CN106084503A - 一种三元乙丙橡胶材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三元乙丙橡胶材料及其制备方法和应用，涉及橡胶制品技术领域，以使三元乙丙橡胶材料不仅机械性能符合国家标准，而且达到食品用橡胶制品卫生标准。以重量份数计，本发明三元乙丙橡胶材料的组分包括：三元乙丙橡胶80‑120份、N660炭黑70‑90份、喷雾炭黑2‑15份、硅藻土2‑30份、石蜡油1‑8份、BIBP1‑6份和防老剂0.1‑5份。本发明使用上述组分作为原料，通过搅拌、混匀、硫化和二次硫化等过程制备三元乙丙橡胶材料，具有简单易行、方便操作、易于掌握等优点，所制得的三元乙丙橡胶材料的机械性能较好且能达到食品用橡胶制品卫生标准。本发明三元乙丙橡胶材料主要应用于制备板式热交换器垫片中。

Description

一种三元乙丙橡胶材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及橡胶制品技术领域，具体而言，涉及一种三元乙丙橡胶材料及其制备方法和应用。

背景技术

板式热交换器是一种高效节能的换热设备，广泛应用于生产生活中。它通常是由许多冲压有波纹的薄板按一定间隔设置，四周通过垫片密封，并用框架和压紧螺旋重叠压紧而成，板片和垫片的四个角孔能够形成流体的分配管和汇集管，同时又合理地将冷热流体分开，使其分别在每块板片两侧的流道中流动，通过板片进行热交换。

垫片通常需要在各种环境中工作，例如温度变化、接触水流、接触食品等工况环境，三元乙丙橡胶垫片具有较好的耐候性和耐水性。

然而本申请发明人发现，普通的三元乙丙橡胶垫片中通常很容易抽提出来一些配料，如小颗粒或重金属等，以致普通的三元乙丙橡胶垫片无法用在与食品接触的工况环境中。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种三元乙丙橡胶材料，所述三元乙丙橡胶材料不仅物理机械性能符合国家标准，而且还达到食品用橡胶制品卫生标准。

本发明的第二个目的在于提供一种本发明所述三元乙丙橡胶材料的制备方法，该方法使用本发明组分作为原料，通过搅拌、混匀、硫化和二次硫化等过程制备三元乙丙橡胶材料，具有简单易行、方便操作、易于掌握等优点，保证获得质量稳定，性质均匀的产品。

本发明的第三个目的在于提供一种本发明所述三元乙丙橡胶材料的应用，本发明三元乙丙橡胶材料能够用于制备板式热交换器垫片。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种三元乙丙橡胶材料，按照重量份数计，包括以下组分：

本发明以三元乙丙橡胶为主料，并加入适量的N660炭黑和喷雾炭黑作为补强剂，由于所用炭黑的结构对橡胶的补强性有很大影响，同时对提高橡胶制品的质量也起到显著的作用，因此本发明选择粒径较细的N660炭黑作为主要的补强剂，能够使本发明胶料细腻，加上少量的粒径较粗的喷雾炭黑，能够增强本发明胶料的弹性和加工效果，两种炭黑协同配合，共同起到对本发明胶料的补强效果；硅藻土能够提高本发明橡胶材料的拉伸强度、改善耐磨及老热化性能，解决橡胶材料制造过程中容易粘模的问题，此外，由于炭黑表面具有的氧基会胶料表面容易泛蓝，而硅藻土具有多孔和高结构度，因此硅藻土能够有效吸附容易引起泛蓝的氧基，较好地解决胶料表面泛蓝的现象；BIBP在交联过程中能够避免放出刺激性气味，对环境无污染；由本发明配方制得的产品不仅机械性能能够符合国家标准，而且达到食品用橡胶制品卫生标准，具有安全环保的优异性能。与现有的三元乙丙橡胶材料相比，本发明除了具有较佳的机械性能外，还达到了食品用橡胶制品卫生标准性能。

可选地，在本发明中，所述三元乙丙橡胶典型但非限制性的含量为80份、85份、90份、95份、100份、105份、110份、115份或120份。

可选地，在本发明中，所述N660炭黑典型但非限制性的含量为70份、72份、75份、77份、80份、85份、88份或90份。

N660炭黑结构较高，粒径较细，能够赋予本发明胶料较好的拉伸性能、抗撕裂性能、耐磨性和弹性，且N660炭黑在胶料中具有较好的分散性和压出性能，能够使本发明胶料变形性低，耐屈扰性能良好。

可选地，在本发明中，所述喷雾炭黑典型但非限制性的含量为2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份或15份。

