CN108503743A - 复合橡胶及其制备方法与用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种复合橡胶及其制备方法与用途，涉及橡胶领域，该复合橡胶按重量百分比计包括以下原料：戊烯45％‑55％、环戊二烯25％‑35％和双环戊二烯15％‑25％。利用该复合橡胶能够缓解现有的天然橡胶和丁苯胶成本高导致鞋料成本大幅上涨的技术问题，达到降低成本的目的。

Description

复合橡胶及其制备方法与用途
技术领域
本发明涉及橡胶技术领域，尤其是涉及一种复合橡胶及其制备方法与用途。
背景技术
目前的橡胶工业中主要以天然橡胶为原料，但是天然橡胶供应紧张，价格居高不下。受地理条件的限制，我国天然橡胶生产增速缓慢。据预测，我国天然橡胶年产量最多可增加70多万吨，难以满足国内橡胶工业高速发展的需求；但合成橡胶产量却随中国石油化工的发展而增加。我国橡胶年消耗量居世界首位。为了弥补国内天然橡胶资源的不足，近两年我国每年进口天然胶100万吨以上。预计今后我国年进口天然胶将超过200万吨，占世界天然胶总资源的20％以上。
我国生产的合成橡胶中主要品种有丁苯橡胶、顺丁橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶和丁腈橡胶等胶种，其中能用于橡胶鞋底中的合成胶主要有丁苯胶，但是丁苯胶的价格近期也出现大幅上涨，导致鞋的价格也普遍上涨。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种复合橡胶，以缓解现有的天然橡胶和丁苯胶成本高导致鞋料成本大幅上涨的技术问题。
本发明的第二目的在于提供一种复合橡胶的制备方法，该制备方法工艺简单，且适合工业化生产。
本发明的第三目的在于提供一种上述复合橡胶在鞋料中的用途，用上述复合橡胶制备鞋料可以降低鞋料的价格。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种复合橡胶，按重量百分比计包括以下原料：戊烯45％-55％、环戊二烯25％-35％和双环戊二烯15％-25％。
进一步的，按重量百分比计包括以下原料：戊烯46％-54％、环戊二烯26％-34％和双环戊二烯16％-24％。
进一步的，按重量百分比计包括以下原料：戊烯47％-53％、环戊二烯27％-33％和双环戊二烯17％-23％。
进一步的，将戊烯、环戊二烯和双环戊二烯混合后进行聚合反应，反应结束后得到所述复合橡胶。
进一步的，戊烯、环戊二烯和双环戊二烯在催化剂的作用下进行聚合反应，反应结束后得到所述复合橡胶。
进一步的，所述催化剂为复合液体三氯化铝催化剂。
进一步的，所述催化剂的加入量为戊烯、环戊二烯和双环戊二烯总重量的0.5％-2％。
进一步的，所述催化剂的加入量为戊烯、环戊二烯和双环戊二烯总重量的0.8％-1.5％。
进一步的，聚合反应的反应温度为-20-100℃。
进一步的，所述的复合橡胶在鞋料中的应用。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
该复合橡胶采用低成本原料戊烯、环戊二烯和双环戊二烯制备而成，与天然橡胶和丁苯胶相比，价格降低了20％-30％。另外，本发明提供的复合橡胶具有较高的抗干、抗湿和抗滑性能，同时，该复合橡胶的硬度较低，具有较好的舒服度。
本发明提供的复合橡胶的物理机械性能和天然橡胶相似，它具有优良的弹性、耐磨性、耐热性、抗撕裂性、抗张强度与伸长率等，与天然橡胶接近，具有优良的密封性，可广泛用于制鞋、轮胎和其他橡胶工业制品，可以替代天然橡胶使用。该复合橡胶在具有优异的物理性能的同时，具有交底的成本。
将液态戊烯、环戊二烯和双环戊二烯混合，利用戊烯、环戊二烯和双环戊二烯中的化学活性使三者进行聚合反应形成共聚体大分子，生成复合橡胶。利用本发明提供的制备方法制备复合橡胶时，由于戊烯、环戊二烯和双环戊二烯混合后可以在自身化学活性的作用下直接发生聚合生产大分子的复合橡胶，从而可以节省常规橡胶生产中的塑练的工艺步骤，只需要在密练时加粉剂前加入即可。该工艺过程具有工艺具有工艺简单，节约流程的优势。
