CN108003401B - 一种高温下使用的橡胶衬里组合物及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明属于材料技术领域，特别涉及橡胶高分子材料领域。本发明公开了高温下使用的橡胶衬里组合物及其制备方法和用途。其中，橡胶衬里组合物包括如下重量份的组分：天然橡胶60～80重量份、丁苯橡胶10～20重量份、高苯乙烯橡胶10～20重量份、纳米氧化锌3～8重量份、纳米炭黑10～30重量份、填料10～30重量份、硫磺25～45重量份。本发明的橡胶衬里组合物，选用优质天然橡胶、无污染丁苯橡胶和高苯乙烯橡胶三种高聚物的混合物替代现有产品的纯天然橡胶，提高了材料在高温下的硬度和耐温性，同时也降低了材料中易引起异味的蛋白质含量。

Description

一种高温下使用的橡胶衬里组合物及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于材料技术领域，特别涉及橡胶高分子材料领域，具体涉及高温下可用于饮用水的电磁流量计橡胶衬里组合物及其制备方法和用途。
背景技术
电磁流量计是一种应用电磁感应原理测量导电流体流量的一种仪器，由于其无压损，受被测流体温度、密度、黏度和压力等外界因素影响较小等特点，被广泛应用于涉及液体输送的领域。
目前国内只有少数几个厂家生产电磁流量计橡胶衬里组合物，现有的电磁流量计橡胶衬里组合物其主要材料均为天然橡胶，但天然橡胶的耐高温性能较差，在60℃的高温下，尚不符合生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范的要求，其主要问题是高温下橡胶衬里组合物软化、内聚力下降，有微量成分迁移到热水中，引起水的气味和味觉不符合要求。另外天然橡胶中的蛋白质脂肪酸、糖类等非橡胶物质在高温下也容易在水中微生物的作用下“长霉”，引起水的气味和味觉变化。因此现有的产品不能在60℃及更高温度下应用于涉及饮用水的相关设备，从而导致不能用于热带地区饮用水输配设备。通过试验表明，改进组合物的生产工艺和后处理工艺不能解决上述问题，显然研究选用新型材料和配方是解决上述问题主要途径。
发明内容
本发明旨在解决现有技术天然橡胶的耐高温性能较差的问题，提供一种高温下可用于饮用水的电磁流量计橡胶衬里组合物和用途。本发明的组合物能够满足60℃下饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价要求，并同时满足电磁流量计衬里所需的物理性能要求：如硬度、粘合强度、比表面电阻等。
为解决上述技术问题，本发明的第一方面的技术方案为：一种高温下使用的橡胶衬里组合物，其包括如下重量份的组分：天然橡胶60～80重量份、丁苯橡胶10～20重量份、高苯乙烯橡胶10～20重量份、纳米氧化锌3～8重量份、纳米炭黑10～30重量份、填料10～30重量份、硫磺25～45重量份。
本发明优选的技术方案中，所述的橡胶衬里组合物还包括促进剂0.2～1.0重量份。
本发明优选的技术方案中，所述填料为轻质碳酸钙、滑石粉、陶土、石墨粉中的一种或多种的混合体。
本发明优选的技术方案中，所述促进剂为TMTD、TETD、CZ、DZ、DPG中的一种或多种的混合体。
本发明中，所述天然橡胶为优质天然橡胶，其型号等级包括：特级烟片胶、1号烟片胶、1号标准天然橡胶和恒粘橡胶中的一种或几种。
