一种耐老化改性天然橡胶复合材料
技术领域
本发明涉及橡胶材料技术领域,尤其涉及一种耐老化改性天然橡胶复合材料。
背景技术
天然橡胶在常温下具有较高的弹性,稍带塑性,具有非常好的机械强度,滞后损失小,在多次变形时生热低,因此其耐屈挠性也很好,并且其抗震和降噪效果明显,目前,已被广泛应用于电缆、管道等领域。但是,天然橡胶的化学成分主要是顺-1,4-聚异戊二烯,其含有大量的不饱和双键,容易与空气中的氧进行自动催化反应,使分子断链或过度交联,橡胶发生黏化和龟裂,较大限制了其在实际中的应用。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种耐老化改性天然橡胶复合材料,其强度高,耐热性和耐老化性好,能满足电缆、胶管等多种领域的使用要求。
本发明提出的一种耐老化改性天然橡胶复合材料,其原料按重量份包括:天然橡胶100份、顺丁橡胶20-35份、丁苯橡胶20-40份、丁腈橡胶5-25份、环氧化天然橡胶2-5份、纳米氧化锌1-4份、硬脂酸1-3份、硫黄0.1-1份、过氧化二异丙苯0.2-1.5份、偏苯三酸三烯丙酯0.01-0.2份、对叔丁基酚醛树脂0.1-0.5份、纳米碳酸钙3-15份、沉淀法白炭黑5-15份、紫炭黑5-20份、纳米微晶纤维素3-12份、纳米二氧化硅3-15份、防老剂0.5-2.5份、异丙基黄原酸钾0.1-0.5份、二苄胺0.2-0.5份、四氢糠胺0.2-1份、三油酰基钛酸异丙酯0.5-2.5份、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷0.3-2份、二硬脂酸二甘醇二酯1-2.5份、聚己二酸乙二醇酯1-3份。
优选地,其原料中,天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶的重量比为100:26-33:27-36:9-21。
优选地,其原料中,纳米氧化锌、硫黄、过氧化二异丙苯、偏苯三酸三烯丙酯、对叔丁基酚醛树脂、异丙基黄原酸钾、二苄胺、四氢糠胺的重量比为2.1-3.5:0.3-0.8:0.6-1.3:0.09-0.15:0.22-0.4:0.2-0.4:0.25-0.42:0.46-0.8。
优选地,其原料按重量份包括:天然橡胶100份、顺丁橡胶30份、丁苯橡胶32份、丁腈橡胶15份、环氧化天然橡胶3.4份、纳米氧化锌2.1份、硬脂酸2.1份、硫黄0.5份、过氧化二异丙苯1份、偏苯三酸三烯丙酯0.1份、对叔丁基酚醛树脂0.3份、纳米碳酸钙12份、沉淀法白炭黑10份、紫炭黑15份、纳米微晶纤维素11份、纳米二氧化硅12份、防老剂2份、异丙基黄原酸钾0.25份、二苄胺0.34份、四氢糠胺0.56份、三油酰基钛酸异丙酯2份、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷1.4份、二硬脂酸二甘醇二酯2.1份、聚己二酸乙二醇酯2.6份。
优选地,所述纳米氧化锌为粒径为20-35nm的纳米氧化锌、粒径为40-80nm的纳米氧化锌按重量比为4-9:1-5的混合物。
优选地,所述防老剂为三壬基苯基亚磷酸酯、2,2′-亚乙基双(4,6-二叔戊基苯酚)、2-[3-(2H-苯并三唑-2-基)-4-羟基苯基]乙基2-甲基丙烯酸酯、硫脲类防老剂中的一种或者多种的混合物。
优选地,所述硫脲类防老剂按照以下工艺进行制备:在氮气的保护下,按重量份将100-150份对氨基二苯胺、5-10份硫脲和0.01-0.05份乙酸锌加入35-60份二甲苯中,搅拌均匀后升温至120-135℃,反应2-3.5h,反应结束后自然冷却至室温,然后经过滤、洗涤、干燥得到所述硫脲类防老剂。
优选地,所述硫脲类防老剂按照以下工艺进行制备:在氮气的保护下,按重量份将120份对氨基二苯胺、8.5份硫脲和0.04份乙酸锌加入50份二甲苯中,搅拌均匀后升温至130℃,反应2.8h,反应结束后自然冷却至室温,然后经过滤、洗涤、干燥得到所述硫脲类防老剂;在硫脲类防老剂的制备过程中,以对氨基二苯胺和硫脲为原料,以乙酸锌为催化剂,以二甲苯为溶剂,通过控制反应的条件,使对氨基二苯胺中的伯胺与硫脲中的氨基发生了亲核取代反应,生成了硫脲类防老剂,将其加入体系中,其中的对氨基二苯胺与生成的硫脲结构具有协同防老作用,显著提高了复合材料的耐臭氧性能,与三壬基苯基亚磷酸酯、2,2′-亚乙基双(4,6-二叔戊基苯酚)、2-[3-(2H-苯并三唑-2-基)-4-羟基苯基]乙基2-甲基丙烯酸酯中的一种或者多种配合后,具有协同作用,赋予复合材料优异的耐热性和耐老化性,同时赋予复合材料良好的韧性。
