CN107417991A - 一种抗静电橡胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗静电橡胶及其制备方法，属于橡胶制造领域。针对现有技术中存在的抗静电效果不足、物理性能差，生热性差的问题，本发明提供了一种抗静电橡胶及其制备方法。采用复配的导电碳黑和碳黑组合物，结合抗静电剂，有效保证了静电效果，提高耐磨性，且复配后的碳黑操作时的发热量小，可以保证橡胶的硬度和延展性，本发明使用两段塑炼方式，使用采用复合碳黑和抗静电剂的协同作用，实现抗静电效果好，物理性能优秀，硬度和拉伸强度好，发热量小，生产工艺简单。

Description

一种抗静电橡胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及橡胶辊制造领域，更具体地说，涉及一种抗静电橡胶及其制备方法。

背景技术

橡胶是电绝缘材料，当其表面受到摩擦时，处于静止状态的电荷积聚而形成静电。当电荷积累到一定数量时，便以火花形式释放。放电量轻微时，对人体不构成危害，但放电达到一定程度时，会造成电击为了保障人身安全，在这种场合使用的橡胶，必须是能清除静电的抗静电橡胶。静电带来的危险大致有以下几种：

(1)当静电释放时，周围如存在火种、易燃、易爆物，就会引发火灾；例如煤矿输送的皮带和滚筒之间的摩擦，放火花会引起瓦斯爆炸；

(2)击伤人体，尽管这种电击一般不属于致命性的，但对人体有害；

(3)带静电的表面会吸附周围的微粒。例如纺织厂的皮辊在牵伸纱支时，与纱线之间因摩擦而产生静电。当电荷积累到一定程度时，便会吸附周围空气中的飞纱，影响操作。薄膜生产时，薄膜与胶辊之间摩擦也会产生静电，会让薄膜粘在胶辊上，影响生产。总之，抗静电的确切定义并非阻止静电的产生，而是要消除掉已经积聚起来的静电。

由于现有的抗静电剂加入后，会导致橡胶物理性能差，在胶辊橡胶的生产之中，如何进行抗静电的设计是非常重要的，现有技术中，多采用表面活性的抗静电剂作为抗静电材料，但是普通的抗静电剂但是增塑作用会拉大橡胶分子的间距，影响硫化效果，继而影响橡胶的物理性能。金属粉末也作为导电材料，但其缺点是影响橡胶的弹性、柔性，故很少使用。

中国专利申请，申请号201410278955.3，公开日2016年1月6日，公开了一种丁腈橡胶组合物属于化工技术领域，尤其是涉及一种丁腈橡胶组合物的生产加工技术领域。一种橡胶，其特征在于是由下列重量份的材料组成：天然胶10～15、氧化锌5～9、硬脂酸2～6、防老剂2～5、乙炔碳黑4～7、防焦剂4～8、聚合硫5～15、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺10～15，丁腈橡胶10～20、硫磺4～8、氧化锌3～7、硬脂酸4～7、防老剂RD3～8、防老剂4010NA7～15、石蜡10～18、碳黑N660，10～15、二硫化二苯骈噻唑12～15、二硫化四甲基秋兰姆10～20、二硫化四乙基秋兰姆10～20。使用了乙炔碳黑作为抗静电剂，但是，乙炔碳黑增加过多会使得大量使用碳黑会影响胶辊的拉伸强度和拉伸性，且操作时候的生热性也会产生影响，影响整体的物理性能。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的抗静电效果不足、物理性能差，生热性差的问题，本发明提供了一种抗静电橡胶及其制备方法。它可以实现抗静电效果好，物理性能优秀，硬度和拉伸强度好，发热量小，生产工艺简单。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种抗静电橡胶，组分和质量份数如下：

更进一步的，所述的硬脂酸为硬脂酸1801、硬脂酸1837或硬脂酸1842。其硬脂酸以动物油脂为主要原料。

更进一步的，所述的复合碳黑为导电碳黑、碳黑N330和碳黑N774复配而成，质量份数比例为(1-3):2:(1-3)。N774适用于各种橡胶，粒径大，产品粒径为80-170nm、结构低的碳黑品种，多用于轮胎胎体的缓冲层和帘布层胶料、胶管、压出制品、各种工业橡胶制品，以及电线、电缆等，N774在胶料中可以大量填充，而不过多影响橡胶硫化特性，其硫化胶伸长率高、生热低、弹性高、耐老化性能良好。

