CN106009341B - 一种可低温硫化的卤化丁基橡胶塞配方 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可低温硫化的卤化丁基橡胶塞配方，属于医用橡胶附件技术领域。该配方原料组分按重量比为：卤化丁基橡胶100份，氧化锌3‑6份，硫化剂0.7‑1.0份，硬脂酸0.4‑0.6份，煅烧高岭土60‑80份，二氧化钛1‑2份，炭黑0.1‑0.3份，聚乙烯蜡0.5‑1.0份。本配方在140℃相对低温条件下即可进行相对快速的硫化，且胶料具有良好的流动性，可有效改善丁基橡胶塞硫化生产时的外观缺陷，提高硫化合格率；另外低温硫化条件和优异的胶料流动性可满足某些特殊品种的胶塞生产，如硫化模具行腔较大的品种、覆膜胶塞等。

Description

一种可低温硫化的卤化丁基橡胶塞配方

技术领域

本发明涉及一种可低温硫化的卤化丁基橡胶塞配方，属于医用橡胶附件技术领域。

背景技术

卤化丁基橡胶塞(以下简称胶塞)是目前应用广泛的药品包装材料之一，其生产流程一般为：混炼、硫化、冲切、清洗。混炼工序根据胶塞配方将生胶、填充剂、小料等制备为混炼胶，然后在硫化机高温高压的设备条件下硫化成型，得到成模半成品，再经过冲切机冲切为单个胶塞。

由于胶塞为直接接触药物的一类药包材，因此对胶塞外观及内在性能均有较高要求。胶塞的外观缺陷可导致胶塞气密性丧失等严重后果直接影响所包装药物的性能，同时外观缺陷也会通过影响胶塞内在性能而间接影响胶塞与药物的相容性。胶塞外观缺陷产生的主要环节在硫化，硫化可产生缺胶、气泡、变形、破膜(覆膜胶塞)、裂口等严重外观缺陷，此类缺陷产生的原因可归结为混炼胶流动性差，改善混炼胶流动性的主要方法为降低硫化温度及改善混炼胶配方。

常规的丁基胶塞配方体系为硫磺和硫化树脂体系，这两个体系均需在170℃以上的高温条件下进行硫化，如果温度降低后，胶料流动性会有所改善，但硫化速度将会迅速降低，导致生产效率无法满足丁基胶塞生产厂家的需求。通常在配方中增加软化剂的用量也会改善胶料流动性，但小分子软化剂的用量增加后，会在后期与药物配套使用后从橡胶中析出，影响药物性能。本发明使用新的硫化体系，在使用较少软化剂的情况下即可保证混料胶有良好的流动性，同时在140℃相对低温条件下即可进行相对快速的硫化，低温条件下，胶料流动性又可大幅提高。良好的流动性可有效改善硫化的外观缺陷，提高硫化合格率。更重要的是，优异的胶料流动性可满足某些特殊品种的胶塞生产，如硫化模具行腔较大的品种、覆膜胶塞等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可低温硫化的卤化丁基橡胶塞配方。通过使用新的硫化体系，使胶料满足低温硫化的条件，并保持优异的流动性，从而降低胶塞硫化缺陷率，并满足某些特殊产品的生产要求。

本发明的技术方案：一种可低温硫化的卤化丁基橡胶塞配方。本发明使用了一种新型烷基化硫化剂—对叔丁基苯酚二硫化物，突破传统高温的硫化条件，在140℃相对低温条件下即可使卤化丁橡胶高分子发生交联。根据硫化剂特性优选了活性剂及第二活性剂，建立了硫化体系。并针对胶塞生产所需的硫化速率、胶塞自身的化学性指标及胶塞与药物的相容性三个方面对硫化体系组分的用量进行了优化设计。参考胶塞的硬度、灰分及颜色要求设计了填充剂和颜料的用量。另添加了少量的软化剂。具体设计过程及配方组分如下：

a、新型烷基化硫化剂：一般丁基胶塞配方选用普通硫化体系即硫磺与少量促进剂硫化，丁基橡胶发生交联反应会形成大量的大于3个硫原子的多硫交联键结构，这种多硫交联键结构要占到总含硫交联键结构的70％左右。多硫交联键结构稳定性差，在受热、与化学品接触的等条件下会发生断裂，导致混炼胶物理机械性能变差。生产的丁基胶塞封装药物后，多硫交联键的断裂会使胶塞中小分子物质释放到药物中，直接影响药物的性能。

本发明使用对叔丁基苯酚二硫化物作为硫化剂。对叔丁基苯酚二硫化物可提高硫化中间体在橡胶中的溶解度，形成单硫交联键(-S-)或少量双硫(-S-S-)交联键，性能稳定使胶料具有较好的抗硫化还原性能。同时对叔丁基苯酚二硫化物硫化分解为活性硫、苯酚双活性硫、烷基苯酚自由基或烷基苯酚硫等自由基。橡胶大分子链在烷基苯酚自由基、烷基苯酚双硫自由基及由氧化锌、有机促进剂、硬脂酸等的诱导活化形成的很强的硫化剂络合物的作用下，生成橡胶分子连自由基，在相对低温条件下即可通过活性硫产生交联。

