CN108587027A - 一种负离子型聚丙烯酸酯橡胶及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种负离子型聚丙烯酸酯橡胶，制备中包括在聚丙烯酸酯橡胶中加入负离子释放矿物颗粒和负离子通道填料，进而混合均匀的步骤，其中负离子矿物颗粒为嫩江蛋白石轻质页岩的纳米级粉碎颗粒，负离子通道填料为碳纳米管。通过上述填料和无机颗粒的选择，得到了具有高负离子释放以及快速释放的产品，满足了实际使用的需求。

Description

一种负离子型聚丙烯酸酯橡胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯酸酯橡胶，具体涉及一种负离子型聚丙烯酸酯橡胶，还涉及了具体的制备方法和应用。
背景技术
橡胶是一类具有优异弹性的高分子聚合物，而聚丙烯酸橡胶属于其中性能十分优异的品类，其是以丙烯酸酯为主要单体经共聚而成的一种合成橡胶，具有耐高温、耐油、抗臭氧和耐紫外线辐照等特殊性能，是一种耐热、耐油的特种橡胶。主要用作汽车和机车的各种耐热耐油密封圈、衬垫和油封，因其性能的优异，在家用电器的常用组件使用较为常见，在现在空气处理设备中，高端设备会设置空气出口网膜，其可以提高空气的质量，提高空气的功能性。
负离子作为一种具有优异特性的微粒子，其对空气处理和人体有重要的作用。空调是一类重要的电子设备，在空调房间，因空气中负离子经过一系列空调净化处理和漫长通风管道后几乎全部消失，人们在其中长期停留会感到胸闷、头晕、乏力、工作效率和健康状况下降，被称之为“空调综合症”。空气负离子能还原来自大气的污染物质、氮氧化物、香烟等产生的活性氧(氧自由基)、减少过多活性氧对人体的危害；中和带正电的空气飘尘无电荷后沉降，使空气得到净化。负离子不仅能促成人体合成和储存维生素，强化和激活人体的生理活动，因此它又被称为“空气维生素”,认为它像食物的维生素一样，对人体及其他生物的生命活动有着十分重要的影响，在医学界，负离子被确认是具有杀灭病菌及净化空气的有效手段。
为了综合丙烯酸橡胶和负离子的优异特性，本发明通过系列的研究，得到具有优异特定的负离子型丙烯酸橡胶。
发明内容
发明目的：针对背景技术中提到的内容和问题，本发明通过系列研究，提供了一种综合了丙烯酸橡胶和负离子的优异特性，得到一种具有负离子释放的丙烯酸橡胶，通过对负离子释放矿物颗粒和负离子通道填料的选择以及特定的处理方式，得到了具有高负离子释放以及快速释放的产品，满足了实际使用的需求。
同时，本发明还提供了一种负离子型聚丙烯酸酯橡胶的制备方法以及其应用。
发明概述
产品核心方案：
一种负离子型聚丙烯酸酯橡胶，其制备中包括在聚丙烯酸酯橡胶中加入负离子释放矿物颗粒和负离子通道填料，进而混合均匀的步骤。
作为优选技术方案，所述负离子矿物为含有蛋白石类结构矿物，所述负离子通道填料为碳纳米管。
作为优选技术方案，所述负离子矿物颗粒与负离子通道填料的重量比为2.5-4：1。
作为优选技术方案，所述负离子矿物颗粒与负离子通道填料的总重占负离子型聚丙烯酸酯橡胶的1-5％。
作为优选技术方案，所述负离子矿物颗粒为嫩江蛋白石轻质页岩的纳米级粉碎颗粒。
作为优选技术方案，所述负离子释放矿物颗粒和碳纳米管预先进行混合，再加入水分散的丙烯酸酯PEG硅烷和硅烷偶联剂，混合均匀后挥发掉水分。