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。
一种复合橡胶，按重量百分比计包括以下原料：戊烯45％-55％、环戊二烯25％-35％和双环戊二烯15％-25％。
该复合橡胶采用低成本原料戊烯、环戊二烯和双环戊二烯制备而成，与天然橡胶和丁苯胶相比，价格降低了20％-30％。另外，本发明提供的复合橡胶具有较高的抗干、抗湿和抗滑性能，同时，该复合橡胶的硬度较低，具有较好的舒服度。
本发明提供的复合橡胶的物理机械性能和天然橡胶相似，它具有优良的弹性、耐磨性、耐热性、抗撕裂性、抗张强度与伸长率等，与天然橡胶接近，具有优良的密封性，可广泛用于制鞋、轮胎和其他橡胶工业制品，可以替代天然橡胶使用。该复合橡胶在具有优异的物理性能的同时，具有交底的成本。
利用本发明提供的制备方法制备复合橡胶时，可以节省塑练的工艺步骤，只需要在密练时加粉剂前加入即可。该工艺过程具有工艺具有工艺简单，节约流程的优势。
戊烯为无色易挥发可燃性液体，密度0.6411，熔点-138℃，沸点30℃，不溶于水，溶于乙醇，高温时裂解为低级烃类。用于有机合成和脱氢制异戊二烯，可由戊烷脱氢而制得。
环戊二烯是一种化学活性很高的脂环烃，分子式C5H6，无色液体，熔点-97.542℃，沸点40℃，相对密度0.8021，存在于煤焦油中，容易与不饱和化合物发生反应，生成数目众多的环状化合物。石油馏分如石脑油或瓦斯油裂解时，也生成环戊二烯。环戊二烯含有活性亚甲基，能与醛、酮缩合，生成有颜色的富烯衍生物。
双环戊二烯(简称DCPD)，又称二聚环戊二烯，是环戊二烯经狄尔斯-阿尔德反应而生成的二聚体，有内型与外型两种异构体，无色结晶，有类似樟脑气味，相对密度0.979，沸点170℃，凝固点31.5℃，折射率nD(35℃)1.5061，闪点32.22℃，自燃点680℃，溶于醇。本品有α和β二种异构体，为桥式(endo-DCPD)和挂式(exo-DCPD)两种；桥式异构体凝固点33℃，挂式异构体凝固点19.5℃。双环戊二烯中主要含的是桥式异构体，沸点170℃。双环戊二烯因含有双键，故易于进行加成反应和自聚反应。
上述戊烯、环戊二烯和双环戊二烯作为反应单体，在现有工艺中易于合成或裂解制得，原料成本低，且戊烯、环戊二烯和双环戊二烯均含有不饱和双键，易于进行聚合反应；同时戊烯、环戊二烯和双环戊二烯均为液态，易于反应单体均匀混合，以及有利于反应中热能的传递，从而使反应充分进行，提高复合橡胶的成品率。
本发明中，戊烯典型但非限制性的含量例如为45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％或55％。
本发明中，环戊二烯典型但非限制性的含量例如为25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％或35％。
本发明中，双环戊二烯典型但非限制性的含量例如为15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％或25％。
作为本发明的一个优选的实施方式，上述复合橡胶按重量百分比计包括以下原料：戊烯46％-54％、环戊二烯26％-34％和双环戊二烯16％-24％。
在本发明另一个优选的实施方式中，上述复合橡胶按重量百分比计包括以下原料：戊烯47％-53％、环戊二烯27％-33％和双环戊二烯17％-23％。
通过优化原料的组成，可以进一步提高复合橡胶的成品率，并进一步提高其抗干、抗湿和抗滑性能，并降低其硬度，以达到进一步提高得到的复合橡胶的综合性能的目的。
本发明的第二个方面提供了一种上述复合橡胶的制备方法，将戊烯、环戊二烯和双环戊二烯混合后进行聚合反应，反应结束后得到所述复合橡胶。