由于喷雾炭黑结构较高，粒径较粗，加工性能良好，因此能够赋予本发明胶料较高的伸长率和较好的弹性，此外喷雾炭黑能够与N660炭黑进行配合，协同强化本发明橡胶材料的强度。

可选地，在本发明中，所述硅藻土典型但非限制性的含量为2份、5份、8份、10份、15份、20份、25份、30份、35份、40份、45份或50份。

通常炭黑表面具有的氧基会胶料表面容易泛蓝，而硅藻土具有多孔和高结构度，因此硅藻土能够有效吸附容易引起泛蓝的氧基，较好地解决胶料表面泛蓝的现象；同时硅藻土作为填料，不仅具有较佳的环保效果，还能够降低本发明三元乙丙橡胶材料的生产成本。

可选地，在本发明中，所述石蜡油典型但非限制性的含量为1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份或8份。

可选地，在本发明中，所述石蜡油为环保级。

可选地，在本发明中，所述石蜡油为石蜡油2280或石蜡油25110。

石蜡油具有低芳烃含量，能够提高橡胶的抗氧化降解性能、低挥发性，有助于防止橡胶老化收缩，并且有利于改善制品的不良外观，如粗糙或有气泡等现象。

可选地，在本发明中，BIBP为BIBP-96或BIBP-40。

BIBP为双叔丁基过氧化二异丙基苯，是一种无味交联剂，具有较好的硫化和交联效果；且在交联过程中能够避免放出刺激性气味，对环境无污染。

在本发明中，按照重量份数计，所述三元乙丙橡胶材料包括以下组分：

本发明通过对各原料组分用量的进一步调整和优化，从而进一步改善了由本发明各组分所制备的三元乙丙橡胶材料的机械性能和食品级性能。

在本发明中，按照重量份数计，所述三元乙丙橡胶材料包括以下组分：

在本发明中，所述三元乙丙橡胶为日本三井2060M、日本三井4050M、日本三井3092M或日本三井9090M中的一种或多种。

在本发明中，所述三元乙丙橡胶为日本三井2060M和日本三井4050M；且日本三井2060M与日本三井4050M的重量份数比为1：(3-5)。

发明中选择日本三井2060M与日本三井4050M两种三元乙丙橡胶作为主要胶料，通过选择适当的比例加入，不仅达到良好的机械性能，满足对橡胶材料的耐候性、耐水性、高弹性和耐压变形性的要求，而且使产品达到食品用级别，具有较低的蒸发残渣量及较低的重金属含量，能够避免制造或使用过程中释放有害的物质。

可选地，在本发明中，所述三元乙丙橡胶为日本三井2060M和日本三井4050M，且日本三井2060M与日本三井4050M的重量份数比为1：4。

在本发明中，所述防老剂为防老剂445。

防老剂445是一种高效、无毒、无味、色浅的芳基仲胺类抗氧剂，有效实现了本发明产品的安全环保性。

在本发明中，所述三元乙丙橡胶材料的性能指标参数为：硬度为79-81度，拉伸强度为15.6-16.8MPa，拉断伸长率为170-176％，撕裂强度为30-38kN/m,150℃×24h压变为9.0-9.8％，150℃×72h压变为15.3-16.1％；感官测试为色泽正常，无异嗅、异物，浸泡液无着色、无异味和异嗅，水浸泡液的蒸发残渣为7.0-9.5mg/L，4％乙酸浸泡液的蒸发残渣为38.0-45.2mg/L，20％乙醇浸泡液的蒸发残渣为6.0-9.7mg/L，正己烷浸泡液的蒸发残渣为311.0-324.5mg/L，水浸泡液中高锰酸钾消耗量为6.6-7.9mg/L，4％乙酸浸泡液中锌的含量小于1.0mg/L，以Pb计的重金属的含量小于0.5mg/L。

本发明所述的“包括”，意指其除所述组分外，还可以包括其他组分，这些其他组分赋予所述三元乙丙橡胶材料不同的特性。除此之外，本发明所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。

同时，本发明还提供了一种所述三元乙丙橡胶材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将各组分混合并搅拌均匀，加热，并挤压成型；

(2)将步骤(1)所得的物质加温加压进行硫化过程；

(3)将步骤(2)所得的物质进行二次硫化过程，得到产品。

在本发明中，通过使用本发明各组分作为原料，并通过搅拌混匀、加热、挤出成型及硫化的过程得到初级产品，再通过对初级产品进行二次硫化过程，使初级产品中未反应完的物质充分反应，最终得到无味的食品级标准的产品；本发明方法操作步骤简单，各组分原料的比例适当，所制得的三元乙丙橡胶材料的机械性能较好且能达到食品用橡胶制品卫生标准。

