CN105949545A - 一种含有硅烷偶联剂及纳米碳管的橡胶组合物及其制备方法 - Google Patents

一种含有硅烷偶联剂及纳米碳管的橡胶组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及橡胶制备领域，涉及一种含有硅烷偶联剂及纳米碳管的橡胶组合物及其制备方法。包括以下物质：橡胶；硅烷偶联剂；0.1‑5重量份的纳米碳管；白炭黑；助剂；助剂包括软化剂、防老剂、硫黄、硫化促进剂。步骤：将橡胶、硅烷偶联剂、纳米碳管、白炭黑加入水中进行混合，制备悬浮液；往悬浮液中加入絮凝剂，干燥；加入到密炼机中，加入软化剂和防老剂，混炼；第二次混炼，冷却排胶；将排胶加入硫磺和硫化促进剂进行翻炼下片即得。由于碳纳米管的特殊结构与硅烷偶联剂的基团作用，可以使得橡胶中各添加剂混合更为均匀，橡胶成品性质更加稳定，同时橡胶在机械耐磨性，防腐蚀性、回弹性、低压缩永久变形性等方面的性能有了显著提升。

Description

一种含有硅烷偶联剂及纳米碳管的橡胶组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及橡胶制备领域，涉及含有硅烷偶联剂的橡胶组合物，尤其涉及一种含有硅烷偶联剂及纳米碳管的橡胶组合物及其制备方法。
背景技术
由于硅烷偶联剂改性橡胶具有优异的综合性能，使其在电子、航空、化工、汽车和仪表等行业以及在日常生活和医疗卫生等各个领域中获得了广泛应用。随着科技的发展，橡胶中加入的特殊添加剂随之增多，橡胶在其他方面比如压缩永久变形方面以及回弹率等方面也提出以一些新的要求。碳纳米管具有优异的机械、电学、热学等方面的性质，近来一直是各种材料添加剂研究的热点，作为添加剂进行掺杂。碳纳米管的结构可以作为弹性增强填充剂，碳纳米管是中间六边形，末端五边形的结构，性质类似于富勒烯，其空间形状可以想象成单层石墨片卷成具有末端无缝盖，并且具有1000或者更高的长径比的一种无缺陷结构。碳纳米管有单壁和多壁之分，将碳纳米管掺杂具有弹性的弹性体中，加以特殊方法处理，可以改进弹性体的一些性能，但是目前相关有效报道较少，具体深入研究有待于工作者进一步开发。
发明内容
本发明针对现有技术不足，提供一种新型的含有硅烷偶联剂及纳米碳管的橡胶组合物及其制备方法。为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种橡胶组合物，包括以下物质：
50-100重量份的橡胶；
5-20重量份的硅烷偶联剂，此重量份按纯的硅烷偶联剂计算；
0.1-5重量份的纳米碳管；
10-80重量份的白炭黑；
5-15重量份的助剂；
所述助剂包括软化剂、防老剂、硫黄、硫化促进剂。
作为优选，所述橡胶为丁苯橡胶，所述硅烷偶联剂为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物。
作为优选，所述软化剂为石蜡，所述防老剂为聚乙烯蜡，所述硫化促进剂为二硫代氨基甲酸盐。
作为优选，所述纳米碳管为掺杂了氢、硼、氮、氧、氟、硅、磷、硫、氯或者含有过渡金属、过渡金属化合物或者碱金属中的至少一种物质。
一种制备上述橡胶组合物的方法，包括以下步骤：
(1)将橡胶、硅烷偶联剂、纳米碳管、白炭黑加入水中进行混合，制备悬浮液，其中水的质量占总质量的70-85％，得到悬浮液a；
(2)往悬浮液a中加入絮凝剂CaCl2，加入质量占总质量的5-10％，然后干燥，得到絮凝胶b；
(3)将絮凝胶b加入到密炼机中，然后加入软化剂和防老剂，然后启动密炼机进行第一次混炼，时间为2-3分钟，温度为65-70℃；
(4)启动密炼机进行第二次混炼，时间为1-3分钟，温度为70-100℃，然后冷却排胶；