活性硫和活性自由基的共同作用，使得硫化网络的结构产生了改变，从而提高硫化橡胶的拉伸强度和定伸应力。另一方面，烷基苯酚双硫化物分解出来的烷基苯酚自由基、烷基苯酚硫自由基，与受阻酚结构的酚类防老剂具有相类似的结构特点，因此具有明显的耐热氧老化性能，同时在硫化过程中生成的具有苯酚双活性硫、烷基苯酚自由基或烷基硫自由基的大分子交联键，在硫化后期相互重排，也使的硫化胶在热稳定性方面表现为明显的耐热氧化老化性能和较强的抗硫化返原性。因此本发明配方生产的丁基橡胶塞可与被封装药物保持良好的相容性。

b、优选活性剂建立硫化体系：根据对叔丁基苯酚二硫化物的特性，需选用氧化锌作为活性剂，为提高硫化速率再搭配使用硬脂酸作为硫化促进助剂。

c、硫化体系组分用量的优化设计：

(1)硫化剂用量：对叔丁基苯酚二硫化物属于有机材料，除了保障胶料的交联度及硫化速率外，硫化剂的用量将直接影响胶塞自身的化学性指标及胶塞与药物的相容性。遵循硫化剂用量越高胶料的交联度越高、硫化速率越快，硫化剂用量越少胶塞自身的化学性指标及胶塞与药物的相容性越好的原则。因此，要在保障交联度和选择合适的硫化速率的前提下，尽量减少硫化剂的用量。

本发明在确保活性剂氧化锌用量足量情况下，同时固定其他材料用量，对硫化剂用量进行了优选，并通过混炼胶硫化曲线、胶塞挥发性硫化物、胶塞吸光度、胶塞pH变化值指标对配方进行了评价。具体结果见表1。

表1硫化剂用量及各项指标数据

硫化剂用量/份数	△H	TC90/s	pH变化值	吸光度	挥发性硫化物
						0.3-0.5	4.23	542	0.53	0.02	颜色较浅几乎为无色
0.5-0.7	5.16	431	0.12	0.01	颜色较浅
						0.7-1.0	6.30	312	0.03	0.01	颜色较对照浅
1.0-1.2	6.32	314	0.41	0.03	颜色接近对照
						1.3-1.5	7.10	302	0.83	0.07	颜色较对照深

备注：硫化曲线绘制条件为140℃、15min。其他指标检测依据为YBB00052005-2015，其中挥发性硫化物指标为观察试纸颜色，试纸颜色越深代表挥发性硫化物越多。

由表1结果可知随着硫化剂用量的增加，表征橡胶交联度的△H具有明显上升的趋势、表征硫化速度TC90有下降趋势，说明随着硫化剂用量的增加，橡胶交联度越高、硫化速度越快。同时挥发性硫化物逐渐增多、紫外吸光度值也略有升高，但硫化剂的用量对pH变化值影响不大。优选较大交联度、合适的硫化速率，同时避免吸光度及挥发性硫化物指标存在超标风险，选择硫化剂用量为0.7-1.0份。

(2)氧化锌的用量：活性剂氧化锌属于无机材料，配方用量对胶塞自身的化学性指标及胶塞与药物的相容性影响较小，仅需要使用足够的用量保证交联度及硫化速率。通过混炼胶硫化曲线确定氧化锌用量为3-6份。

(3)硬脂酸的用量：氧化锌作为活性剂的硫化体系通常需加入硬脂酸，作为硫化促进助剂，充当第二促进剂的作用，提高胶料的硫化速率。硬脂酸的添加原则是在达到合适的硫化速率的前提下尽量少添加，因为过量的硬脂酸在影响胶塞与药物的相容性同时，也影响胶塞的pH变化值的指标。

本发明确定硫化剂及氧化锌用量后，对不同硬脂酸的用量进行了优化，并通过混炼胶硫化曲线的变化来反应硫化速率及交联度。具体结果见表2。

表2不同硬脂酸用量对应的硫化曲线

硬脂酸用量/份	0份	0.1-0.3份	0.4-0.6份	0.7-0.9份
					TC10/s	132	103	83	78
TC90/s	823	536	485	695
					△H/dN·m	5.24	5.69	5.46	5.46