可选地，在本发明中，所述三元乙丙橡胶材料的制备方法包括以下步骤：

(1)按照本发明所述配方称取各组分，并将所有组分加入密炼机中混合并搅拌均匀，密炼温度小于100℃，密炼时间4-6min，优选为5min，然后将密炼的胶料倒出加入开炼机打三角包混炼5-8次，出胶后停放10-15h，优选为12h；然后将已停放完的胶料在开炼机上返炼，胶料温度达到58-80℃，出成5-10mm厚，10-20mm宽的长条，再加到挤出机中出成一定长度圆柱形的长条；

(2)将模具加到硫化机上加热，温度为170-190℃，当硫化机加热到所需温度后，打开模具将步骤(1)所得的长条放入模具型腔中，加热加压开始硫化，硫化温度170-190℃，硫化压力8Mpa-12Mpa，硫化时间3min-10min，得到初级产品；

(3)将步骤(2)中得到的初级产品上多余的毛边去除，然后放入烘箱进行二次硫化过程。

可选地，在本发明中，通过对密炼机、开炼机和挤出机中温度和/或时间的限定，能够保证各组分充分混合，使制得的三元乙丙橡胶材料的性质均一稳定。

在本发明中，将步骤(2)所得的物质放入烘箱进行二次硫化过程，烘箱的温度为120-160℃，放入时间为0.5-2h。

对产品在烘箱中进行二次硫化过程中，通过对温度和时间的控制，能够使初级产品中未反应完的物质充分反应，得到无味的且符合食品用橡胶制品卫生标准的产品。

进一步地，本发明还提供了一种所述三元乙丙橡胶材料在制备板式热交换器垫片中的应用。

本发明三元乙丙橡胶材料以所述组分为原料，并以本发明所述方法制备得到。本发明中包含一种或多种三元乙丙橡胶原料，同时加入补强剂、交联剂及防老剂等多种助剂，从而使得本发明三元乙丙橡胶材料制得的板式热交换器垫片不仅机械性能符合板式热交换器用橡胶密封垫片国家标准，而且达到了食品用橡胶制品卫生标准，具有较佳地安全环保性能。

可选地，在本发明中，所述三元乙丙橡胶材料还可以用于制备其他用于接触食品的工作环境中的部件，相比于现有的三元乙丙橡胶材料的产品，由本发明所述三元乙丙橡胶材料制备的产品更加环保和无害化。

与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明以三元乙丙橡胶为主料，并加入适量的N660炭黑和喷雾炭黑作为补强剂，由于所用炭黑的结构对橡胶的补强性有很大影响，同时对提高橡胶制品的质量也起到显著的作用，因此本发明选择粒径较细的N660炭黑作为主要的补强剂，能够使本发明胶料细腻，加上少量的粒径较粗的喷雾炭黑，能够增强本发明胶料的弹性和加工效果，两种炭黑协同配合，共同起到对本发明胶料的补强效果；硅藻土能够提高本发明橡胶材料的拉伸强度、改善耐磨及老热化性能，解决橡胶材料制造过程中容易粘模的问题，此外，由于炭黑表面具有的氧基会胶料表面容易泛蓝，而硅藻土具有多孔和高结构度，因此硅藻土能够有效吸附容易引起泛蓝的氧基，较好地解决胶料表面泛蓝的现象；BIBP在交联过程中能够避免放出刺激性气味，对环境无污染。进一步地，通过使用本发明各组分作为原料，并通过搅拌混匀、加热、挤出成型及硫化的过程得到初级产品，再对初级产品进行二次硫化的过程，通过对温度和时间的控制，最终得到无味的食品级标准的产品。本发明方法操作步骤简单，各组分原料的比例适当，所制得的三元乙丙橡胶材料的机械性能较好且能达到食品用橡胶制品卫生标准。更进一步地，由本发明三元乙丙橡胶材料制得的板式热交换器垫片不仅机械性能符合板式热交换器用橡胶密封垫片国家标准，而且达到了食品用橡胶制品卫生标准，具有较佳地安全环保性能。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

本发明实施例提供一种三元乙丙橡胶材料，按照重量份数计，称取以下组分：

本发明实施例提供的三元乙丙橡胶材料的组分中，三元乙丙橡胶为日本三井4045M。

本发明实施例提供的三元乙丙橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照本发明所述配方称取各组分，并将所有组分加入密炼机中混合并搅拌均匀，密炼温度小于100℃，密炼时间5min，然后将密炼的胶料倒出加入开炼机打三角包混炼6次，出胶后停放12h；然后将已停放完的胶料在开炼机上返炼，胶料温度达到70℃，出成8mm厚，16mm宽的长条，再加到挤出机中出成一定长度圆柱形的长条；