本发明所述耐老化改性天然橡胶复合材料可以按照常规的天然橡胶制备工艺,将各原料按配比混合后经混炼、硫化得到,其中硫化的温度为135-155℃,硫化的时间为50-80min,硫化的压力为11-14MPa。
本发明所述耐老化改性天然橡胶复合材料,以天然橡胶为主料,赋予复合材料优异的耐热、耐候性,同时并入了顺丁橡胶、丁苯橡胶进行改性,四者在丁腈橡胶、环氧化天然橡胶、三油酰基钛酸异丙酯和乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷的作用下,克服了天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶三者在分子链结构和活动能力上存在的差异,改善了胶料混合的均匀性,改善了体系的加工性能,并且减小混炼能耗,在保持体系原有的耐磨性的前提下,增加了胶料的耐老化性能、耐油性和耐低温性;纳米氧化锌与异丙基黄原酸钾、二苄胺、四氢糠胺按1-4:0.1-0.5:0.2-0.5:0.2-1的比例加入体系中,具有最优的协同作用,改善了体系的硫化性能,使复合材料的耐磨性和耐热氧老化性提高,但拉伸强度和拉断伸长率有所下降;以硫黄、过氧化二异丙苯作为体系的硫化剂,以偏苯三酸三烯丙酯和对叔丁基酚醛树脂作为体系的活化剂,赋予复合材料优异的硫化性能,显著提高了复合材料的耐磨性;纳米微晶纤维素加入体系中,与沉淀法白炭黑和纳米二氧化硅配合,明显减弱了体系的Payne效应,改善了复合材料的力学性能和抗屈挠龟裂性能,同时降低压缩疲劳温升和压缩永久形变;纳米碳酸钙加入体系中,在体系中分散均匀,且与基体的界面结合力增强,与紫炭黑配合后,体系的大分子链的运动受限,复合材料的应力软化效应更为明显,应力松弛程度减小,松弛速度降低,同时提高了复合材料的拉伸强度、撕裂强度、定伸应力、硬度和拉断伸长率,改善了因纳米氧化锌与异丙基黄原酸钾、二苄胺、四氢糠胺的加入引起的拉伸强度和拉断伸长率下降的缺陷,并与防老剂配合提高了硫化胶的热稳定性。
对本发明所述耐老化改性天然橡胶复合材料进行性能检测,其拉伸强度≥48MPa,断裂伸长率≥582%;经100℃×24h的热空气老化后,拉伸强度保持率≥96.2%,断裂伸长率保持率≥94.9%;由以上数据可知,本发明所述耐老化改性天然橡胶复合材料强度高,耐老化性好。
具体实施方式
下面,通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种耐老化改性天然橡胶复合材料,其原料按重量份包括:天然橡胶100份、顺丁橡胶35份、丁苯橡胶20份、丁腈橡胶25份、环氧化天然橡胶2份、纳米氧化锌4份、硬脂酸1份、硫黄1份、过氧化二异丙苯0.2份、偏苯三酸三烯丙酯0.2份、对叔丁基酚醛树脂0.1份、纳米碳酸钙15份、沉淀法白炭黑5份、紫炭黑20份、纳米微晶纤维素3份、纳米二氧化硅15份、防老剂0.5份、异丙基黄原酸钾0.5份、二苄胺0.2份、四氢糠胺1份、三油酰基钛酸异丙酯0.5份、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷2份、二硬脂酸二甘醇二酯1份、聚己二酸乙二醇酯3份。
实施例2
本发明提出的一种耐老化改性天然橡胶复合材料,其原料按重量份包括:天然橡胶100份、顺丁橡胶20份、丁苯橡胶40份、丁腈橡胶5份、环氧化天然橡胶5份、纳米氧化锌1份、硬脂酸3份、硫黄0.1份、过氧化二异丙苯1.5份、偏苯三酸三烯丙酯0.01份、对叔丁基酚醛树脂0.5份、纳米碳酸钙3份、沉淀法白炭黑15份、紫炭黑5份、纳米微晶纤维素12份、纳米二氧化硅3份、2,2′-亚乙基双(4,6-二叔戊基苯酚)2.5份、异丙基黄原酸钾0.1份、二苄胺0.5份、四氢糠胺0.2份、三油酰基钛酸异丙酯2.5份、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷0.3份、二硬脂酸二甘醇二酯2.5份、聚己二酸乙二醇酯1份。