作为优选技术方案，该丙烯酸酯橡胶可进行发泡处理。
制备方法核心技术方案：
一种负离子型聚丙烯酸酯橡胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)聚丙烯酸酯橡胶的制备；
(2)所述负离子释放矿物颗粒与负离子通道填料预先进行混合，再加入水分散的丙烯酸酯PEG硅烷和硅烷偶联剂，混合均匀后挥发掉水分，得到复合填料；
(3)在聚丙烯酸酯橡胶中复合填料和其他助剂，进而混合均匀，发泡、硫化即可；如果其他助剂中不含有发泡剂时，则省略上述发泡步骤。
作为优选技术方案，所述其他助剂包括发泡剂。
应用核心技术方案：
一种负离子型聚丙烯酸酯橡胶的应用，可以为制备空气净化器、空调等空气设备的出风口部件。
作为优选技术方案，所述空气净化器、空调等空气设备的出风口部件可以为出风口膜。
发明详述
本发明在负离子型聚丙烯酸橡胶的制备选择时，核心在于负离子释放结构的选择，其技术方案为：制备中包括在聚丙烯酸酯橡胶中加入负离子释放矿物颗粒和负离子通道填料，进而混合均匀的步骤。
该方案中选择了一种负离子释放矿物颗粒，现有技术中常用的负离子释放矿物颗粒都是适合本发明的使用，没有明确的限制，作为优选技术方案，所述负离子矿物为含有蛋白石类结构矿物，进一步优选嫩江蛋白石轻质页岩的纳米级粉碎颗粒，这是本发明中选择的一种性价比很高的矿物颗粒，是国内性能优异的负离子释放矿物颗粒，纳米级的选择提高了负离子释放效率。
在高分子领域，采用负离子释放矿物的有所报道，但由于高分子聚合物会将矿物颗粒完全的包裹，阻碍了负离子的释放，同时，高阻力的聚合物中含有的物质也会消耗大量的负离子。如何提高负离子的快速通过是急需解决的技术问题，这也是本发明研究的重要手段，本发明加入了一种具有空腔结构的负离子通道填料，可以为碳纳米管，进一步优选为多壁碳纳米管。在该通道中，负离子可以快速的导出到聚合物表面，快速释放到空气中。
为了进一步提高导出效率，提高释放的导出稳定性，采用偶联剂处理，优选所述负离子释放矿物颗粒和碳纳米管预先进行混合，再加入水分散的丙烯酸酯PEG硅烷和硅烷偶联剂，混合均匀后挥发掉水分。其中丙烯酸酯PEG硅烷可以提高负离子释放矿物颗粒和碳纳米管的复合填料在聚丙烯酸橡胶中的分散性。对于丙烯酸酯PEG硅烷的选择没有特别的要求，优选其分子量1000-4000左右，该分子量不宜过大，过大则会在初期堵塞碳纳米管的孔道，过小则负离子释放矿物颗粒和碳纳米管的稳定性不足，容易松散，负离子导出通道不稳定。
作为进一步的优选技术方案，所述负离子矿物颗粒与负离子通道填料的重量比为2.5-4：1，负离子通道填料过少，导出效果不佳，如果负离子矿物颗粒的释放总量，都难以达到负离子浓度和导出效果的综合要求。作为进一步优选技术方案，所述负离子矿物颗粒与负离子通道填料的总重占负离子型聚丙烯酸酯橡胶的1-5％，根据实际使用需求可以选择。
为了进一步提高负离子型聚丙烯酸酯橡胶中负离子的透过效果，可以对聚丙烯酸酯橡胶可进行发泡处理，可以在聚丙烯酸橡胶中加入部分发泡剂，加入量为负离子型聚丙烯酸酯橡胶上限0.5％以下、或0.3％以下，下限为0.01％以上、0.05％以上，发泡剂的量不宜过大，过大会降低聚丙烯酸橡胶的力学性能，同时，聚丙烯酸橡胶中负离子形成的填料通道会遭到破坏。
