CN107200884B - 一种丁苯橡胶微孔发泡材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种丁苯橡胶微孔发泡材料及其制备方法，其配方如下：丁苯橡胶100份，填料0‑100份，增塑剂0‑20份，活性剂5‑15份，硫化剂0.5‑5份；硫化促进剂0‑5份，防老剂1‑5份；并以上述配方提供了制备方法。本发明采用微孔发泡方法，制备丁苯橡胶发泡材料具有更好的力学性能，压缩强度、回弹性能，且产品质量稳定，泡孔可控，无论在制备过程中还是发泡材料成品均无毒、环保；无化学发泡剂残留。

Description

一种丁苯橡胶微孔发泡材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种丁苯橡胶微孔发泡材料及其制备方法。
背景技术
发泡橡胶材料具有柔软舒适、密度小、质量轻、隔音降噪、缓冲减震性能好等一系列特点，与人们的日常生活和工业生产已经变得密不可分，然而关于发泡橡胶的研究报道却相当少，Gibson在《Cellular Solids》一书中曾经提到：“发泡材料是一类重要的工程材料，但也是被出奇地忽略的一种材料。就经济角度而言，它们远比纤维复合材料更重要。但相比之下，关于这种材料的文献却少得可怜，绝大多数的大学教科书甚至根本就未提及它们。目前，发泡材料正被大规模的生产和应用，其商业经济性可与铝业或玻璃业相比拟。然而，几乎相对于其他任何一种材料来说，人们对其研究甚少，知之不多，文献资料也欠充分。”这种理论研究与实际需要的巨大反差，促使我们对发泡橡胶进行更加广泛和深入的研究。
丁苯橡胶是最大的通用合成橡胶品种，也是最早实现工业化生产的橡胶之一。它是丁二烯与苯乙烯的无规共聚物，简称SBR。其物理机械性能，加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶，然而耐磨性、耐老化、耐热性及硫化速度都较天然橡胶优良，质地也较天然橡胶均匀。但是弹性较低，耐屈挠、撕裂性能较差，加工性能差，特别是自粘性差，生胶强度低等。SBR主要用于制造海绵橡胶、浸渍纤维和织物，还可以直接用作胶黏剂、涂料等；用于铝塑复合管、无油密封、工具制造、圆珠笔握手套、汽车电器塑料等；也可与天然橡胶及多种合成橡胶并用，广泛用于轮胎、胶带、胶管、电线电缆、医疗器具及各种橡胶制品的生产等领域。
丁苯橡胶高发泡弹型材料是一种闭孔结构的新型高分子发泡材料，属于新材料科学技术领域，该产品具有质轻柔软、回弹率高、减震缓冲性佳、拉伸还原性好等特点，可广泛应用于健身器材、运动护具、精密仪器包装、汽车内饰件等领域。丁苯橡胶价格低廉性能优良，但在发泡橡胶领域的相关研究较少，可以将丁苯橡胶发泡产品用于潜水制品，不仅可以打破高档潜水衣产业被国际资本垄断的格局，提高我国潜水制品的市场竞争力，并以较低的成本，较高的质量使我国的潜水制品工业迈上一个新的台阶，这对于我国制造业的带动和提升作用也都是非常明显的。
发明内容
本发明的目的是提供一种丁苯橡胶微孔发泡材料及其制备方法，本发明采用超临界发泡方法，制备丁苯橡胶发泡材料具有更好的力学性能，压缩强度、回弹性能，且产品质量稳定，泡孔可控，无论在制备过程中还是发泡材料成品均无毒、环保；无化学发泡剂残留，可用于环保高端领域。
一种丁苯橡胶微孔发泡材料，其配方如下：丁苯橡胶100份，填料0-100份，增塑剂0-20份，活性剂5-15份，硫化剂0.5-5份；硫化促进剂0-5份，防老剂1-5份。
丁苯橡胶为溶聚丁苯橡胶或乳聚丁苯橡胶中的任一种。
填料为炭黑、白炭黑、碳酸钙、高岭土中的一种或多种。
增塑剂为凡士林、石蜡油、环烷油中的一种或多种。
活性剂为氧化锌、氧化镁、硬脂酸中的一种或多种。
硫化剂为硫磺或DCP。
硫化促进剂为NOBS、DZ、TAIC、HVA-2中的一种或多种。
防老剂为2，2，4-三甲基1，2-二氢化喹(RD)、N-苯基-N`-环己基对苯二胺(4010)中的任一种。
其中，所述丁苯橡胶可以采用混合丁苯橡胶，所述丁苯橡胶50-100份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)0-50份或者聚氯乙烯(PVC)0-50份；SBR与EVA或PVC含量之和为100份。
一种丁苯橡胶微孔发泡材料的制备方法，其步骤如下：
1)混炼胶制备
(1)按重量分别称取所需生胶、填料及增塑剂；(2)密炼机温度设置为60-160℃，转速为40-60rpm，将生胶、填料、增塑剂投入密炼机中，混炼均匀，控制排胶温度低于120℃；(3)混炼胶排胶、压片、冷却停放12h；(4)将停放后的胶料在开炼机上加硫化体系。
2)预硫化
(1)挤出成型预硫化
