CN106146949A

CN106146949A - 一种高性能改性丁苯橡胶材料

Info

Publication number: CN106146949A
Application number: CN201510140310.8A
Authority: CN
Inventors: 高凤谊
Original assignee: Anhui Ruixin Automation Instrument Co Ltd
Current assignee: Anhui Ruixin Automation Instrument Co Ltd
Priority date: 2015-03-27
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2016-11-23

Abstract

本发明公开了一种高性能改性丁苯橡胶材料，其原料包括以下组分：丁苯橡胶、天然橡胶、共聚型氯醇橡胶、酰胺酯、碳纳米管、改性白炭黑、改性高岭土、氧化锌、硬脂酸、促进剂CZ、促进剂DM、促进剂TDEC、硫磺、防老剂DFC‑34、防老剂MB、硫化剂PDM、防焦剂CTP、2‑硫醇基苯骈咪唑、偶联剂、邻苯二甲酸二丁酯。本发明所述高性能改性丁苯橡胶材料，其强度和弹性高，耐热性、耐寒性好，耐老化，使用寿命长。

Description

一种高性能改性丁苯橡胶材料

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种高性能改性丁苯橡胶材料。

背景技术

丁苯橡胶又称聚苯乙烯丁二烯共聚物，其耐磨、耐热、耐老化及硫化速度优良，是一种重要的橡胶基体材料，已被广泛应用于轮胎、胶带、胶管、电线电缆等领域。随着经济的发展，电缆在各个行业、领域中都得到广泛的应用。电缆材料在电缆的加工、贮存及使用过程中，由于受到各种外界因素的综合作用，容易发生老化，性能逐渐劣化，出现磨损、断裂等情况，逐渐引起了人们的重视。随着社会的发展，人们对电缆的要求越来越高，丁苯橡胶虽然具有优异的性能，但是用作电缆材料其性能仍不能满足社会的需要，在使用的过程中需要频繁的进行更换。因此，如何通过改进制备高性能的丁苯橡胶电缆材料是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明提出了一种高性能改性丁苯橡胶材料，其强度和弹性高，耐热性、耐寒性好，耐老化，使用寿命长。

本发明提出了一种高性能改性丁苯橡胶材料，其原料按重量份包括以下组分：丁苯橡胶60-85份、天然橡胶5-15份、共聚型氯醇橡胶3-8份、酰胺酯1-3份、碳纳米管5-18份、改性白炭黑20-35份、改性高岭土10-15份、氧化锌3-6份、硬脂酸2-5份、促进剂CZ 0.8-1.6份、促进剂DM 0.5-1.2份、促进剂TDEC0.2-0.7份、硫磺0.3-1份、防老剂DFC-340.3-0.8份、防老剂MB 0.3-0.9份、硫化剂PDM 0.5-1.2份、防焦剂CTP 0.2-0.6份、2-硫醇基苯骈咪唑0.3-0.9份、偶联剂1-3份、邻苯二甲酸二丁酯0.5-2份；

其中，改性白炭黑按照以下工艺进行制备：按重量份将5-10份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和4-9份对氨基二苯胺混合，在氮气的保护下，搅拌升温至145-155℃，搅拌反应1.5-2.5h，降温至室温后加入80-100份甲醇，搅拌25-35min，加入30-50份白炭黑，超声50-80min后在氮气的保护下加热回流反应3.4-4.5h，降温至室温后在旋转蒸发仪上旋干获得固体，将得到的固体干燥、粉碎、洗涤、干燥得到所述改性白炭黑。

优选地，其原料按重量份包括以下组分：丁苯橡胶72-80份、天然橡胶9-13份、共聚型氯醇橡胶5-5.9份、酰胺酯1.6-2.3份、碳纳米管12-15份、改性白炭黑27-32份、改性高岭土12-13.5份、氧化锌4-4.8份、硬脂酸3-3.7份、促进剂CZ 1.3-1.45份、促进剂DM 0.8-1.1份、促进剂TDEC 0.5-0.59份、硫磺0.7-0.86份、防老剂DFC-340.6-0.67份、防老剂MB 0.6-0.72份、硫化剂PDM 0.9-1.1份、防焦剂CTP 0.36-0.43份、2-硫醇基苯骈咪唑0.6-0.75份、偶联剂1.6-2.3份、邻苯二甲酸二丁酯0.9-1.2份。

