CN105968445A - 一种增强型复合橡胶材料及其制备方法 - Google Patents

一种增强型复合橡胶材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种增强型复合橡胶材料及其制备方法。包括下述步骤：先将无水乙醇、氨水和蒸馏水混合搅拌；将壳聚糖、正硅酸乙酯和无水乙醇混合超声，再将上述液体混合搅拌，过滤，洗涤至中性，分散于蒸馏水中得分散液，然后将天然胶乳、纳米二氧化硅和分散液混合搅拌，加入氯化钙破乳沉降；将胶块剪小洗涤，烘干得胶料，再将胶料和氧化镁、氧化锌、2‑硫醇基苯骈噻唑、丁基黄原酸锌、N‑环已基‑2‑苯并噻唑次磺酰胺进行混炼，加入N,N‑四甲基二硫双硫羰胺和硫磺混炼，最后用平板硫化机硫化成型即得。本发明的增强型复合橡胶材料具有良好的力学性能，弹性和韧性都较佳，同时具有很好的耐老化性能，使用寿命长。

Description

一种增强型复合橡胶材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料领域，具体涉及一种增强型复合橡胶材料及其制备方法。
背景技术
随着经济社会的快速发展，材料也的发展得到了巨大的进步，已成为人们生产生活中必不可少的一部分。材料主要可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和不同类型材料所组成的复合材料，近年来，尤以高分子材料和复合材料发展迅速，橡胶复合材料就是其中一种。而天然胶乳属于橡胶类的热塑性合成树脂，其特点是高弹性、粘接时成膜性能良好、胶膜富于柔韧性，因而使胶膜具有优异的耐屈挠性、抗震性和耐蠕变性能。因此，以天然胶乳为主料，研究开发具有良好的综合性能的复合橡胶材料具有广阔的市场和应用前景。
发明内容
要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种增强型复合橡胶材料，具有良好的力学性能，弹性和韧性都较佳，同时具有很好的耐老化性能，使用寿命长。
技术方案：一种增强型复合橡胶材料，由以下成分以重量份制备而成：天然胶乳100-130份、氧化镁2-5份、氧化锌1-2份、氯化钙2-4份、壳聚糖5-10份、2-硫醇基苯骈噻唑1-3份、丁基黄原酸锌1-2份、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺1-3份、N,N-四甲基二硫双硫羰胺1-2份、硫磺2-4份、纳米二氧化硅0.5-1份、正硅酸乙酯4-7份、无水乙醇60-70份、氨水7-10份、蒸馏水25-35份。
进一步优选的，所述的一种增强型复合橡胶材料，由以下成分以重量份制备而成：天然胶乳110-120份、氧化镁3-4份、氧化锌1.3-1.7份、氯化钙2.5-3.5份、壳聚糖6-9份、2-硫醇基苯骈噻唑1.5-2.5份、丁基黄原酸锌1.2-1.8份、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.5-2.5份、N,N-四甲基二硫双硫羰胺1.2-1.7份、硫磺2.5-3.5份、纳米二氧化硅0.6-0.9份、正硅酸乙酯5-6份、无水乙醇62-67份、氨水8-9份、蒸馏水27-32份。
上述增强型复合橡胶材料的制备方法包括以下步骤：
（1） 将15-20份无水乙醇、氨水和蒸馏水混合搅拌5-10分钟；
（2） 将壳聚糖、正硅酸乙酯和剩余无水乙醇混合，用超声仪超声10-25分钟；
（3） 将上述两种液体混合，用高速搅拌机在转速600-650r/min下搅拌2.5-3.5小时；
（4） 过滤，用无水乙醇和蒸馏水进行洗涤至中性，并分散于蒸馏水中得分散液；
（5） 将天然胶乳、纳米二氧化硅和分散液混合，搅拌2-2.5小时；
（6） 加入氯化钙使胶乳破乳沉降；
（7） 将胶块剪小，用蒸馏水洗涤；
（8） 放入烘箱中，在温度55-65℃下烘干得胶料；
（9） 将胶料和氧化镁、氧化锌、2-硫醇基苯骈噻唑、丁基黄原酸锌、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺加入密炼机中混炼5-10分钟；