(2)将模具加到硫化机上加热，温度为180℃，当硫化机加热到所需温度后，打开模具将步骤(1)所得的长条放入模具型腔中，加热加压开始硫化，硫化温度180℃，硫化压力10Mpa，硫化时间6min，得到初级产品；

(3)将步骤(2)中得到的初级产品上多余的毛边去除，然后放入烘箱进行二次硫化过程，放入时间为1h，烘箱温度为150℃。

由此制得三元乙丙橡胶材料1。

实施例2

本发明实施例提供一种三元乙丙橡胶材料，按照重量份数计，称取以下组分：

本发明实施例提供的三元乙丙橡胶材料的组分中，三元乙丙橡胶为日本三井4045M。

本发明实施例提供的三元乙丙橡胶材料的制备方法同实施例1。

由此制得三元乙丙橡胶材料2。

实施例3

本发明实施例提供一种三元乙丙橡胶材料，按照重量份数计，称取以下组分：

本发明实施例提供的三元乙丙橡材料的组分中，三元乙丙橡胶为日本三井4045M。

本发明实施例提供的三元乙丙橡胶材料的制备方法同实施例1。

由此制得三元乙丙橡胶材料3。

实施例4

本发明实施例提供一种三元乙丙橡胶材料，按照重量份数计，称取以下组分：

本发明实施例提供的三元乙丙橡胶材料的组分中，三元乙丙橡胶为日本三井2060M和日本三井4050M，且两者的重量份数比为1：1。

本发明实施例提供的三元乙丙橡胶材料的制备方法同实施例1。

由此制得三元乙丙橡胶材料4。

实施例5

本发明实施例提供一种三元乙丙橡胶材料，按照重量份数计，称取以下组分：

本发明实施例提供的三元乙丙橡胶材料的组分中，三元乙丙橡胶为日本三井2060M和日本三井4050M，且两者的重量份数比为1：3。

本发明实施例提供的三元乙丙橡胶材料的制备方法同实施例1。

由此制得三元乙丙橡胶材料5。

实施例6

本发明实施例提供一种三元乙丙橡胶材料，按照重量份数计，称取以下组分：

本发明实施例提供的三元乙丙橡胶材料的组分中，三元乙丙橡胶为日本三井2060M和日本三井4050M，且两者的重量份数比为1：4。

本发明实施例提供的三元乙丙橡胶材料的制备方法同实施例1。

由此制得三元乙丙橡胶材料6。

实施例7

本发明实施例提供一种三元乙丙橡胶材料，按照重量份数计，称取以下组分：

本发明实施例提供的三元乙丙橡胶材料的组分中，三元乙丙橡胶为日本三井2060M和日本三井4050M，且两者的重量份数比为1：5。

本发明实施例提供的三元乙丙橡胶材料的制备方法同实施例1。

由此制得三元乙丙橡胶材料7。

实施例8

本发明实施例提供一种三元乙丙橡胶材料，按照重量份数计，称取以下组分：

本发明实施例提供的三元乙丙橡胶材料的组分中，三元乙丙橡胶为日本三井2060M和日本三井4050M，且两者的重量份数比为1：9。

本发明实施例提供的三元乙丙橡胶材料的制备方法同实施例1。

由此制得三元乙丙橡胶材料8。

实施例1-8的效果分析

对本发明各实施例制得的三元乙丙橡胶材料按照GB/T 28719-2012进行性能检测，测试结果如表1所示：

表1三元乙丙橡胶材料的机械性能比较

由表1的对比结果可以看出，与标准相比，本发明实施例1-8所制得的三元乙丙橡胶材料的机械性能均符合国家标准；本发明实施例6制得的三元乙丙橡胶材料与其他实施例相比，机械性能更佳，具有较高弹性和较高撕裂性，且压缩永久变形性良好。总体而言，各实施例制得的三元乙丙橡胶材料中，实施例6中相应材料的机械性能优于实施例5和实施例7中的相应材料，实施例5和实施例7中相应材料的机械性能优于实施例4和实施例8中的相应材料，再优于实施例1、实施例2和实施例3中相应的材料。