本发明中，所述丁苯橡胶为非污染性丁苯橡胶，挥发分不大于0.60％，灰分不大于0.50％，有机酸含量为4.50～6.75％，含皂量不大于0.50％，结合苯乙烯含量为22.5～24.5％，拉伸强度(145℃，35min)不小于25.5MPa，断裂伸长率(145℃，35min)不小于340％。
所述高苯乙烯橡胶的结合苯乙烯含量为50～70％，有机酸含量为3.5～5.0％，含皂量不大于0.50％，拉伸强度不小于7.5MPa，断裂伸长率不小于120％，邵氏硬度A不小于93。
所述纳米氧化锌的比表面积不小于15m2/g，团聚指数不大于100，铅和锰含量均不大于0.001％，铜含量不大于0.0005％，镉含量不大于0.0015％，汞含量不大于0.0001％，砷含量不大于0.0003％，105℃挥发物不大于0.5％，水溶物不大于0.10％，盐酸不溶物不大于0.02％。
所述纳米炭黑的500μm筛余物不大于10mg/kg，45μm筛余物不大于1000mg/kg，灰分(质量分数)不大于0.7％。
所述硫磺中硫的质量分数不小于99.95％，灰分不大于0.03％，酸度(以H2SO4计)不大于0.003％，有机物含量不大于0.03％，砷含量(质量分数)不大于0.0001％，铁含量(质量分数)不大于0.003％，筛余物(75～150μm)质量分数不大于0.5％。
本发明的第二方面的技术方案提供前述的高温下使用的橡胶衬里组合物的制备方法，其包括以下步骤：
(1)按配方比例称好原料，在开炼机或密炼机中炼胶，压出混炼胶胶片，然后在挤出机或压延机机上压出胶片；
(2)将制备得到的胶片置于硫化罐中，关闭硫化罐门，用压缩空气给硫化罐加压至1～1.5bar；
(3)向硫化罐内通入蒸汽，使硫化罐内温度升至110～120℃，随后保持该温度一段时间；继续向硫化罐内通入蒸汽，使硫化罐内温度升到130～145℃，随后保持该温度一段时间，硫化罐内压力保持在2.5～3.5bar；
(4)停止通蒸汽，降温至40～50℃；
(5)开硫化罐门，排空压力，结束硫化过程。
本发明优选的技术方案中，步骤(3)中，向硫化罐内通入蒸汽，在1～2h内使硫化罐内温度升至110～120℃，随后保持该温度1～2h；持续向硫化罐内通入蒸汽，在1～2h内使罐内温度升到138～143℃，随后保持该温度2.5～3h，罐内压力保持在2.8～3.2bar。
本发明优选的技术方案中，步骤(4)中，停止通蒸汽，用空压机补充压力，5～8h内降温至40～50℃，其间保持罐内压力为1.5～2.0bar。
本发明优选的技术方案中，一种橡胶组合物的制备方法，其包括以下步骤：
(1)按配方比例称好原料，在开炼机或密炼机中炼胶(即混合均匀)，压出混炼胶胶片，然后在挤出机或压延机机上压出胶片，厚度为3～6mm；
(2)在需要衬橡胶的设备进行金属表面喷砂，喷砂等级为Sa 2.5，清扫干净后，3～5h内刷SP-2红色胶黏剂，风干1.5～48h后，再刷第2遍SP-2红色胶黏剂，风干1.5～48h，然后再刷SP-2红色胶黏剂；
(3)根据设备尺寸裁橡胶片，橡胶片表面刷SP-2红色胶黏剂，风干1～24h后平铺到刷有胶黏剂的设备表面，用压辊辊压橡胶衬里，使紧密地贴在设备上；
(4)将衬好胶的设备置于硫化罐中，关闭硫化罐门，用压缩空气给硫化罐加压至1～1.5bar；
(5)向罐内通入蒸汽，在1～2h内，使罐内温度升至110～120℃，随后保持该温度1～2h；
(6)持续向罐内通入蒸汽，在1～2h内，使罐内温度升到138～143℃，随后保持该温度2.5～3h，罐内压力保持在2.8～3.2bar；
(7)停止通蒸汽，用空压机补充压力，5～8h内降温至40～50℃，其间保持罐内压力为1.5～2.0bar；
(8)开硫化罐门，排空压力，结束硫化过程。