（10） 加入N,N-四甲基二硫双硫羰胺和硫磺继续混炼10-15分钟；
（11） 用平板硫化机进行硫化成型即得，硫化温度为140-155℃，硫化压力为7-10MPa，硫化时间为20-30分钟。
进一步优选的，步骤（2）中搅拌时间为15-20分钟。
进一步优选的，步骤（3）中转速为610-640r/min，搅拌时间为3小时。
进一步优选的，步骤（5）中搅拌时间为2.25小时。
进一步优选的，步骤（8）中温度为60℃。
进一步优选的，步骤（9）中混炼时间为6-9分钟。
进一步优选的，步骤（10）中混炼时间为11-14分钟。
进一步优选的，步骤（11）中硫化温度为145-150℃，硫化压力为8-9MPa，硫化时间为25分钟。
有益效果：本发明的增强型复合橡胶材料具有良好的力学性能，老化前其拉伸强度和断裂伸长率分别达到了26.6MPa和279%，弹性和韧性都较佳，同时其具有很好的耐老化性能，在100℃下老化4天后其拉伸性能和断裂伸长率分别保持了70%以上和50%以上，使用寿命长。
具体实施方式
实施例1
一种增强型复合橡胶材料，由以下成分以重量份制备而成：天然胶乳100份、氧化镁2份、氧化锌1份、氯化钙2份、壳聚糖5份、2-硫醇基苯骈噻唑1份、丁基黄原酸锌1份、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺1份、N,N-四甲基二硫双硫羰胺1份、硫磺2份、纳米二氧化硅0.5份、正硅酸乙酯4份、无水乙醇60份、氨水7份、蒸馏水25份。
上述增强型复合橡胶材料的制备方法为：
（1） 将15份无水乙醇、氨水和蒸馏水混合搅拌5分钟；
（2） 将壳聚糖、正硅酸乙酯和剩余无水乙醇混合，用超声仪超声10分钟；
（3） 将上述两种液体混合，用高速搅拌机在转速600r/min下搅拌2.5小时；
（4） 过滤，用无水乙醇和蒸馏水进行洗涤至中性，并分散于蒸馏水中得分散液；
（5） 将天然胶乳、纳米二氧化硅和分散液混合，搅拌2小时；
（6） 加入氯化钙使胶乳破乳沉降；
（7） 将胶块剪小，用蒸馏水洗涤；
（8） 放入烘箱中，在温度55℃下烘干得胶料；
（9） 将胶料和氧化镁、氧化锌、2-硫醇基苯骈噻唑、丁基黄原酸锌、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺加入密炼机中混炼5分钟；
（10） 加入N,N-四甲基二硫双硫羰胺和硫磺继续混炼10分钟；
（11） 用平板硫化机进行硫化成型即得，硫化温度为140℃，硫化压力为7MPa，硫化时间为20分钟。
实施例2
一种增强型复合橡胶材料，由以下成分以重量份制备而成：天然胶乳110份、氧化镁3份、氧化锌1.3份、氯化钙2.5份、壳聚糖6份、2-硫醇基苯骈噻唑1.5份、丁基黄原酸锌1.2份、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.5份、N,N-四甲基二硫双硫羰胺1.2份、硫磺2.5份、纳米二氧化硅0.6份、正硅酸乙酯5份、无水乙醇62份、氨水8份、蒸馏水27份。
上述增强型复合橡胶材料的制备方法为：
（1） 将16份无水乙醇、氨水和蒸馏水混合搅拌6分钟；
（2） 将壳聚糖、正硅酸乙酯和剩余无水乙醇混合，用超声仪超声15分钟；
（3） 将上述两种液体混合，用高速搅拌机在转速610r/min下搅拌3小时；
（4） 过滤，用无水乙醇和蒸馏水进行洗涤至中性，并分散于蒸馏水中得分散液；
（5） 将天然胶乳、纳米二氧化硅和分散液混合，搅拌2.25小时；
（6） 加入氯化钙使胶乳破乳沉降；
（7） 将胶块剪小，用蒸馏水洗涤；
（8） 放入烘箱中，在温度60℃下烘干得胶料；
（9） 将胶料和氧化镁、氧化锌、2-硫醇基苯骈噻唑、丁基黄原酸锌、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺加入密炼机中混炼6分钟；
（10） 加入N,N-四甲基二硫双硫羰胺和硫磺继续混炼11分钟；
（11） 用平板硫化机进行硫化成型即得，硫化温度为145℃，硫化压力为8MPa，硫化时间为25分钟。