更进一步的，所述的复合碳黑为乙炔碳黑、导电炉黑或导电槽黑。其中可以优选使用乙炔碳黑，原因在于它的价格相对低廉。而且，因其所含的挥发份较高，故导电率差一些，而这正好能满足抗静电之需。此外还能起到一些补强效果，包括提高定伸应力和硬度。作为抗静电剂使用时成本低，效果好。

更进一步的，所述的抗静电剂为SN、SP、PES或ET。表面活性剂跟橡胶的相容性好，则它的扩散、迁移会受到约束,导电能力会受牵制；反之，相容性太差则会过快地向外扩散、迁移，则抗静电性也难以持久。因此，选用的原则应该是力求和橡胶的相容性适中，表面活性剂型抗静电剂分子中的亲水基团因能在表面形成均匀的分子层，而有良好的抗静电效果。

一种抗静电橡胶的制备方法，其步骤如下：

1)切胶，按上表重量切取胶；

2)胶料炼胶，在开炼机上将天然胶塑炼一段，下片停放12小时，再将丁苯胶塑炼一段下片停放12小时，并且同时称量好辅料，将氧化锌、硬脂酸、防老剂D、复合碳黑、抗静电剂放在一个容器中，松焦油放在一个容器中，硫磺、促进剂DM和促进剂M放在一个容器中；

3)胶料二段塑料混合，将第二步中已经塑炼一段的丁苯胶和天然胶，在开炼机上混合，并且将开炼机辊距调成1mm，薄通落盘5次，并打三角包三次；

4)胶料的混炼，将氧化锌、硬脂酸、防老剂D、复合碳黑、抗静电剂、松焦油和步骤3中塑炼的胶料一同放入密式炼胶机中，混炼6-8分钟，排胶，下片，等待冷却；

5)加促进剂和硫化剂，在开式炼胶机上，将硫磺、促进剂DM和促进剂M加入步骤4的胶料中，并且在辊距2mm时，打三角包三次，然后下片待用；

6)取少量的步骤5中的胶料，放入模具里，放入平板硫化机里，进行硫化；

7)取出胶片用高阻计测量电阻值，获得符合抗静电效果的橡胶材料。具体步骤参照MT_113-1995标准。

更进一步的，步骤6中硫化的参数为，硫化机压力0.8Mpa，在160摄氏度硫化10mim。3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本发明以天然橡胶为主体材料，具有较高的耐磨性，和拉伸强度，由于天然胶是自补强橡胶，其具有较高的格林强度，有利于橡胶的加工成型；

(2)本发明以复合型碳黑作为补强填料，多种类型碳黑进行综合作用，具有更好的拉伸强度，调节胶辊硬度，提高耐磨性；复配的碳黑N330、碳黑N774可以选用碳黑N220、碳黑N990等进行替换，发明优选以碳黑N330作为补强填料，调节胶辊硬度，提高了耐磨性；现，现有技术中，常用的是N220，从工艺上说，碳黑N330的补强性能差于碳黑N220，但是碳黑N220的操作生热性、分散性均比N330差，可以根据需求选用相应的碳黑，碳黑N990补强性能略差，但能提高橡胶的拉升伸长率，因此碳黑并用，橡胶既有比较好的拉伸强度，但拉伸伸长率也能得到保证，通过实验发现，此几种碳黑并用的橡胶可以得到比较好的拉伸强度，但拉伸伸长率也能得到保证；由于导电碳黑具有抗静电的效果，还可以起到更好的拉伸和硬度效果，多种类型碳黑进行综合作用，由于原有单组份的碳黑的拉伸强度仅仅能达到12mpa-14mpa之间，复配后的拉伸强度可以达到25mpa-30mpa；提高耐磨性，且复配后的碳 黑操作时的发热量小，对产品进行添加后的工艺制备更加简单便捷，具有很好的可操作性，硫化性能更加优秀；

