所述的含碲硫化剂的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的反应的时间为300min。
9.一种含碲硫化剂，其特征在于：通过权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到。
10.权利要求9所述的含碲硫化剂在橡胶材料领域中的应用。
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