(5)将步骤(4)中的排胶排到压片机上并加入硫磺和硫化促进剂进行翻炼，时间为1-1.5分钟，下片即得。
作为优选，所述硫磺加入的质量分数为2-5％，所述硫化促进剂加入的质量分数为1-2％。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，本发明使用硅烷偶联剂双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物与碳纳米管以及白炭黑等添加剂掺杂到橡胶中，并采用特殊方法进行加工，由于碳纳米管的特殊结构与硅烷偶联剂的基团作用，可以使得橡胶中各添加剂混合更为均匀，橡胶成品性质更加稳定，同时橡胶在其他方面的性能，例如机械耐磨性，防腐蚀性、回弹性、低压缩永久变形性等方面的性能有了显著提升。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
实施例1，本实施例提供一种橡胶组合物及其制备方法，包括的物质有50重量份的丁苯橡胶；5重量份的双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物，此重量份按纯的硅烷偶联剂计算；0.1重量份的纳米碳管；10重量份的白炭黑；5重量份的软化剂、防老剂、硫黄、硫化促进剂混合物各物质加入质量相同，其中软化剂为石蜡，防老剂为聚乙烯蜡，硫化促进剂为二硫代氨基甲酸盐。
制备方法如下：首先将橡胶、硅烷偶联剂、纳米碳管、白炭黑加入水中进行混合，制备悬浮液，其中水的质量占总质量的70％，得到悬浮液；往悬浮液中加入絮凝剂CaCl2，加入质量占总质量的5％，然后干燥，得到絮凝胶；将絮凝胶加入到密炼机中，然后加入软化剂和防老剂，然后启动密炼机进行第一次混炼，时间为2分钟，温度为65℃；启动密炼机进行第二次混炼，时间为1分钟，温度为70℃，然后冷却排胶；将排胶排到压片机上并加入硫磺和硫化促进剂进行翻炼，时间为1分钟，下片即得。
实施例2，本实施例提供一种橡胶组合物及其制备方法，包括的物质有60重量份的丁苯橡胶；15重量份的双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物，此重量份按纯的硅烷偶联剂计算；2重量份的纳米碳管；50重量份的白炭黑；10重量份的软化剂、防老剂、硫黄、硫化促进剂混合物(质量比例为1：2：2：1)，其中软化剂为石蜡，防老剂为聚乙烯蜡，硫化促进剂为二硫代氨基甲酸盐。
制备方法如下：首先将橡胶、硅烷偶联剂、纳米碳管、白炭黑加入水中进行混合，制备悬浮液，其中水的质量占总质量的85％，得到悬浮液；往悬浮液中加入絮凝剂CaCl2，加入质量占总质量的10％，然后干燥，得到絮凝胶；将絮凝胶加入到密炼机中，然后加入软化剂和防老剂，然后启动密炼机进行第一次混炼，时间为3分钟，温度为70℃；启动密炼机进行第二次混炼，时间为3分钟，温度为100℃，然后冷却排胶；将排胶排到压片机上并加入硫磺和硫化促进剂进行翻炼，时间为1.5分钟，下片即得。
实施例3，本实施例提供一种橡胶组合物及其制备方法，包括的物质有100重量份的丁苯橡胶；20重量份的双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物，此重量份按纯的硅烷偶联剂计算；0.8重量份的纳米碳管；75重量份的白炭黑；15重量份的软化剂、防老剂、硫黄、硫化促进剂混合物(质量比例为2：3：5：1)，其中软化剂为石蜡，防老剂为聚乙烯蜡，硫化促进剂为二硫代氨基甲酸盐。