将混炼胶放入100-160℃的烘道进行预硫化，预硫化时间为1min-15min，硫化方式为热空气硫化、微波辐射交联或者红外辐射交联等。
(2)模压成型预硫化
将混炼胶放入所需模具中，热压机压力为5-20MPa，温度100-180℃，预硫化时间为1-20min，之后将胶料从模具中拿出，得到预硫化材料。
3)超临界发泡
预硫化好的样品放入高压反应釜中，通入超临界流体并升温、加压使其变为超临界状态，当超临界流体在预硫化物胶中达到饱和后，采用快速降压法、或快速升温法，制得微孔材料。其中超临界流体为CO2，N2或两种气体的混合气体。
升温法：将预硫化材料装入高压釜内，先用少量CO2吹洗2-3min，然后密封，反应釜温度为40-140℃，用超临界注气系统将超临界流体注入高压釜内，使压力达到5-60MPa，恒压饱和0.5-4h。然后迅速卸压至常压，最后在100-150℃温度的平板硫化机或烘箱中加热样品一定时间使之发泡后冷却，得到发泡材料。
降压法：将预硫化材料装入高压釜内，先用少量CO2吹洗2-3min，然后密封，反应釜温度为40-140℃，用超临界注气系统将超临界流体注入高压釜内，使压力达到5-60MPa，恒压饱和0.5-4h。然后迅速卸压至常压，卸压时间为0-80s，得到发泡材料。
4)二次硫化、定型；
将预硫化微发泡材料放入另一烘道中二次硫化、定型，其中烘道温度为100-180℃，硫化时间为10-30min，硫化方式为热空气硫化、微波辐射交联或者红外辐射交联等。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用超临界发泡方法，制备丁苯橡胶发泡材料，与传统化学发泡法制备的材料相比，此材料具有更好的力学性能，压缩强度、回弹性能，且产品质量稳定，泡孔可控，无论在制备过程中还是发泡材料成品均无毒、环保；无化学发泡剂残留。
EVA与SBR并用，制备超临界发泡复合材料，可以减小发泡材料的收缩率、提高强度，得到泡孔均匀，力学性能较好的发泡材料。
附图说明
图1本发明制备方法中，实施例1的扫描电镜图；
图2本发明制备方法中，实施例2的扫描电镜图；
图3本发明制备方法中，实施例3的扫描电镜图；
图4本发明制备方法中，实施例4的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述：
一种丁苯橡胶微孔发泡材料的制备方法，其步骤如下：
1)混炼胶制备
(1)按重量分别称取所需生胶、填料及增塑剂；(2)密炼机温度设置为60-100℃，转速为40-60rpm，将生胶、填料、增塑剂投入密炼机中，混炼均匀，控制排胶温度低于120℃；(3)混炼胶排胶、压片、冷却停放12h；(4)将停放后的胶料在开炼机上加硫化体系。
2)预硫化
(1)挤出成型预硫化
将混炼胶放入100-160℃的烘道进行预硫化，预硫化时间为1min-15min，硫化方式为热空气硫化、微波辐射交联或者红外辐射交联等。
(2)模压成型预硫化
将混炼胶放入所需模具中，热压机压力为5-20MPa，温度100-180℃，预硫化时间为1-12min，之后将胶料从模具中拿出，得到预硫化材料。
3)超临界发泡
预硫化好的样品放入高压反应釜中，通入超临界流体并升温、加压使其变为超临界状态，当超临界流体在预硫化物胶中达到饱和后，采用快速降压法、或快速升温法，制得微孔材料。其中超临界流体为CO2，N2或两种气体的混合气体。
升温法：将预硫化材料装入高压釜内，先用少量CO2吹洗2-3min，然后密封，反应釜温度为40-140℃，用超临界注气系统将超临界流体注入高压釜内，使压力达到5-60Mpa，恒压饱和0.5-4h。然后迅速卸压至常压，最后在100-150℃温度的油浴中加热样品一定时间使之发泡后放入水中冷却，得到发泡材料。
降压法：将预硫化材料装入高压釜内，先用少量CO2吹洗2-3min，然后密封，反应釜温度为40-140℃，用超临界注气系统将超临界流体注入高压釜内，使压力达到5-60Mpa，恒压饱和0.5-4h。然后迅速卸压至常压，卸压时间为0-80s，得到发泡材料。
4)二次硫化、定型；
将预硫化微发泡材料放入另一烘道中二次硫化、定型，其中烘道温度为100-180℃，硫化时间为10-60min，硫化方式为热空气硫化、微波辐射交联或者红外辐射交联等。
实施例1
丁苯橡胶100份，填料30份，增塑剂1份，活性剂3份，硫化剂1.5份；硫化促进剂2份，防老剂1份。
填料为炭黑；
增塑剂为凡士林；
活性剂为氧化锌和硬脂酸锌；
硫化剂为硫磺；
硫化促进剂为NOBS；
防老剂为2，2，4-三甲基1，2-二氢化喹(RD)。
实施例2
丁苯橡胶100份，填料100份，增塑剂20份，活性剂7份，硫化剂2份；硫化促进剂1份，防老剂5份。