优选地，其原料按重量份包括以下组分：丁苯橡胶78份、天然橡胶12份、共聚型氯醇橡胶5.5份、酰胺酯2.1份、碳纳米管13份、改性白炭黑31份、改性高岭土12.6份、氧化锌4.6份、硬脂酸3.5份、促进剂CZ 1.42份、促进剂DM 0.96份、促进剂TDEC 0.55份、硫磺0.83份、防老剂DFC-340.63份、防老剂MB 0.66份、硫化剂PDM 0.97份、防焦剂CTP 0.42份、2-硫醇基苯骈咪唑0.65份、偶联剂2份、邻苯二甲酸二丁酯1份。

优选地，改性白炭黑按照以下工艺进行制备：按重量份将8-8.6份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和7-7.5份对氨基二苯胺混合，在氮气的保护下，搅拌升温至150-153℃，搅拌反应1.9-2.2h，降温至室温后加入88-93份甲醇，搅拌30-33min，加入39-42份白炭黑，超声72-75min后在氮气的保护下加热回流反应3.9-4.2h，降温至室温后在旋转蒸发仪上旋干获得固体，将得到的固体干燥、粉碎、洗涤、干燥得到所述改性白炭黑。

优选地，改性白炭黑按照以下工艺进行制备：按重量份将8.5份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和7.3份对氨基二苯胺混合，在氮气的保护下，搅拌升温至152℃，搅拌反应2h，降温至室温后加入90份甲醇，搅拌32min，加入40份白炭黑，超声73min后在氮气的保护下加热回流反应4h，降温至室温后在旋转蒸发仪上旋干获得固体，将得到的固体干燥、粉碎、洗涤、干燥得到所述改性白炭黑。

优选地，所述改性高岭土的改性剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硬脂酸中的一种或者多种的组合。

本发明所述高性能改性丁苯橡胶材料，其原料中，丁苯橡胶的重量份可以为60.5、61、61.6、62、62.3、63、63.5、64、64.9、65、65.8、66、66.7、67、67.5、68、68.5、69、69.4、70、70.3、71、71.5、72.6、73、73.4、74、74.6、75、75.9、76、76.8、77、77.8、78.5、79、79.6、80.5、81、81.6、82、82.3、83、83.5、84、84.6份，天然橡胶的重量份可以为5.3、5.7、6、6.4、7、7.5、8、8.6、9.4、10、10.3、11、11.6、12.9、13.4、14、14.6份，共聚型氯醇橡胶的重量份可以为3.2、3.7、4、4.6、4.9、5.3、5.8、6、6.4、7、7.6份，酰胺酯的重量份可以为1.2、1.3、1.45、1.89、1.9、2.0、2.5、2.6、2.8、2.95，碳纳米管的重量份可以5.3、5.9、6、6.4、7、7.5、8、8.6、9、9.3、10、10.5、11、11.7、12.8、13.6、14、14.8、15.9、16、16.4、17、17.5份，改性白炭黑的重量份可以为20.3、21、21.6、22、22.5、23、23.7、24、24.8、25、25.6、26、26.9、27.4、28、28.6、29、29.3、30、30.6、31.9、32.5、33、33.6、34、34.8份，改性高岭土的重量份可以为10.3、11、11.6、12.5、13、13.4、13.8、14、14.2、14.7份，氧化锌的重量份可以为3.2、3.6、3.86、4.2、4.87、5、5.2、5.6、5.87份，硬脂酸的重量份可以为2.3、2.6、2.9、3.4、4、4.3、4.8份，促进剂CZ的重量份可以为0.86、0.9、0.93、0.97、1.0、1.06、1.1、1.15、1.2、1.26、1.34、1.4、1.46、1.5、1.53、1.57份，促进剂DM的重量份可以为0.53、0.59、0.6、0.64、0.7、0.78、0.85、0.9、0.94、1.0、1.06、1.16份，促进剂TDEC的重量份可以为0.23、0.28、0.3、0.36、0.4、0.45、0.56、0.6、0.61、0.67份，硫磺的重量份可以为0.32、0.35、0.37、0.4、0.46、0.5、0.53、0.59、0.6、0.64、0.75、0.8、0.9、0.94份，防老剂DFC-34的重量份可以为0.35、0.4、0.46、0.5、0.53、0.64、0.7、0.75、0.79份，防老剂MB的重量份可以为0.35、0.4、0.46、0.5、0.53、0.67、0.7、0.75、0.8、0.86份，硫化剂PDM的重量份可以为0.56、0.6、0.64、0.7、0.72、0.8、0.83、0.94、1.0、1.05、1.06、1.15份，防焦剂CTP的重量份可以为0.25、0.3、0.35、0.4、0.46、0.5、0.56、0.59份，2-硫醇基苯骈咪唑的重量份可以为0.34、0.4、0.45、0.5、0.56、0.61、0.7、0.74、0.8、0.86份，偶联剂的重量份可以为1.2、1.5、1.8、1.95、2.6、2.7、2.8、2.89份，邻苯二甲酸二丁酯的重量份可以为0.53、0.6、0.67、0.7、0.78、0.8、0.85、0.94、1.06、1.1、1.15、1.26、1.3、1.34、1.5、1.56、1.6、1.78、1.8、1.89、1.9、1.95份。