另外，对本发明各实施例制得的三元乙丙橡胶材料按照食品用橡胶制品卫生标准GB 4806.1-1994进行性能检测，测试结果如表2所示：

表2三元乙丙橡胶材料的性能比较

由表2的对比结果可以看出，与标准相比，本发明实施例1-8所制得的三元乙丙橡胶材料的食品卫生级性能均达到国家标准；本发明实施例6与其他实施例相比，食品卫生级别最高，蒸发残渣量最少，浸泡液中的锌含量和重金属含量均最低，具有安全环保的优良性能。总之，各实施例制得的三元乙丙橡胶材料的相对于食品用橡胶制品卫生标准中的性能而言，实施例6中相应材料的性能优于实施例5和实施例7中的相应材料，实施例5和实施例7中相应材料的性能优于实施例4和实施例8中的相应材料，再优于实施例1、实施例2和实施例3中相应的材料。

此外，对本发明实施例1-8制得的三元乙丙橡胶材料进行感官测试，测试结果为色泽正常，无异嗅、异物，浸泡液无着色、无异味和异嗅，符合食品用橡胶制品卫生标准GB4806.1-1994。

实施例9

本实施例其余部分和实施例6相同，除制备方法中不进行二次硫化过程。

对实施例9制得的三元乙丙橡胶材料按照食品用橡胶制品卫生标准GB4806.1-1994进行性能检测，测试结果如表3所示：

表3不同制备方法制备的三元乙丙橡胶材料的性能比较

对本发明实施例9制得的三元乙丙橡胶材料进行感官测试，测试结果为色泽正常，但有异嗅，浸泡液有轻度着色、有异味和异嗅，不符合食品用橡胶制品卫生标准GB 4806.1-1994中对感官性能参数的要求。

由表3的结果可见，实施例9的制备方法由于未进行二次硫化过程，造成制得的产品的性能中，20％乙醇浸泡液的蒸发残渣量、高锰酸钾消耗量、锌含量和重金属(以Pb计)含量均未达到食品用橡胶制品卫生标准GB 4806.1-1994的要求，此外，其他参数值相对实施例6也有较大的增加。

由此分析可知，本发明三元乙丙橡胶材料的制备方法中，由于进行了二次硫化过程，通过对二次硫化过程的温度和时间的控制，能够使初级产品中未反应完的物质进行充分反应，最终得到无味的且符合食品用橡胶制品卫生标准的产品。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种三元乙丙橡胶材料，其特征在于，按照重量份数计，包括以下组分：

2.根据权利要求1所述的三元乙丙橡胶材料，其特征在于，按照重量份数计，包括以下组分：

3.根据权利要求2所述的三元乙丙橡胶材料，其特征在于，按照重量份数计，包括以下组分：

4.根据权利要求1-3任一项所述的三元乙丙橡胶材料，其特征在于，所述三元乙丙橡胶为日本三井2060M、日本三井4050M、日本三井3092M或日本三井9090M中的一种或多种。

5.根据权利要求1-3任一项所述三元乙丙橡胶材料，其特征在于，所述三元乙丙橡胶为日本三井2060M和日本三井4050M；且日本三井2060M与日本三井4050M的重量份数比为1：(3-5)。

6.根据权利要求1-3任一项所述的三元乙丙橡胶材料，其特征在于，所述防老剂为防老剂445。

7.根据权利要求1-3任一项所述的三元乙丙橡胶材料，其特征在于，所述三元乙丙橡胶材料的性能指标参数为：硬度为79-81度，拉伸强度为15.6-16.8MPa，拉断伸长率为170-176％，撕裂强度为30-38kN/m，150℃×24h压变为9.0-9.8％，150℃×72h压变为15.3-16.1％；

感官测试为色泽正常，无异嗅、异物，浸泡液无着色、无异味和异嗅，水浸泡液的蒸发残渣为7.0-9.5mg/L，4％乙酸浸泡液的蒸发残渣为38.0-45.2mg/L，20％乙醇浸泡液的蒸发残渣为6.0-9.7mg/L，正己烷浸泡液的蒸发残渣为311.0-324.5mg/L，水浸泡液中高锰酸钾消耗量为6.6-7.9mg/L，4％乙酸浸泡液中锌的含量小于1.0mg/L，以Pb计的重金属的含量小于0.5mg/L。

8.权利要求1-7任一项所述的三元乙丙橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将各组分混合并搅拌均匀，加热，并挤压成型；

(2)将步骤(1)所得的物质加温加压进行硫化过程；

(3)将步骤(2)所得的物质进行二次硫化过程，得到产品。

9.根据权利要求8所述的三元乙丙橡胶材料的制备方法，其特征在于，将步骤(2)所得的物质放入烘箱进行二次硫化过程，烘箱的温度为120-160℃，放入时间为0.5-2小时。

10.权利要求1-7任一项所述的三元乙丙橡胶材料在制备板式热交换器垫片中的应用。