将液态戊烯、环戊二烯和双环戊二烯混合，利用戊烯、环戊二烯和双环戊二烯中的化学活性使三者进行聚合反应形成共聚体大分子，生成复合橡胶。利用本发明提供的制备方法制备复合橡胶时，由于戊烯、环戊二烯和双环戊二烯混合后可以在自身化学活性的作用下直接发生聚合生产大分子的复合橡胶，从而可以节省常规橡胶生产中的塑练的工艺步骤，只需要在密练时加粉剂前加入即可。该工艺过程具有工艺具有工艺简单，节约流程的优势。
在上述制备方法中也可引入催化剂，所述催化剂可商购获得，也可按照本领域技术人员公知的方法制备得到。
在本发明的一些实施方式中，戊烯、环戊二烯和双环戊二烯在催化剂的作用下进行聚合反应，反应结束后得到所述复合橡胶。
在聚合反应中引入催化剂，有利于促进聚合反应的进行，使整个聚合反应过程快速平稳地进行。
在本发明的一些实施方式中，所述催化剂为复合液体三氯化铝催化剂。该复合液体三氯化铝催化剂购自济南诺威利精细化工有限公司，按重量百分比计其成分包括：三氯化铝25-40％，三甲苯38-64％，三氯乙烷10-20％，二氯乙烷1-2％，抗氧剂0.1-0.2％，各成份之和为100％。其中抗氧剂是下列之一或二者的混合：(1)2、4、6--三叔丁基苯酚，(2)叔丁基邻苯二酚。
在本发明的一些实施方式中，所述复合液体三氯化铝催化剂的加入量为戊烯、环戊二烯和双环戊二烯总重量的0.5％-2％。
其中，以戊烯、环戊二烯和双环戊二烯总重量为基准，复合液体三氯化铝催化剂的加入量典型但非限制性的例如可以为0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％或2％。
在本发明的一些实施方式中，所述复合液体三氯化铝催化剂的加入量为戊烯、环戊二烯和双环戊二烯总重量的0.8％-1.5％。
可以理解的是，聚合反应的温度只要能够使戊烯、环戊二烯和双环戊二烯发生聚合反应即可。聚合反应的温度越高，溶液活性越高，反应越剧烈，反应温度在50-100℃，生成的胶料的颜色较深；反应温度越低，溶液活性越低，反应越缓慢，反应温度在-20-50℃，生成的复合橡胶的颜色较浅。
通过上述分析可知，利用本发明提供的原料进行聚合反应时，只需要改变聚合反应过程中的反应温度就可以得到不同颜色的复合橡胶，避免加入颜料添加剂。
在本发明的一些实施方式中，聚合反应的反应温度为-20-50℃。反应原料戊烯、环戊二烯和双环戊二烯在此温度下进行聚合反应，得到的复合橡胶的颜色较深，。
在本发明的一些实施方式中，聚合反应的反应温度为50-100℃。反应原料戊烯、环戊二烯和双环戊二烯在此温度下进行聚合反应，得到的复合橡胶的颜色较浅。
本发明的第三个方面提供一种上述复合橡胶在鞋料中的用途，用上述复合橡胶制备鞋料可以降低鞋料的价格。
利用本发明提供的复合橡胶能够降低鞋料的成本，提高制鞋产品的市场竞争力；其次，该复合橡胶性能优异，能提高鞋底的抗干、抗湿和抗滑性能，并且能够降低鞋底的硬度，提高鞋底的舒适度。
下面将结合实施例和对比例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
本实施例是一种复合橡胶，按重量百分比计包括以下原料：戊烯50％、环戊二烯30％和双环戊二烯20％。
上述复合橡胶的制备方法包括以下步骤：将戊烯、环戊二烯和双环戊二烯混合后进行聚合反应，反应结束后得到所述复合橡胶。其中，聚合反应温度为20℃。
实施例2
本实施例是一种复合橡胶，按重量百分比计包括以下原料：戊烯45％、环戊二烯35％和双环戊二烯20％。
其中，制备方法与实施例1相同。
实施例3
本实施例是一种复合橡胶，按重量百分比计包括以下原料：戊烯50％、环戊二烯25％和双环戊二烯25％。
其中，制备方法与实施例1相同。
实施例4
本实施例是一种复合橡胶，按重量百分比计包括以下原料：戊烯50％、环戊二烯30％和双环戊二烯20％。
上述复合橡胶的制备方法包括以下步骤：将戊烯、环戊二烯和双环戊二烯混合后在复合液体三氯化铝催化剂的催化作用下进行聚合反应，反应结束后得到所述复合橡胶。其中，聚合反应温度为20℃复合液体三氯化铝催化剂的用量为戊烯、环戊二烯和双环戊二烯的总重量的1％。
实施例5
本实施例是一种复合橡胶，按重量百分比计包括以下原料：戊烯52％、环戊二烯32％和双环戊二烯16％。