填料为高岭土；
增塑剂为石蜡油；
活性剂为氧化镁；
硫化剂为DCP；
硫化促进剂为TAIC；
防老剂为N-苯基-N`-环己基对苯二胺(4010)。
实施例3
丁苯橡胶70，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)30份；SBR、EVA含量之和为100份，填料80份，增塑剂10份，活性剂4份，硫化剂1份；硫化促进剂2份，防老剂3份。
填料为高岭土；
增塑剂为凡士林；
活性剂为硬脂酸；
硫化剂为DCP；
硫化促进剂为HVA-2；
防老剂为2，2，4-三甲基1，2-二氢化喹(RD)。
实施例4
丁苯橡胶85份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)15份；SBR、EVA含量之和为100份，填料30份，增塑剂10份，活性剂10份，硫化剂3份；硫化促进剂1份，防老剂3份。
填料为白炭黑；
增塑剂为芳烃油；
活性剂为氧化锌；
硫化剂为DCP；
硫化促进剂为HVA-2；
防老剂为N-苯基-N`-环己基对苯二胺(4010)。
将上述实施例1至实施例4制得样品，并对其进行物性进行检测，其结果见表1。
Figure BDA0000942908290000081
以上所述仅为本发明的一实施例，并不限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种丁苯橡胶微孔发泡材料，其特征在于，其配方如下：混合丁苯橡胶100份，填料30-100份，增塑剂1-20份，活性剂5-15份，硫化剂0.5-5份；硫化促进剂 1-2份，防老剂1-5份；所述混合丁苯橡胶为丁苯橡胶85份/乙烯-醋酸乙烯酯共聚物15份；填料为炭黑、白炭黑、碳酸钙或高岭土；其制备步骤如下：
1）混炼胶制备
（1）按重量分别称取所需生胶、填料及增塑剂；（2）密炼机温度设置为60-100℃，转速为40-60 rpm，将生胶、填料、增塑剂投入密炼机中，混炼均匀，控制排胶温度低于120℃；（3）混炼胶排胶、压片、冷却停放12h；（4）将停放后的胶料在开炼机上加硫化体系；
2）预硫化
（1）挤出成型预硫化
将混炼胶放入100-160℃的烘道进行预硫化，预硫化时间为1min-15min，硫化方式为热空气硫化、微波辐射交联或者红外辐射交联；
（2）模压成型预硫化
将混炼胶放入所需模具中，热压机压力为5-20MPa，温度100-180℃，预硫化时间为1-20min，之后将胶料从模具中拿出，得到预硫化材料；
3）超临界发泡
预硫化好的样品放入高压反应釜中，通入超临界氮气并升温、加压使其变为超临界状态，当超临界流体在预硫化物胶中达到饱和后，采用快速降压法、或快速升温法，制得微孔材料；升温法：将预硫化材料装入高压釜内，先用少量CO2吹洗2-3min，然后密封，反应釜温度为40-140℃，用超临界注气系统将超临界氮气注入高压釜内，使压力达到5-60 MPa，恒压饱和0.5-4h；然后迅速卸压至常压，最后在120-200℃温度的烘箱中加热样品一定时间使之发泡后空气或水中冷却，得到发泡材料；
降压法：将预硫化材料装入高压釜内，先用少量CO2吹洗2-3min，然后密封，反应釜温度为40-140℃，用超临界注气系统将超临界氮气注入高压釜内，使压力达到5-60 MPa，恒压饱和0.5-4h；然后迅速卸压至常压，卸压时间为0-80 s，得到发泡材料；
4）二次硫化、定型；
将预硫化微发泡材料放入另一烘道中二次硫化、定型，其中烘道温度为120-180℃，硫化时间为10-60min，硫化方式为热空气硫化、微波辐射交联或者红外辐射交联。
2.根据权利要求1所述的一种丁苯橡胶微孔发泡材料，其特征在于，增塑剂为凡士林、石蜡油、环烷油中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种丁苯橡胶微孔发泡材料，其特征在于，活性剂为氧化锌、氧化镁、硬脂酸中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种丁苯橡胶微孔发泡材料，其特征在于，硫化剂为硫磺或过氧化二异丙苯。
5.根据权利要求1所述的一种丁苯橡胶微孔发泡材料，其特征在于，硫化促进剂为NOBS、DZ、TAIC、HVA-2中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种丁苯橡胶微孔发泡材料，其特征在于，防老剂为2，2，4-三甲基1，2-二氢化喹啉聚合物（RD）、N-苯基-N’-环己基对苯二胺（4010）中的任一种。
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