实施例3
一种增强型复合橡胶材料，由以下成分以重量份制备而成：天然胶乳115份、氧化镁3.5份、氧化锌1.5份、氯化钙3份、壳聚糖7.5份、2-硫醇基苯骈噻唑2份、丁基黄原酸锌1.5份、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺2份、N,N-四甲基二硫双硫羰胺1.5份、硫磺3份、纳米二氧化硅0.75份、正硅酸乙酯5.5份、无水乙醇65份、氨水8.5份、蒸馏水30份。
上述增强型复合橡胶材料的制备方法为：
（1） 将17份无水乙醇、氨水和蒸馏水混合搅拌7分钟；
（2） 将壳聚糖、正硅酸乙酯和剩余无水乙醇混合，用超声仪超声17分钟；
（3） 将上述两种液体混合，用高速搅拌机在转速625r/min下搅拌3小时；
（4） 过滤，用无水乙醇和蒸馏水进行洗涤至中性，并分散于蒸馏水中得分散液；
（5） 将天然胶乳、纳米二氧化硅和分散液混合，搅拌2.25小时；
（6） 加入氯化钙使胶乳破乳沉降；
（7） 将胶块剪小，用蒸馏水洗涤；
（8） 放入烘箱中，在温度60℃下烘干得胶料；
（9） 将胶料和氧化镁、氧化锌、2-硫醇基苯骈噻唑、丁基黄原酸锌、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺加入密炼机中混炼7分钟；
（10） 加入N,N-四甲基二硫双硫羰胺和硫磺继续混炼12分钟；
（11） 用平板硫化机进行硫化成型即得，硫化温度为148℃，硫化压力为8MPa，硫化时间为25分钟。
实施例4
一种增强型复合橡胶材料，由以下成分以重量份制备而成：天然胶乳120份、氧化镁4份、氧化锌1.7份、氯化钙3.5份、壳聚糖9份、2-硫醇基苯骈噻唑2.5份、丁基黄原酸锌1.8份、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺2.5份、N,N-四甲基二硫双硫羰胺1.7份、硫磺3.5份、纳米二氧化硅0.9份、正硅酸乙酯6份、无水乙醇67份、氨水9份、蒸馏水32份。
上述增强型复合橡胶材料的制备方法为：
（1） 将19份无水乙醇、氨水和蒸馏水混合搅拌9分钟；
（2） 将壳聚糖、正硅酸乙酯和剩余无水乙醇混合，用超声仪超声20分钟；
（3） 将上述两种液体混合，用高速搅拌机在转速640r/min下搅拌3小时；
（4） 过滤，用无水乙醇和蒸馏水进行洗涤至中性，并分散于蒸馏水中得分散液；
（5） 将天然胶乳、纳米二氧化硅和分散液混合，搅拌2.25小时；
（6） 加入氯化钙使胶乳破乳沉降；
（7） 将胶块剪小，用蒸馏水洗涤；
（8） 放入烘箱中，在温度60℃下烘干得胶料；
（9） 将胶料和氧化镁、氧化锌、2-硫醇基苯骈噻唑、丁基黄原酸锌、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺加入密炼机中混炼9分钟；
（10） 加入N,N-四甲基二硫双硫羰胺和硫磺继续混炼14分钟；
（11） 用平板硫化机进行硫化成型即得，硫化温度为150℃，硫化压力为9MPa，硫化时间为25分钟。
实施例5
一种增强型复合橡胶材料，由以下成分以重量份制备而成：天然胶乳130份、氧化镁5份、氧化锌2份、氯化钙4份、壳聚糖10份、2-硫醇基苯骈噻唑3份、丁基黄原酸锌2份、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺3份、N,N-四甲基二硫双硫羰胺2份、硫磺4份、纳米二氧化硅1份、正硅酸乙酯7份、无水乙醇70份、氨水10份、蒸馏水35份。
上述增强型复合橡胶材料的制备方法为：
（1） 将15-20份无水乙醇、氨水和蒸馏水混合搅拌10分钟；
（2） 将壳聚糖、正硅酸乙酯和剩余无水乙醇混合，用超声仪超声25分钟；
（3） 将上述两种液体混合，用高速搅拌机在转速650r/min下搅拌3.5小时；
（4） 过滤，用无水乙醇和蒸馏水进行洗涤至中性，并分散于蒸馏水中得分散液；
（5） 将天然胶乳、纳米二氧化硅和分散液混合，搅拌2.5小时；
（6） 加入氯化钙使胶乳破乳沉降；