本发明的第三方面提供上述橡胶组合物的用途，用于与符合饮用水标准的生产生活用水的水处理和输送相关的橡胶材料。优选地，所述橡胶组合物用于饮用水的电磁流量计橡胶衬里。以此，在60℃及以上的温度中使用，例如，60～80℃时具有良好的耐老化性和硬度，不会产生异味。
本发明提出一种高温下可用于饮用水的电磁流量计橡胶衬里组合物及其制备方法，该电磁流量计橡胶衬里组合物能够应用于60℃下饮用水的输配设备，并且通过欧盟REACH标准(《化学品注册、评估、许可和限制》)检测、欧盟RoHS标准(《电气、电子设备中限制使用某些有害物质指令》)检测、美国加利福尼亚州65号提案(安全饮用水和有毒物质强制法令)检测。
本发明所述的高温下可用于饮用水的电磁流量计橡胶衬里组合物具有如下特点：
(1)选用优质天然橡胶、无污染丁苯橡胶和高苯乙烯橡胶三种高聚物的混合物替代现有产品的纯天然橡胶，提高了材料在高温下的硬度和耐温性,同时也降低了材料中易引起异味的蛋白质含量；
(2)选用纳米氧化锌作为组合物的活性剂和防老剂，与通常使用的普通氧化锌相比，由于纳米氧化锌的高比表面效应，提高了橡胶衬里材料的内聚力、耐温性和耐老化性；
(3)选用纳米炭黑作为组合物的主补强剂，与通常使用的普通碳黑相比，由于纳米炭黑的高比表面效应，提高了橡胶衬里材料的内聚力，提高了橡胶衬里的耐温性和耐老化性；
(4)选用适当的填料和用量比例，以保证组合物的硬度、粘合强度和比表面电阻等符合高温下电磁流量计的要求及生活用水输配送设备卫生安全要求。
具体实施方式
以下结合实施例描述本发明具体实施方式。
实施例1
(1)按以下配比称取各组分：天然橡胶40kg、丁苯橡胶5kg、高苯乙烯橡胶5kg、纳米氧化锌2.5kg、纳米炭黑5kg、填料7.5kg、硫磺12.5kg、促进剂0.25kg，将上述原料置于开炼机或密炼机中炼胶，压出混炼胶胶片，然后在挤出机或压延机机上压出胶片，厚度为3.5mm；
(2)在需要衬橡胶的设备进行金属表面喷砂，喷砂等级为Sa 2.5，清扫干净后，4h内刷SP-2红色胶黏剂，风干5h后，再刷第2遍SP-2红色胶黏剂，风干5h，然后再刷SP-2红色胶黏剂；
(3)根据设备尺寸裁橡胶片，橡胶片表面刷SP-2红色胶黏剂，风干10h后平铺到刷有胶黏剂的设备表面，用压辊辊压橡胶衬里，使紧密地贴在设备上；
(4)将衬好胶的设备置于硫化罐中，关闭硫化罐门，用压缩空气给硫化罐加压至1.3bar；
(5)向罐内通入蒸汽，在1h内，使罐内温度升至110℃，随后保持该温度1h；
(6)持续向罐内通入蒸汽，在1.5h内，使罐内温度升到140℃，随后保持该温度2.5h，罐内压力保持在3.0bar；
(7)停止通蒸汽，用空压机补充压力，6h内降温至45℃，其间保持罐内压力为1.5bar；
(8)开硫化罐门，排空压力，结束硫化过程。
实施例2
与实施例1相比，将第一步中纳米炭黑用量变为12.5kg，填料用量变为10kg，硫磺用量变为17.5kg，促进剂用量变为0.4kg，其他条件保持不变。
实施例3
与实施例1相比，将第一步中天然橡胶用量变为31kg，丁苯橡胶用量变为9kg，高苯乙烯橡胶用量变为10kg，填料用量变为10kg，硫磺用量变为17.5kg，促进剂用量变为0.45kg，其他条件保持不变。
实施例4
与实施例1相比，将第一步中挤出机或压延机机上压出胶片厚度变为5.0mm，其他条件保持不变。
实施例5
与实施例1相比，将第二步中的工艺流程变为：在需要衬橡胶的设备进行金属表面喷砂，喷砂等级为Sa 2.5，清扫干净后，3.5h内刷SP-2红色胶黏剂，风干12h后，再刷第2遍SP-2红色胶黏剂，风干10h，然后再刷SP-2红色胶黏剂。其他条件保持不变。