本发明中，丁苯橡胶耐磨性、耐老化性和耐水性好，但是其耐寒性和弹性差，单纯的丁苯橡胶不能满足电缆材料性能的要求，加入的天然橡胶与丁苯橡胶的相容性好，在提高电缆材料电绝缘性、耐磨性的同时改善了其弹性，共聚型氯醇橡胶配合增粘剂酰胺酯加入到电缆料中，提高电缆料耐油性、耐热性的同时改善了因丁苯橡胶加入引起的耐寒性差的问题；改性白炭黑过程中利用了偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷将有防老作用的对氨基二苯胺接枝到了白炭黑的表面，并控制了改性白炭黑的含量，使改性白炭黑与基体的相容性好，在基体中的分散性好，两者之间的空隙少，减少了水与空气进入基体的几率，提高了电缆料的耐湿热老化性，对氨基二苯胺接枝到白炭黑的表面，在高温作用下不易挥发和抽出而使防老作用降低，与防老剂DFC-34和防老剂MB配合，提高了电缆料的防老性能；添加了改性高岭土并控制了改性高岭土的含量，改性高岭土与橡胶基体的相容性好，两者发生了化学或者物理作用，使橡胶大分子链的运动受到高岭土片层结构的圈闭和限制，形成结合胶和部分吸留胶，与碳纳米管、改性白炭黑配合，提高了电缆材料的拉伸强度、撕裂强度等力学性能；硫化剂PDM配合硫磺作为硫化剂延长了焦烧时间，同时起到了防焦剂的作用；选用了相互配合的促进剂CZ、促进剂DM和促进剂TDEC相互作用，提高了硫化胶的硬度、定伸强度、拉伸强度、撕裂强度和压缩永久变形性以及耐热性；本发明所述高性能改性丁苯橡胶材料其强度高，耐热性、耐寒性好，弹性高，耐老化，用于电缆中使用寿命长。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做出详细说明，应当了解，实施例只用于说明本发明，而不是用于对本发明进行限定，任何在本发明基础上所做的修改、等同替换等均在本发明的保护范围内。

实施例1

本发明所述高性能改性丁苯橡胶材料，其原料按重量份包括以下组分：丁苯橡胶60份、天然橡胶15份、共聚型氯醇橡胶8份、酰胺酯3份、碳纳米管18份、改性白炭黑20份、改性高岭土15份、氧化锌3份、硬脂酸5份、促进剂CZ 0.8份、促进剂DM 1.2份、促进剂TDEC 0.2份、硫磺1份、防老剂DFC-340.3份、防老剂MB 0.9份、硫化剂PDM 0.5份、防焦剂CTP 0.6份、2-硫醇基苯骈咪唑0.3份、偶联剂3份、邻苯二甲酸二丁酯0.5份；