(3)采用复配碳黑的橡胶补强是通过增加碳黑的用量，来提高胶料的强度和硬度的，用5份碳黑邵尔A硬度提高约1度，因此生产高硬度橡胶时需要大量填充碳黑，大量使用碳黑会影响胶辊的拉伸强度和拉伸性，且操作时候的生热性也会产生影响；但是结合使用抗静电剂可以使用抗静电剂SN、SP、PES、OT等，表面活性剂型抗静电剂分子中的亲水基团因能在表面形成均匀的分子层，而有良好的抗静电效果，本方案的抗静电剂如SN在使用时候具有很好的抗静电作用，而且还具有增塑作用，在实验中发现，一定量的SN和橡胶具有较好的相容性，能达到扩散和迁移的平衡，发挥较好的抗静电效果，因此将导电碳黑和SN结合使用，发挥了协同作用，同时平衡了橡胶的物理性能,其中SN作为表面活性剂虽起到了增塑作用，但是增塑作用会拉大橡胶分子的间距，影响硫化效果，继而影响橡胶的物理性能，碳黑对表面活性的损失物理性能进行补强，产生了协同的效果，有效保证了的橡胶的抗静电作用和物理性能双重效果；

(4)在方案中可以加入一定量的酚醛树脂12687，可以在减少整体碳黑的基础上，每增加一份的酚醛树脂12687可以减少一份碳黑的加入，大幅度提高胶辊硬度，耐磨性和撕裂性，可以降低碳黑的用量，节约成本，且防止碳黑总量的大幅度增加，防止因为碳黑添加过量造成的延展性差；两者可以协同作用，保证硬度的同时，调节延展性和相应的导电性能；

(5)硬脂酸选择硬脂酸1803，其硬脂酸1803以动物油脂为主要原料，对活化程度有很大的提高，极大的对橡胶制备的硫化速度以及程度进行了提高，反应更快，节约时间；

(6)松焦油用于主要用作橡胶软化剂，在进行加工的时候，保证橡胶的延展性，加工方便，且有效保证在碳黑增加的基础上，整体橡胶的拉伸性能好。

具体实施方式

下面结合具体的实施例，对本发明作详细描述。

实施例1

一种抗静电橡胶，组分和质量份数如下：

所述的硬脂酸为硬脂酸1801、硬脂酸1837或硬脂酸1842。其硬脂酸以动物油脂为主要原料。更进一步的，所述的复合碳黑为导电碳黑、碳黑N330和碳黑N774复配而成，质量份数比例为(1-3):2:(1-3)。本处采用比例为1:2:1，N774适用于各种橡胶，粒径大，产品粒径为80-170nm、结构低的碳黑品种，多用于轮胎胎体的缓冲层和帘布层胶料、胶管、压出制品、各种工业橡胶制品，以及电线、电缆等，N774在胶料中可以大量填充，而不过多影响橡胶硫化特性，其硫化胶伸长率高、生热低、弹性高、耐老化性能良好。

所述的复合碳黑为乙炔碳黑、导电炉黑或导电槽黑，此处选用乙炔碳黑，原因在于它的价格相对低廉。而且，因其所含的挥发份较高，故导电率差一些，而这正好能满足抗静电之需，此外还能起到一些补强效果，包括提高定伸应力和硬度，作为抗静电剂使用时成本低，效果好。所述的抗静电剂为SN、SP、PES或ET。此处选用，抗静电剂SN，具体型号可以根据需求来进行设置，理论上表面活性剂跟橡胶的相容性好，则它的扩散、迁移会受到约束，导电能力会受牵制；反之，相容性太差则会过快地向外扩散、迁移，则抗静电性也难以持久。因此，选用的原则应该是力求和橡胶的相容性适中，表面活性剂型抗静电剂分子中的亲水基团因能在表面形成均匀的分子层，而有良好的抗静电效果。抗静电剂SN有效保证了上述均匀分子层的产生，抗静电效果好。

一种抗静电橡胶的制备方法，其步骤如下：

1)切胶，按上表重量切取胶；

2)胶料炼胶，在开炼机上将天然胶塑炼一段，下片停放12小时，再将丁苯胶塑炼一段下片停放12小时，并且同时称量好辅料，将氧化锌、硬脂酸、防老剂D、复合碳黑、抗静电剂放在一个容器中，松焦油放在一个容器中，硫磺、促进剂DM和促进剂M放在一个容器中；