实施例6
与实施例1相比，将第三步中风干时间变为16h，其他条件保持不变。
实施例7
与实施例1相比，将第四步中的罐内压力变为1.5bar，其他条件保持不变。
实施例8
与实施例1相比，将第五步中的工艺流程变为：向罐内通入蒸汽，在1.5h内，使罐内温度升至120℃，随后保持该温度1.5h。其他条件保持不变。
实施例9
与实施例1相比，将第六步中的工艺流程变为：持续向罐内通入蒸汽，在2h内，使罐内温度升到143℃，随后保持该温度2.7h，罐内压力保持在2.8bar。其他条件保持不变。
实施例10
与实施例1相比，将第七步中的工艺流程变为：停止通蒸汽，用空压机补充压力，8h内降温至40℃，其间保持罐内压力为1.8bar；
实施例2-10中获得的高温下可用于饮用水的电磁流量计橡胶衬里组合物与实施例1的产品具有类似的性能，其中实施例1～3的60℃下生活饮用水标准检测结果及与市售样品的比较如表1所示，物理性能检测结果及与市售样品的比较如表2所示，其中市售样品1为南京天利达橡塑制品有限公司生产的橡胶衬里，市售样品2为开封华邦仪表有限公司生产的HBLD-125EMF电磁流量计所用橡胶衬里。
表1实施例1-3 60℃下生活饮用水标准检测结果及与市售样品的比较
Figure BDA0001501600270000051
表2实施例1-3物理性能检测结果及与市售样品的比较
Figure BDA0001501600270000062
另，还测定了本发明实施例1与现有相关产品的比较，见表3所示。
表3本发明实施例1与现有相关产品主要差别比较
Figure BDA0001501600270000063
注：GB/T 17219-1998生活饮用水输配水设备及防护材料安全性评价标准
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种高温下用于生产生活用水的水处理和输送相关的的橡胶衬里组合物，其由如下重量份的组分组成：天然橡胶60～80重量份、丁苯橡胶10～20重量份、高苯乙烯橡胶10～20重量份、纳米氧化锌3～8重量份、纳米炭黑10～30重量份、填料10～30重量份、硫磺25～45重量份和促进剂0.2～1.0重量份；填料为轻质碳酸钙、滑石粉、陶土，所述橡胶衬里组合物在60℃及以上的温度中使用。
2.根据权利要求1所述的橡胶衬里组合物，其特征在于，所述促进剂为TMTD、TETD、CZ、DZ、DPG中的一种或多种的混合体。
3.根据权利要求1所述的橡胶衬里组合物，其特征在于，所述橡胶衬里组合物用于饮用水的电磁流量计橡胶衬里。
4.制备如权利要求1-3任一项所述的橡胶衬里组合物的制备方法，其包括以下步骤：
(1)按配方比例称好原料，在开炼机或密炼机中炼胶，压出混炼胶胶片，然后在挤出机或压延机机上压出胶片；
(2)将制备得到的胶片用粘合剂粘贴到受衬金属设备表面后，将金属设备置于硫化罐中，关闭硫化罐门，用压缩空气给硫化罐加压至1～1.5bar；
(3)向硫化罐内通入蒸汽，使硫化罐内温度升至110～120℃，随后保持该温度一段时间；继续向硫化罐内通入蒸汽，使硫化罐内温度升到130～145℃，随后保持该温度一段时间，硫化罐内压力保持在2.5～3.5bar；
(4)停止通蒸汽，降温至40～50℃；
(5)开硫化罐门，排空压力，结束硫化过程。
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