其中，改性白炭黑按照以下工艺进行制备：按重量份将5份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和9份对氨基二苯胺混合，在氮气的保护下，搅拌升温至145℃，搅拌反应2.5h，降温至室温后加入80份甲醇，搅拌35min，加入30份白炭黑，超声80min后在氮气的保护下加热回流反应3.4h，降温至室温后在旋转蒸发仪上旋干获得固体，将得到的固体干燥、粉碎、洗涤、干燥得到所述改性白炭黑。

实施例2

本发明所述高性能改性丁苯橡胶材料，其原料按重量份包括以下组分：丁苯橡胶85份、天然橡胶5份、共聚型氯醇橡胶3份、酰胺酯1份、碳纳米管5份、改性白炭黑35份、改性高岭土10份、氧化锌6份、硬脂酸2份、促进剂CZ 1.6份、促进剂DM 0.5份、促进剂TDEC 0.7份、硫磺0.3份、防老剂DFC-340.8份、防老剂MB 0.3份、硫化剂PDM 1.2份、防焦剂CTP 0.2份、2-硫醇基苯骈咪唑0.9份、偶联剂1份、邻苯二甲酸二丁酯2份；

其中，所述改性高岭土的改性剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硬脂酸按1:3:2重量份之比的组合；

改性白炭黑按照以下工艺进行制备：按重量份将10份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和4份对氨基二苯胺混合，在氮气的保护下，搅拌升温至155℃，搅拌反应1.5h，降温至室温后加入100份甲醇，搅拌25min，加入50份白炭黑，超声50min后在氮气的保护下加热回流反应4.5h，降温至室温后在旋转蒸发仪上旋干获得固体，将得到的固体干燥、粉碎、洗涤、干燥得到所述改性白炭黑。

实施例3

本发明所述高性能改性丁苯橡胶材料，其原料按重量份包括以下组分：丁苯橡胶81份、天然橡胶14份、共聚型氯醇橡胶5.8份、酰胺酯1.3份、碳纳米管11份、改性白炭黑24.8份、改性高岭土14.2份、氧化锌4.87份、硬脂酸4.3份、促进剂CZ 1.4份、促进剂DM 1.06份、促进剂TDEC 0.45份、硫磺0.59份、防老剂DFC-340.75份、防老剂MB 0.53份、硫化剂PDM 0.8份、防焦剂CTP 0.5份、2-硫醇基苯骈咪唑0.61份、偶联剂1.95份、邻苯二甲酸二丁酯1.3份；

其中，所述改性高岭土的改性剂为硅烷偶联剂；

改性白炭黑按照以下工艺进行制备：按重量份将8份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和6份对氨基二苯胺混合，在氮气的保护下，搅拌升温至147℃，搅拌反应1.9h，降温至室温后加入86份甲醇，搅拌31min，加入39份白炭黑，超声72min后在氮气的保护下加热回流反应4.3h，降温至室温后在旋转蒸发仪上旋干获得固体，将得到的固体干燥、粉碎、洗涤、干燥得到所述改性白炭黑。

实施例4

本发明所述高性能改性丁苯橡胶材料，其原料按重量份包括以下组分：丁苯橡胶78份、天然橡胶12份、共聚型氯醇橡胶5.5份、酰胺酯2.1份、碳纳米管13份、改性白炭黑31份、改性高岭土12.6份、氧化锌4.6份、硬脂酸3.5份、促进剂CZ 1.42份、促进剂DM 0.96份、促进剂TDEC 0.55份、硫磺0.83份、防老剂DFC-340.63份、防老剂MB 0.66份、硫化剂PDM 0.97份、防焦剂CTP0.42份、2-硫醇基苯骈咪唑0.65份、偶联剂2份、邻苯二甲酸二丁酯1份；

其中，所述改性高岭土的改性剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硬脂酸按任意重量份之比的组合；