（7） 将胶块剪小，用蒸馏水洗涤；
（8） 放入烘箱中，在温度65℃下烘干得胶料；
（9） 将胶料和氧化镁、氧化锌、2-硫醇基苯骈噻唑、丁基黄原酸锌、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺加入密炼机中混炼10分钟；
（10） 加入N,N-四甲基二硫双硫羰胺和硫磺继续混炼15分钟；
（11） 用平板硫化机进行硫化成型即得，硫化温度为155℃，硫化压力为10MPa，硫化时间为30分钟。
对比例1
本实施例与实施例5的区别在于不含有2-硫醇基苯骈噻唑。具体地说是：
一种增强型复合橡胶材料，由以下成分以重量份制备而成：天然胶乳130份、氧化镁5份、氧化锌2份、氯化钙4份、壳聚糖10份、丁基黄原酸锌2份、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺3份、N,N-四甲基二硫双硫羰胺2份、硫磺4份、纳米二氧化硅1份、正硅酸乙酯7份、无水乙醇70份、氨水10份、蒸馏水35份。
上述增强型复合橡胶材料的制备方法为：
（1） 将15-20份无水乙醇、氨水和蒸馏水混合搅拌10分钟；
（2） 将壳聚糖、正硅酸乙酯和剩余无水乙醇混合，用超声仪超声25分钟；
（3） 将上述两种液体混合，用高速搅拌机在转速650r/min下搅拌3.5小时；
（4） 过滤，用无水乙醇和蒸馏水进行洗涤至中性，并分散于蒸馏水中得分散液；
（5） 将天然胶乳、纳米二氧化硅和分散液混合，搅拌2.5小时；
（6） 加入氯化钙使胶乳破乳沉降；
（7） 将胶块剪小，用蒸馏水洗涤；
（8） 放入烘箱中，在温度65℃下烘干得胶料；
（9） 将胶料和氧化镁、氧化锌、丁基黄原酸锌、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺加入密炼机中混炼10分钟；
（10） 加入N,N-四甲基二硫双硫羰胺和硫磺继续混炼15分钟；
（11） 用平板硫化机进行硫化成型即得，硫化温度为155℃，硫化压力为10MPa，硫化时间为30分钟。
对比例2
本实施例与实施例5的区别在于不含有纳米二氧化硅。具体地说是：
一种增强型复合橡胶材料，由以下成分以重量份制备而成：天然胶乳130份、氧化镁5份、氧化锌2份、氯化钙4份、壳聚糖10份、2-硫醇基苯骈噻唑3份、丁基黄原酸锌2份、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺3份、N,N-四甲基二硫双硫羰胺2份、硫磺4份、正硅酸乙酯7份、无水乙醇70份、氨水10份、蒸馏水35份。
上述增强型复合橡胶材料的制备方法为：
（1） 将15-20份无水乙醇、氨水和蒸馏水混合搅拌10分钟；
（2） 将壳聚糖、正硅酸乙酯和剩余无水乙醇混合，用超声仪超声25分钟；
（3） 将上述两种液体混合，用高速搅拌机在转速650r/min下搅拌3.5小时；
（4） 过滤，用无水乙醇和蒸馏水进行洗涤至中性，并分散于蒸馏水中得分散液；
（5） 将天然胶乳和分散液混合，搅拌2.5小时；
（6） 加入氯化钙使胶乳破乳沉降；
（7） 将胶块剪小，用蒸馏水洗涤；
（8） 放入烘箱中，在温度65℃下烘干得胶料；
（9） 将胶料和氧化镁、氧化锌、2-硫醇基苯骈噻唑、丁基黄原酸锌、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺加入密炼机中混炼10分钟；
（10） 加入N,N-四甲基二硫双硫羰胺和硫磺继续混炼15分钟；
（11） 用平板硫化机进行硫化成型即得，硫化温度为155℃，硫化压力为10MPa，硫化时间为30分钟。
下表1为本发明材料的实施例和对比例的部分性能指标，我们可以看到，本发明具有良好的力学性能，老化前其拉伸强度和断裂伸长率分别达到了26.6MPa和279%，弹性和韧性都较佳，同时其具有很好的耐老化性能，在100℃下老化4天后其拉伸性能和断裂伸长率分别保持了70%以上和50%以上，使用寿命长。
表1 增强型复合橡胶材料的性能指标
注：老化条件为100℃下老化4d

Claims (10)

