CN108530715A - 一种羧基丁腈橡胶粉煤灰复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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杨树颜
蔡卓弟
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    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/22—Expanded, porous or hollow particles
    • C08K7/24—Expanded, porous or hollow particles inorganic
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Abstract

本发明涉及一种羧基丁腈橡胶粉煤灰复合材料，将羧基丁腈橡胶与粉煤灰混炼后在30～100℃热处理1～6小时，待冷却后加入硫化活性剂、促进剂、硫黄得充分混炼的生胶，最后经硫化成型即得所述羧基丁腈橡胶/粉煤灰复合材料。本发明在提高橡胶复合材料力学性能的基础上大幅度降低了橡胶复合材料的成本，并且制备方法简单，可以充分利用现有的橡胶加工设备制备高性能橡胶/粉煤灰复合材料。本发明为大量闲置、污染环境的粉煤灰找到了一条新的、附加值高的处理方法，变废为宝。既解决了粉煤灰的处理难题，同时提高了橡胶复合材料的力学性能及其市场竞争力，具有良好的社会效益、经济效益和环境效益。

Description

一种羧基丁腈橡胶粉煤灰复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及橡胶材料技术领域，具体地，涉及一种羧基丁腈橡胶粉煤灰复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
在可预见的未来相当长时间内，煤电仍然是我国主要的电力供应。然而，伴随着电厂煤炭的大量消耗，产生了大量的粉煤灰固体废弃物。大量粉煤灰如果不加以处理，将会产生扬尘和雾霾，污染天气，不利于降低PM2.5的数值。
目前，我国处理粉煤灰的方法主要包括建筑材料、筑路、塌陷区回填等。这些方法虽然能够解决部分粉煤灰的处理问题，但附加值较低，并且有二次污染的危险。随着高分子材料的填充技术发展，利用粉煤灰填充补强高分子材料，既能够扩展粉煤灰的应用范围，同时能够降低高分子产品的价格，提高产品的市场竞争力。目前粉煤灰在高分子复合材料中的主要改性方法是通过硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂改性粉煤灰粒子表面，提高粉煤灰与高分子材料的相容性。但是由于粉煤灰的主要粒子为二氧化硅微珠，这种微珠表面基本上不存在硅羟基，从而导致利用偶联剂改性粉煤灰补强高分子材料的力学性能不佳，粉煤灰不具备补强效果或只有半补强效果，制备得到的复合材料虽然成本降低，但是力学性能差。
因此，很有必要研发一种补强效果好、力学性能佳的粉煤灰补强高分子复合材料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种羧基丁腈橡胶粉煤灰复合材料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种羧基丁腈橡胶粉煤灰复合材料。
本发明的另一目的在于提供上述羧基丁腈橡胶粉煤灰复合材料在胶管、输送带、密封件、胶辊或胶鞋领域中的应用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种羧基丁腈橡胶/粉煤灰复合材料的制备方法，将羧基丁腈橡胶与粉煤灰混炼后在30～100℃热处理1～6小时，待冷却后加入硫化活性剂、促进剂、硫黄得充分混炼的生胶，最后经硫化成型即得所述羧基丁腈橡胶/粉煤灰复合材料。
为解决粉煤灰污染环境、使用附加值低且对橡胶材料补强效果差的问题，本发明通过对羧基丁腈橡胶与粉煤灰热处理，能够促进羧基丁腈橡胶中的羧基与粉煤灰中的金属氧化物形成羧基金属盐，从而提高粉煤灰与羧基丁腈橡胶基体的界面粘结作用，进而提高复合材料的力学性能。本发明通过把粉煤灰由非补强型填料转变为对橡胶具有较强补强作用的填料，在提高橡胶复合材料力学性能的同时实现了对粉煤灰的大量使用。
本发明提供的方法实现了粉煤灰对橡胶的增强作用，从而能够部分或全部取代沉淀白炭黑在羧基丁腈橡胶中的作用，同时扩展了粉煤灰的应用范围，降低粉煤灰的处理费用，减少粉煤灰对环境的污染，具有良好的社会效应、经济效应和环境效应。
优选地，将羧基丁腈橡胶与粉煤灰混炼后在60～90℃热处理3～5小时。
优选地，所述羧基丁腈橡胶与粉煤灰的质量比为100：5～80。更为优选地，所述羧基丁腈橡胶与粉煤灰的质量比为100：10～70。
优选地，所述促进剂为N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺和/或二硫化四甲基秋兰姆。
本发明同时保护上述制备方法制备得到的羧基丁腈橡胶/粉煤灰复合材料。
上述羧基丁腈橡胶/粉煤灰复合材料在胶管、输送带、密封件、胶辊或胶鞋领域中的应用。领域中的应用也在本发明的保护范围之内。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明在提高橡胶复合材料力学性能的基础上大幅度降低了橡胶复合材料的成本，并且制备方法简单，可以充分利用现有的橡胶加工设备制备高性能橡胶/粉煤灰复合材料。本发明为大量闲置、污染环境的粉煤灰找到了一条新的、附加值高的处理方法，变废为宝。既解决了粉煤灰的处理难题，同时提高了橡胶复合材料的力学性能及其市场竞争力，具有良好的社会效益、经济效益和环境效益。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。在以下各实施例中，所述促进剂CBS为 N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺，促进剂TMTD为二硫化四甲基秋兰姆；除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，本发明所用试剂和材料均为市购。