其中，制备方法与实施例4中的制备方法相同。
实施例6
本实施例是一种复合橡胶，按重量百分比计包括以下原料：戊烯47％、环戊二烯29％和双环戊二烯24％。
其中，制备方法与实施例4中的制备方法相同。
实施例7
本实施例是一种复合橡胶，反应原料组成与实施例4相同。
上述复合橡胶的制备方法与实施例4中的制备方法相比，不同之处在于聚合反应温度为40℃，其他与实施例4相同。
实施例8
本实施例是一种复合橡胶，反应原料组成与实施例4相同。
上述复合橡胶的制备方法与实施例4中的制备方法相比，不同之处在于聚合反应温度为60℃，其他与实施例4相同。
实施例9
本实施例是一种复合橡胶，反应原料组成与实施例4相同。
上述复合橡胶的制备方法与实施例4中的制备方法相比，不同之处在于聚合反应温度为80℃，其他与实施例4相同。
实施例10
本实施例是一种复合橡胶，反应原料组成与实施例4相同。
上述复合橡胶的制备方法与实施例4中的制备方法相比，不同之处在于复合液体三氯化铝催化剂的用量为戊烯、环戊二烯和双环戊二烯的总重量的0.5％，其他与实施例4相同。
实施例11
本实施例是一种复合橡胶，反应原料组成与实施例4相同。
上述复合橡胶的制备方法与实施例4中的制备方法相比，不同之处在于复合液体三氯化铝催化剂的用量为戊烯、环戊二烯和双环戊二烯的总重量的1.5％，其他与实施例4相同。
实施例12
本实施例是一种复合橡胶，反应原料组成与实施例4相同。
上述复合橡胶的制备方法与实施例4中的制备方法相比，不同之处在于复合液体三氯化铝催化剂的用量为戊烯、环戊二烯和双环戊二烯的总重量的2％，其他与实施例4相同。
对比例1
天然橡胶
对比例2
丁苯橡胶
对比例3
顺丁橡胶
分别利用实施例1-12提供的复合橡胶和对比例1-3提供的天然橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶做成鞋底，并测试每组鞋底的性能参数，测试结果列于表1。
表1每组鞋底的性能测试结果
从实施例1-12中的数据可以看出，改变原料的组成可以改变得到的复合复合橡胶的物理性能，如：硬度、抗撕裂强度和摩擦系数，从表中的数据可以看出，利用实施例4中的复合橡胶得到的鞋底的综合性能最好。此外，改变复合橡胶制备过程中催化剂的使用量，对于最终的鞋底的综合性能影响不大。
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)

1.一种复合橡胶，其特征在于，按重量百分比计包括以下原料：戊烯45％-55％、环戊二烯25％-35％和双环戊二烯15％-25％。
2.根据权利要求1所述的复合橡胶，其特征在于，按重量百分比计包括以下原料：戊烯46％-54％、环戊二烯26％-34％和双环戊二烯16％-24％。
3.根据权利要求1所述的一种复合橡胶，其特征在于，按重量百分比计包括以下原料：戊烯47％-53％、环戊二烯27％-33％和双环戊二烯17％-23％。
4.一种权利要求1-3任一项所述的复合橡胶的制备方法，其特征在于，将戊烯、环戊二烯和双环戊二烯混合后进行聚合反应，反应结束后得到所述复合橡胶。
5.根据权利要求4所述的复合橡胶的制备方法，其特征在于，戊烯、环戊二烯和双环戊二烯在催化剂的作用下进行聚合反应，反应结束后得到所述复合橡胶。
6.根据权利要求5所述的复合橡胶的制备方法，其特征在于，所述催化剂为复合液体三氯化铝催化剂。
7.根据权利要求6所述的复合橡胶的制备方法，其特征在于，所述催化剂的加入量为戊烯、环戊二烯和双环戊二烯总重量的0.5％-2％。
8.根据权利要求6所述的复合橡胶的制备方法，其特征在于，所述催化剂的加入量为戊烯、环戊二烯和双环戊二烯总重量的0.8％-1.5％。
9.根据权利要求4-8任一项所述的复合橡胶的制备方法，其特征在于，聚合反应的反应温度为-20-100℃。
10.一种权利要求1-3任一项所述的复合橡胶在鞋料中的应用。
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