实施例3
本发明提出的一种耐老化改性天然橡胶复合材料,其原料按重量份包括:天然橡胶100份、顺丁橡胶33份、丁苯橡胶27份、丁腈橡胶21份、环氧化天然橡胶3份、纳米氧化锌3.5份、硬脂酸1.9份、硫黄0.8份、过氧化二异丙苯0.6份、偏苯三酸三烯丙酯0.15份、对叔丁基酚醛树脂0.4份、纳米碳酸钙9份、沉淀法白炭黑11份、紫炭黑14份、纳米微晶纤维素12份、纳米二氧化硅10份、硫脲类防老剂2.1份、异丙基黄原酸钾0.2份、二苄胺0.42份、四氢糠胺0.46份、三油酰基钛酸异丙酯2.2份、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷1.2份、二硬脂酸二甘醇二酯2.2份、聚己二酸乙二醇酯1.8份;
其中,所述纳米氧化锌为粒径为35nm的纳米氧化锌、粒径为40nm的纳米氧化锌按重量比为9:1的混合物;
所述硫脲类防老剂按照以下工艺进行制备:在氮气的保护下,按重量份将100份对氨基二苯胺、10份硫脲和0.01份乙酸锌加入60份二甲苯中,搅拌均匀后升温至120℃,反应3.5h,反应结束后自然冷却至室温,然后经过滤、洗涤、干燥得到所述硫脲类防老剂。
实施例4
本发明提出的一种耐老化改性天然橡胶复合材料,其原料按重量份包括:天然橡胶100份、顺丁橡胶26份、丁苯橡胶36份、丁腈橡胶9份、环氧化天然橡胶3.5份、纳米氧化锌2.1份、硬脂酸2.3份、硫黄0.3份、过氧化二异丙苯1.3份、偏苯三酸三烯丙酯0.09份、对叔丁基酚醛树脂0.22份、纳米碳酸钙12.5份、沉淀法白炭黑8份、紫炭黑15.5份、纳米微晶纤维素5.8份、纳米二氧化硅12.8份、2-[3-(2H-苯并三唑-2-基)-4-羟基苯基]乙基2-甲基丙烯酸酯1份、硫脲类防老剂0.7份、异丙基黄原酸钾0.4份、二苄胺0.25份、四氢糠胺0.8份、三油酰基钛酸异丙酯1.8份、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷1.7份、二硬脂酸二甘醇二酯1.8份、聚己二酸乙二醇酯2.7份;
其中,所述纳米氧化锌为粒径为20nm的纳米氧化锌、粒径为80nm的纳米氧化锌按重量比为4:5的混合物;
所述硫脲类防老剂按照以下工艺进行制备:在氮气的保护下,按重量份将150份对氨基二苯胺、5份硫脲和0.05份乙酸锌加入35份二甲苯中,搅拌均匀后升温至135℃,反应2h,反应结束后自然冷却至室温,然后经过滤、洗涤、干燥得到所述硫脲类防老剂。
实施例5
本发明提出的一种耐老化改性天然橡胶复合材料,其原料按重量份包括:天然橡胶100份、顺丁橡胶30份、丁苯橡胶32份、丁腈橡胶15份、环氧化天然橡胶3.4份、纳米氧化锌2.1份、硬脂酸2.1份、硫黄0.5份、过氧化二异丙苯1份、偏苯三酸三烯丙酯0.1份、对叔丁基酚醛树脂0.3份、纳米碳酸钙12份、沉淀法白炭黑10份、紫炭黑15份、纳米微晶纤维素11份、纳米二氧化硅12份、2,2′-亚乙基双(4,6-二叔戊基苯酚)0.5份、2-[3-(2H-苯并三唑-2-基)-4-羟基苯基]乙基2-甲基丙烯酸酯1.2份、硫脲类防老剂0.3份、异丙基黄原酸钾0.25份、二苄胺0.34份、四氢糠胺0.56份、三油酰基钛酸异丙酯2份、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷1.4份、二硬脂酸二甘醇二酯2.1份、聚己二酸乙二醇酯2.6份;
其中,所述纳米氧化锌为粒径为30nm的纳米氧化锌、粒径为50nm的纳米氧化锌按重量比为7:3的混合物;
所述硫脲类防老剂按照以下工艺进行制备:在氮气的保护下,按重量份将120份对氨基二苯胺、8.5份硫脲和0.04份乙酸锌加入50份二甲苯中,搅拌均匀后升温至130℃,反应2.8h,反应结束后自然冷却至室温,然后经过滤、洗涤、干燥得到所述硫脲类防老剂。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。