实施例1
在炼胶机中薄通100 kg羧基丁腈橡胶3~5次，加入5 kg粉煤灰混炼均匀，在30℃下放置6小时，待冷却后在共混过程中一次加入1 kg氧化锌、1 kg硬脂酸、促进剂CBS 2 kg、促进剂TMTD 1 kg、硫黄1.5 kg等，最后硫化成型，制备即得羧基丁腈橡胶/粉煤灰复合材料。
实施例2
在炼胶机中薄通100 kg羧基丁腈橡胶3~5次，加入10 kg粉煤灰混炼均匀，在50℃下放置4小时，待冷却后在共混过程中一次加入1 kg氧化锌、硬脂酸1 kg、促进剂CBS 2 kg、促进剂TMTD 1 kg、硫黄1.5 kg，最后硫化成型，制备羧基丁腈橡胶/粉煤灰复合材料。
实施例3
在炼胶机中薄通100 kg羧基丁腈橡胶3~5次，加入20 kg粉煤灰混炼均匀，在60℃下放置3小时，待冷却后在共混过程中一次加入1 kg氧化锌、硬脂酸1 kg、促进剂CBS 2 kg、促进剂TMTD 1 kg、硫黄1.5 kg，最后硫化成型，制备羧基丁腈橡胶/粉煤灰复合材料。
实施例4
在炼胶机中薄通100 kg羧基丁腈橡胶3~5次，加入40 kg粉煤灰混炼均匀，在80℃下放置2小时，待冷却后在共混过程中一次加入1 kg氧化锌、硬脂酸1 kg、促进剂CBS 2 kg、促进剂TMTD 1 kg、硫黄1.5 kg，最后硫化成型，制备羧基丁腈橡胶/粉煤灰复合材料。
实施例5
在炼胶机中薄通100 kg羧基丁腈橡胶3~5次，加入60 kg粉煤灰混炼均匀，在100℃下放置1小时，待冷却后在共混过程中一次加入1 kg氧化锌、硬脂酸1 kg、促进剂CBS 2 kg、促进剂TMTD 1 kg、硫黄1.5 kg，最后硫化成型，制备羧基丁腈橡胶/粉煤灰复合材料。
实施例6
在炼胶机中薄通100 kg羧基丁腈橡胶3~5次，加入80 kg粉煤灰混炼均匀，在70℃下放置3小时，待冷却后在共混过程中一次加入1 kg氧化锌、硬脂酸1 kg、促进剂CBS 2 kg、促进剂TMTD 1 kg、硫黄1.5 kg，最后硫化成型，制备羧基丁腈橡胶/粉煤灰复合材料。
对比例1
本对比例提供的复合材料的制备方法同实施例3，不同之处在于，本对比例中的热处理温度为25℃。
对比例2
本对比例提供的复合材料的制备方法同实施例3，不同之处在于，本对比例中的热处理温度为105℃。
对比例3
本对比例提供的复合材料的制备方法同实施例3，不同之处在于，本对比例中的热处理时间为0.5h。
对比例4
本对比例提供的复合材料的制备方法同实施例3，不同之处在于，本对比例中的热处理时间为6.5h。
对比例5
本对比例选用市售的羧基丁腈橡胶材料作对照。
对上述各实施例和对比例制备得到的复合材料的力学性能进行测试，测试方法按照国标ISO/DIS37-1994，测试结果见下表1。
表1 实施例1～6及对比例1～5制备的复合材料的力学性能
100%模量（MPa） 300%模量（MPa） 拉伸强度（MPa） 扯断伸长率（%）
实施例1 1.46 3.21 17.52 501
实施例2 1.55 3.35 21.45 552
实施例3 1.64 3.72 22.20 584
实施例4 1.69 4.17 21.73 560
实施例5 1.82 4.37 21.70 532
实施例6 1.98 5.11 18.20 479
对比例1 1.32 3.11 16.25 481
对比例2 1.21 2.89 15.07 483
对比例3 1.26 2.95 16.10 480
对比例4 1.25 3.00 15.98 491
对比例5 1.30 3.14 16.13 476
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种羧基丁腈橡胶/粉煤灰复合材料的制备方法，其特征在于，将羧基丁腈橡胶与粉煤灰混炼后在30～100℃热处理1～6小时，待冷却后加入硫化活性剂、促进剂、硫黄得充分混炼的生胶，最后经硫化成型即得所述羧基丁腈橡胶/粉煤灰复合材料。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，将羧基丁腈橡胶与粉煤灰混炼后在60～90℃热处理3～5小时。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述羧基丁腈橡胶与粉煤灰的质量比为100：5～80。
4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述羧基丁腈橡胶与粉煤灰的质量比为100：10～70。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述促进剂为N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺和/或二硫化四甲基秋兰姆。
6.权利要求1～5所述制备方法制备得到的羧基丁腈橡胶/粉煤灰复合材料。
7.权利要求6所述羧基丁腈橡胶/粉煤灰复合材料在胶管、输送带、密封件、胶辊或胶鞋领域中的应用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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