改性白炭黑按照以下工艺进行制备：按重量份将8.5份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和7.3份对氨基二苯胺混合，在氮气的保护下，搅拌升温至152℃，搅拌反应2h，降温至室温后加入90份甲醇，搅拌32min，加入40份白炭黑，超声73min后在氮气的保护下加热回流反应4h，降温至室温后在旋转蒸发仪上旋干获得固体，将得到的固体在50℃下真空干燥5h，粉碎后用无水乙醇洗涤，然后在45℃下真空干燥8h得到所述改性白炭黑。

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。

Claims

1.一种高性能改性丁苯橡胶材料，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分：丁苯橡胶60-85份、天然橡胶5-15份、共聚型氯醇橡胶3-8份、酰胺酯1-3份、碳纳米管5-18份、改性白炭黑20-35份、改性高岭土10-15份、氧化锌3-6份、硬脂酸2-5份、促进剂CZ 0.8-1.6份、促进剂DM 0.5-1.2份、促进剂TDEC 0.2-0.7份、硫磺0.3-1份、防老剂DFC-340.3-0.8份、防老剂MB 0.3-0.9份、硫化剂PDM 0.5-1.2份、防焦剂CTP 0.2-0.6份、2-硫醇基苯骈咪唑0.3-0.9份、偶联剂1-3份、邻苯二甲酸二丁酯0.5-2份；

2.根据权利要求1所述高性能改性丁苯橡胶材料，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分：丁苯橡胶72-80份、天然橡胶9-13份、共聚型氯醇橡胶5-5.9份、酰胺酯1.6-2.3份、碳纳米管12-15份、改性白炭黑27-32份、改性高岭土12-13.5份、氧化锌4-4.8份、硬脂酸3-3.7份、促进剂CZ 1.3-1.45份、促进剂DM 0.8-1.1份、促进剂TDEC 0.5-0.59份、硫磺0.7-0.86份、防老剂DFC-340.6-0.67份、防老剂MB 0.6-0.72份、硫化剂PDM 0.9-1.1份、防焦剂CTP 0.36-0.43份、2-硫醇基苯骈咪唑0.6-0.75份、偶联剂1.6-2.3份、邻苯二甲酸二丁酯0.9-1.2份。

3.根据权利要求1或2所述高性能改性丁苯橡胶材料，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分：丁苯橡胶78份、天然橡胶12份、共聚型氯醇橡胶5.5份、酰胺酯2.1份、碳纳米管13份、改性白炭黑31份、改性高岭土12.6份、氧化锌4.6份、硬脂酸3.5份、促进剂CZ 1.42份、促进剂DM 0.96份、促进剂TDEC 0.55份、硫磺0.83份、防老剂DFC-340.63份、防老剂MB 0.66份、硫化剂PDM 0.97份、防焦剂CTP 0.42份、2-硫醇基苯骈咪唑0.65份、偶联剂2份、邻苯二甲酸二丁酯1份。

4.根据权利要求1-3中任一项所述高性能改性丁苯橡胶材料，其特征在于，改性白炭黑按照以下工艺进行制备：按重量份将8-8.6份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和7-7.5份对氨基二苯胺混合，在氮气的保护下，搅拌升温至150-153℃，搅拌反应1.9-2.2h，降温至室温后加入88-93份甲醇，搅拌30-33min，加入39-42份白炭黑，超声72-75min后在氮气的保护下加热回流反应3.9-4.2h，降温至室温后在旋转蒸发仪上旋干获得固体，将得到的固体干燥、粉碎、洗涤、干燥得到所述改性白炭黑。

5.根据权利要求4所述高性能改性丁苯橡胶材料，其特征在于，改性白炭黑按照以下工艺进行制备：按重量份将8.5份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和7.3份对氨基二苯胺混合，在氮气的保护下，搅拌升温至152℃，搅拌反应2h，降温至室温后加入90份甲醇，搅拌32min，加入40份白炭黑，超声73min后在氮气的保护下加热回流反应4h，降温至室温后在旋转蒸发仪上旋干获得固体，将得到的固体干燥、粉碎、洗涤、干燥得到所述改性白炭黑。

6.根据权利要求1-5中任一项所述高性能改性丁苯橡胶材料，其特征在于，所述改性高岭土的改性剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硬脂酸中的一种或者多种的组合。