3)胶料二段塑料混合，将第二步中已经塑炼一段的丁苯胶和天然胶，在开炼机上混合，并且将开炼机辊距调成1mm，薄通落盘5次，并打三角包三次；

4)胶料的混炼，将氧化锌、硬脂酸、防老剂D、复合碳黑、抗静电剂、松焦油和步骤3中塑炼的胶料一同放入密式炼胶机中，混炼6-8分钟，排胶，下片，等待冷却；

5)加促进剂和硫化剂，在开式炼胶机上，将硫磺、促进剂DM和促进剂M加入步骤4的胶料中，并且在辊距2mm时，打三角包三次，然后下片待用；

6)取少量的步骤5中的胶料，放入模具里，放入平板硫化机里，进行硫化；硫化的参数为，硫化机压力0.8Mpa，在160摄氏度硫化10mim。

7)取出胶片用高阻计测量电阻值，获得符合抗静电效果的橡胶材料。具体步骤参照MT_113-1995标准。

在测试中抗静电效果好，且制得的抗静电橡胶测试硬度为邵尔A硬度80。所用苯乙烯树脂和碳黑的数量少，拉伸强度可以达到20mpa，拉伸伸长率为380％，拉伸强度好，拉伸伸长率高，硬度比常规方法制成的胶辊更高。

实施例2

一种抗静电橡胶，组分和质量份数如下：

所述的硬脂酸为硬脂酸1801、硬脂酸1837或硬脂酸1842。其硬脂酸以动物油脂为主要原料。所述的复合碳黑为导电碳黑、碳黑N330和碳黑N774复配而成，质量份数比例为3:2:3。N774适用于各种橡胶，粒径大，产品粒径为80-170nm、结构低的碳黑品种，多用于轮胎胎体的缓冲层和帘布层胶料、胶管、压出制品、各种工业橡胶制品，以及电线、电缆等，N774在胶料中可以大量填充，而不过多影响橡胶硫化特性，其硫化胶伸长率高、生热低、弹性高、耐老化性能良好。所述的复合碳黑为乙炔碳黑、导电炉黑或导电槽黑。其中可以优选使用乙炔碳黑，原因在于它的价格相对低廉。而且，因其所含的挥发份较高，故导电率差一些，而这正好能满足抗静电之需。此外还能起到一些补强效果，包括提高定伸应力和硬度。作为抗静电剂使用时成本低，效果好。

所述的抗静电剂为SN、SP、PES或ET。表面活性剂跟橡胶的相容性好，则它的扩散、迁移会受到约束,导电能力会受牵制；反之，相容性太差则会过快地向外扩散、迁移，则抗静电性也难以持久。因此，选用的原则应该是力求和橡胶的相容性适中，表面活性剂型抗静电剂分子中的亲水基团因能在表面形成均匀的分子层，而有良好的抗静电效果。

经过与实施例1相似的步骤进行制作，在测试中抗静电效果好，且制得的抗静电橡胶测试硬度为邵尔A硬度85。所用苯乙烯树脂和碳黑的数量少，拉伸强度可以达到30mpa，拉伸伸长率为420％，拉伸强度好，拉伸伸长率高，硬度比常规方法制成的胶辊更高。

实施例3

基于实施例1或2，实施例3还可以在其中加入高苯乙烯树脂提高硬度，添加比例与导电碳黑的质量份数为1:1，每添加1份高苯乙烯树脂橡胶硬度提高约1度。

高苯乙烯树脂苯乙烯含量为70％-90％。高苯乙烯橡胶是丁苯橡胶的一个特殊品种，由丁二烯和苯乙烯乳液共聚制的乳胶，再经凝聚洗涤，挤压脱水，干燥而得产品，一般丁苯橡胶中苯乙烯含量为23.5％±1％，含量高达40％以上的称为高苯乙烯橡胶，结合苯乙烯70％-90％则为高苯乙烯树脂。本方案中高苯乙烯树脂作为一种橡胶添加剂，用于橡胶生产，能提高橡胶的定伸应力，强度，硬度，耐撕裂性，耐屈扰及耐磨性，形状是3mm左右的颗粒状。