1. 一种增强型复合橡胶材料，其特征在于：由以下成分以重量份制备而成：天然胶乳100-130份、氧化镁2-5份、氧化锌1-2份、氯化钙2-4份、壳聚糖5-10份、2-硫醇基苯骈噻唑1-3份、丁基黄原酸锌1-2份、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺1-3份、N,N-四甲基二硫双硫羰胺1-2份、硫磺2-4份、纳米二氧化硅0.5-1份、正硅酸乙酯4-7份、无水乙醇60-70份、氨水7-10份、蒸馏水25-35份。
2. 根据权利要求1所述的一种增强型复合橡胶材料，其特征在于：天然胶乳110-120份、氧化镁3-4份、氧化锌1.3-1.7份、氯化钙2.5-3.5份、壳聚糖6-9份、2-硫醇基苯骈噻唑1.5-2.5份、丁基黄原酸锌1.2-1.8份、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.5-2.5份、N,N-四甲基二硫双硫羰胺1.2-1.7份、硫磺2.5-3.5份、纳米二氧化硅0.6-0.9份、正硅酸乙酯5-6份、无水乙醇62-67份、氨水8-9份、蒸馏水27-32份。
3. 权利要求1至2任一项所述的一种增强型复合橡胶材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1） 将15-20份无水乙醇、氨水和蒸馏水混合搅拌5-10分钟；
（2） 将壳聚糖、正硅酸乙酯和剩余无水乙醇混合，用超声仪超声10-25分钟；
（3） 将上述两种液体混合，用高速搅拌机在转速600-650r/min下搅拌2.5-3.5小时；
（4） 过滤，用无水乙醇和蒸馏水进行洗涤至中性，并分散于蒸馏水中得分散液；
（5） 将天然胶乳、纳米二氧化硅和分散液混合，搅拌2-2.5小时；
（6） 加入氯化钙使胶乳破乳沉降；
（7） 将胶块剪小，用蒸馏水洗涤；
（8） 放入烘箱中，在温度55-65℃下烘干得胶料；
（9） 将胶料和氧化镁、氧化锌、2-硫醇基苯骈噻唑、丁基黄原酸锌、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺加入密炼机中混炼5-10分钟；
（10） 加入N,N-四甲基二硫双硫羰胺和硫磺继续混炼10-15分钟；
（11） 用平板硫化机进行硫化成型即得，硫化温度为140-155℃，硫化压力为7-10MPa，硫化时间为20-30分钟。
4. 根据权利要求3所述的一种增强型复合橡胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中搅拌时间为15-20分钟。
5. 根据权利要求3所述的一种增强型复合橡胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中转速为610-640r/min，搅拌时间为3小时。
6. 根据权利要求3所述的一种增强型复合橡胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中搅拌时间为2.25小时。
7. 根据权利要求3所述的一种增强型复合橡胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（8）中温度为60℃。
8. 根据权利要求3所述的一种增强型复合橡胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（9）中混炼时间为6-9分钟。
9. 根据权利要求3所述的一种增强型复合橡胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（10）中混炼时间为11-14分钟。
10. 根据权利要求3所述的一种增强型复合橡胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（11）中硫化温度为145-150℃，硫化压力为8-9MPa，硫化时间为25分钟。
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