制备方法如下：首先将橡胶、硅烷偶联剂、纳米碳管、白炭黑加入水中进行混合，制备悬浮液，其中水的质量占总质量的75％，得到悬浮液；往悬浮液中加入絮凝剂CaCl2，加入质量占总质量的8％，然后干燥，得到絮凝胶；将絮凝胶加入到密炼机中，然后加入软化剂和防老剂，然后启动密炼机进行第一次混炼，时间为2.5分钟，温度为68℃；启动密炼机进行第二次混炼，时间为1.5分钟，温度为80℃，然后冷却排胶；将排胶排到压片机上并加入硫磺和硫化促进剂进行翻炼，时间为1分钟，下片即得。
实施例4，本实施例提供一种橡胶组合物及其制备方法，包括的物质有80重量份的丁苯橡胶；18重量份的双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物，此重量份按纯的硅烷偶联剂计算；0.5重量份的纳米碳管；12重量份的白炭黑；15重量份的软化剂、防老剂、硫黄、硫化促进剂混合物(质量比为3：1：1：2)，其中软化剂为石蜡，防老剂为聚乙烯蜡，硫化促进剂为二硫代氨基甲酸盐。
制备方法如下：首先将橡胶、硅烷偶联剂、纳米碳管、白炭黑加入水中进行混合，制备悬浮液，其中水的质量占总质量的79％，得到悬浮液；往悬浮液中加入絮凝剂CaCl2，加入质量占总质量的8％，然后干燥，得到絮凝胶；将絮凝胶加入到密炼机中，然后加入软化剂和防老剂，然后启动密炼机进行第一次混炼，时间为2.2分钟，温度为66℃；启动密炼机进行第二次混炼，时间为1.5分钟，温度为85℃，然后冷却排胶；将排胶排到压片机上并加入硫磺和硫化促进剂进行翻炼，时间为1.5分钟，下片即得。
将实施例1-4制得的橡胶片性能进行检测，结果如表1所示。
表1实施例1-4制得的橡胶性能检测结果
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种橡胶组合物，其特征在于，包括以下物质：
50-100重量份的橡胶；
5-20重量份的硅烷偶联剂，此重量份按纯的硅烷偶联剂计算；
0.1-5重量份的纳米碳管；
10-80重量份的白炭黑；
5-15重量份的助剂；
所述助剂包括软化剂、防老剂、硫黄、硫化促进剂。
2.根据权利要求1所述的一种橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶为丁苯橡胶，所述硅烷偶联剂为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物。
3.根据权利要求1所述的一种橡胶组合物，其特征在于，所述软化剂为石蜡，所述防老剂为聚乙烯蜡，所述硫化促进剂为二硫代氨基甲酸盐。
4.根据权利要求1所述的一种橡胶组合物，其特征在于，所述纳米碳管为掺杂了氢、硼、氮、氧、氟、硅、磷、硫、氯或者含有过渡金属、过渡金属化合物或者碱金属中的至少一种物质。
5.一种制备权利要求1-4任意一项所述橡胶组合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将橡胶、硅烷偶联剂、纳米碳管、白炭黑加入水中进行混合，制备悬浮液，其中水的质量占总质量的70-85％，得到悬浮液a；
(2)往悬浮液a中加入絮凝剂CaCl2，加入质量占总质量的5-10％，然后干燥，得到絮凝胶b；
(3)将絮凝胶b加入到密炼机中，然后加入软化剂和防老剂，然后启动密炼机进行第一次混炼，时间为2-3分钟，温度为65-70℃；
(4)启动密炼机进行第二次混炼，时间为1-3分钟，温度为70-100℃，然后冷却排胶；
(5)将步骤(4)中的排胶排到压片机上并加入硫磺和硫化促进剂进行翻炼，时间为1-1.5分钟，下片即得。
6.根据权利要求5所述的一种制备橡胶组合物的方法，其特征在于，所述硫磺加入的质量分数为2-5％，所述硫化促进剂加入的质量分数为1-2％。
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