复合碳黑用于产生一定的导电性能，产生防静电的效果，且有效保证了橡胶的物理性能，加入复合碳黑的补强，提高拉伸强度。因此碳黑并用，橡胶既有比较好的拉伸强度，但拉伸伸长率也能得到保证，由于导电碳黑不仅可以进行补强、还具有抗静电的效果，有效保证了在抗静电的同时，还可以起到更好的拉伸和硬度效果。但大量使用碳黑会影响胶辊的拉伸强度和拉伸性，且操作时候的生热性也会产生影响，采用复配的碳黑和高苯乙烯树脂协同使用可以大幅度提高硬度。本方案的抗静电剂如SN在使用时候具有很好的抗静电作用，而且还具有增塑作用，在实验中发现，一定量的SN和橡胶具有较好的相容性，能达到扩散和迁移的平衡，发挥较好的抗静电效果，因此将导电碳黑和SN结合使用，发挥了协同作用，同时平衡了橡胶的物理性能,其中SN作为表面活性剂虽起到了增塑作用，但是增塑作用会拉大橡胶分子的间距，影响硫化效果，继而影响橡胶的物理性能，但是复配的碳黑和高苯乙烯树脂橡胶，对表面活性的损失物理性能进行补强，产生了协同的效果，有效保证了的橡胶的抗静电作用和物理性能双重效果，采用上述方案，一般现有技术中的强度只能达到12mpa～14mpa，采用本发明的技术方案可以达到35mpa，这种拉伸强度达到了如轮胎等特殊橡胶产品的要求，提高了橡胶拉伸时的伸长率，伸长率可达25％。

上述所制得的一种抗静电测试硬度为邵尔A硬度90。所用苯乙烯树脂和碳黑的数量少，拉伸强度可以达到35mpa，拉伸伸长率为410％，拉伸强度好，拉伸伸长率高，硬度比常规方法制成的胶辊更高。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本 发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (7)

1.一种抗静电橡胶，组分和质量份数如下：

2.根据权利要求1所述的一种抗静电橡胶，其特征在于：所述的硬脂酸为硬脂酸1801、硬脂酸1837或硬脂酸1842。

3.根据权利要求1所述的一种抗静电橡胶，其特征在于：所述的复合碳黑为导电碳黑、碳黑N330和碳黑N774复配而成，质量份数比例为(1-3):2:(1-3)。

4.根据权利要求3所述的一种抗静电橡胶，其特征在于：所述的复合碳黑为乙炔碳黑、导电炉黑或导电槽黑。

5.根据权利要求1所述的一种抗静电橡胶，其特征在于：所述的抗静电剂为SN、SP、PES或ET。

6.一种抗静电橡胶的制备方法，其步骤如下：

1)切胶，按上表重量切取胶；

2)胶料炼胶，在开炼机上将天然胶塑炼一段，下片停放12小时，再将丁苯胶塑炼一段下片停放12小时，并且同时称量好辅料，将氧化锌、硬脂酸、防老剂D、复合碳黑、抗静电剂放在一个容器中，松焦油放在一个容器中，硫磺、促进剂DM和促进剂M放在一个容器中；

3)胶料二段塑料混合，将第二步中已经塑炼一段的丁苯胶和天然胶，在开炼机上混合，并且将开炼机辊距调成1mm，薄通落盘5次，并打三角包三次；

4)胶料的混炼，将氧化锌、硬脂酸、防老剂D、复合碳黑、抗静电剂、松焦油和步骤3中塑炼的胶料一同放入密式炼胶机中，混炼6-8分钟，排胶，下片，等待冷却；

5)加促进剂和硫化剂，在开式炼胶机上，将硫磺、促进剂DM和促进剂M加入步骤4的胶料中，并且在辊距2mm时，打三角包三次，然后下片待用；

6)取少量的步骤5中的胶料，放入模具里，放入平板硫化机里，进行硫化；

7)取出胶片用高阻计测量电阻值，获得符合抗静电效果的橡胶材料。

7.根据权利要求6所述的一种抗静电橡胶的制备方法，其特征在于：步骤6中硫化的参数为，硫化机压力0.8Mpa，在160摄氏度硫化10mim。