备注：硫化曲线绘制条件为140℃、15min。

由表中数据可知随着硬脂酸用量的增加，TC10、TC90均逐渐降低，表示硫化速率逐渐升高。结合胶塞硫化生产的要求，认为硬脂酸用量在0.4-0.6份时可以满足要求。

d、填充剂和颜料用量的设计：本发明选用常规胶塞使用煅烧高岭土作为填充剂、二氧化钛及炭黑作为颜料，此类材料均为无机填料，配方用量对胶塞自身的化学性指标及胶塞与药物的相容性影响较小，仅需参考胶塞的硬度、灰分及颜色要求进行设计，填充剂煅烧高岭土的用量设计为60-80份，二氧化钛设计为1-2份，炭黑设计为0.1-0.3份。

e、软化剂的优选：卤化丁基橡胶体系中通常需加入软化剂，来提高混炼胶的流动性，改善胶料加工性能。卤化丁基橡胶体系中常用的软化剂多为凡士林、硅油等。但凡士林及硅油呈油性不利于某些特殊品种，如覆膜胶塞硫化生产时膜材与橡胶的贴合。本发明选用聚乙烯蜡作为软化剂，可有效避免这一问题。软化剂这类小分子原料，容易在胶塞使用过程中析出，从而影响胶塞与药物的相容性，因此在保障较好的流动性的前提下，以软化剂用量越少为原则。本发明涉及的硫化体系混炼胶本身具有流动性好的优势，因此聚乙烯蜡用量仅使用0.5-1.0份。

f、配方质量份：卤化丁基橡胶100份，氧化锌3-6份，硫化剂0.7-1.0份，硬脂酸0.4-0.6份，煅烧煅烧高岭土60-80份，二氧化钛1-2份，炭黑0.1-0.3份，聚乙烯蜡0.5-1.0份。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明提出了一种可低温硫化的卤化丁基橡胶塞配方，胶料流动性优良，可有效降低胶塞硫化生产的缺陷产生率。

2、本发明所提供的配方可在低温条件进行较快速的硫化，可以满足某些特殊胶塞品种的生产要求，如硫化模具行腔较大的品种、覆膜胶塞等。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

为了得到本发明所述卤化丁基橡胶塞，以下举例说明其制备方法：

a、配合：按配方表要求的称量各原材料。配方表见表3。为对比描述本发明配方的性能指标，与其他典型的树脂体系和硫磺体系卤化丁基橡胶配方进行了对比，对比配方1及对比配方2的配方组成分别见表4。

表3配方表

原材料名称	组成/kg
		氯化丁基橡胶	50.00
煅烧高岭土	35.00
		二氧化钛	1.00
炭黑	0.10
		氧化锌	2.00
聚乙烯蜡	0.30
		硬脂酸	0.22
硫化剂	0.40
		合计	89.02

表4对比配方配方组成

b、混炼预成型：将配合好的材料，投入密炼机中密炼8-10min，再置于开炼机经过9-11min的开炼后，即得到本发明配方的混炼胶。将冷却后的混炼胶投入挤出机中，挤出胶料经压延机压延后冷却，然后按照硫化工序需求进行裁片，胶片贮存，待用。

c、硫化：根据流变仪确定的硫化条件参数，将已裁好的胶片在硫化机高温高压的设备条件下硫化成型，得到成模半成品。

d、冲切：硫化成型后的产品经过冲切机冲切为单个丁基胶塞。

e、混炼胶性能验证：混炼胶进行硫变曲线性能验证和混炼胶物理机械性能验证。

(1)混炼胶硫化曲线使用流变仪进行检测，并与其他卤化丁基橡胶配方进行了对比，检测结果见表5。由混炼胶硫变性能可以看出：本发明配方与其他对比配方相比，最低扭矩(ML)较小，说明其具有良好的流动性；另外本发明配方在相对低温(140-150℃)条件下的正硫化时间(TC90)仍不超过10min，仍能满足卤化丁基橡胶塞的生产需求，在低温条件下进行硫化生产。

表5混炼胶硫变性能

(2)对混炼胶进行了物理机械性能的检测，检测结果见表6。

表6混炼胶物理机械性性能

项目	扯断强(Mpa)	扯断伸长率(％)	300％定伸(Mpa)	比重(g/cm3)	硬度(ShoreA)
						发明配方	6.7	860	1.3	1.30	45

f、对发明配方的混炼胶生产的卤化丁基橡胶塞，参照《国家药包材标准》YBB00052005-2015进行了检测，检测结果见表7，各项指标均满足标准要求。

表7胶塞性能指标及检测结果

Claims (1)

1.一种可低温硫化的卤化丁基橡胶塞，其特征在于，其配方质量份为：卤化丁基橡胶100份，氧化锌3-6份，硫化剂0.7-1.0份，硬脂酸0.4-0.6份，煅烧高岭土60-80份，二氧化钛1-2份，炭黑0.1-0.3份，聚乙烯蜡0.5-1.0份，所述硫化剂为对叔丁基苯酚二硫化物，该配方在140℃的温度条件下即可进行丁基胶塞的硫化生产。