本发明中丙烯酸橡胶为自制，效果优异。聚丙烯酸橡胶组成为：硬单体甲基丙烯酸甲酯30-40重量份，软单体丙烯酸正丁酯5-12重量份，功能单体甲基丙烯酸缩水甘油酯15-20重量份，填料氮化硼20-30重量份，引发剂2-4重量份，溶剂30-60重量份。在后补步骤中，基于上述用量，加入硫化剂1-3重量份，硫化剂为季铵盐和硬脂酸钠的混合硫化体系，季铵盐和硬脂酸钠的质量比为1：1。该硫化在现有技术少有报道，可以有效实现硫化，提高耐热性能。
具体的制备方法：
一种负离子型聚丙烯酸酯橡胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)聚丙烯酸酯橡胶的制备；
步骤(1)：取15-30重量份的溶剂加入反应器，加热到80-110℃，然后将硬单体甲基丙烯酸甲酯30-40重量份，软单体丙烯酸正丁酯5-12重量份，功能单体甲基丙烯酸缩水甘油酯7.5-10重量份和0.8-1.6重量份的引发剂混合均匀，匀速滴加入反应器中，滴加过程在1-1.5h完成，继续反应1h；
步骤(2)：功能单体甲基丙烯酸缩水甘油酯7.5-10重量份、剩余的1.2-2.4重量份的引发剂和15-30重量份的溶剂混合均匀，匀速加入步骤(1)的反应器中，滴加过程在0.5-1h完成，继续反应0.5h；
步骤(3)：将填料氮化硼20-30重量份加入步骤(2)的反应器中，降温得到耐高温丙烯酸酯橡胶溶液。
(2)所述负离子释放矿物颗粒与负离子通道填料预先进行混合，再加入水分散的丙烯酸酯PEG硅烷和硅烷偶联剂，混合均匀后挥发掉水分，得到复合填料；
(3)在聚丙烯酸酯橡胶中复合填料和其他助剂，进而混合均匀，发泡、硫化即可；如果其他助剂中不含有发泡剂时，则省略上述发泡步骤。
具体的应用：
一种负离子型聚丙烯酸酯橡胶的应用，可以为制备空气净化器、空调等空气设备的出风口部件；所述空气净化器、空调等空气设备的出风口部件可以为出风口膜。
有益的技术效果
本发明通过选择具有优异负离子释放能力的矿物颗粒和负离子导出能力的填料，并通过特定的处理方式和处理剂选择，提高了负离子导出复合填料的分散性和稳定性，最终实现了负离子型聚丙烯酸酯橡胶的优异效果，满足了实际使用和应用的要求。
具体实施方式
为了使公众和技术人员更加细致的了解本发明的具体技术方案，下面通过具体的配方和制备工艺对发明和技术效果进行详细的介绍。
制备例A
步骤(1)：取20重量份的溶剂加入反应器，加热到100℃左右，然后将硬单体甲基丙烯酸甲酯35重量份，软单体丙烯酸正丁酯8重量份，功能单体甲基丙烯酸缩水甘油酯9重量份和1重量份的引发剂混合均匀，匀速滴加入反应器中，滴加过程在1h左右完成，继续反应1h；
步骤(2)：功能单体甲基丙烯酸缩水甘油酯8重量份、剩余的1.5重量份的引发剂和20重量份的溶剂混合均匀，匀速加入步骤(1)的反应器中，滴加过程在1h左右完成，继续反应0.5h；
步骤(3)：将填料氮化硼25重量份加入步骤(2)的反应器中，降温，除去溶剂得聚丙烯酸酯橡胶A。
制备例B1
将3重量份的嫩江蛋白石轻质页岩的纳米级粉碎颗粒(50nm左右)和1重量份单壁碳纳米管(直径2nm，长度10微米左右)预先进行混合，再加入水分散的0.5重量份丙烯酸酯PEG硅烷(分子量2000左右)和0.5重量份硅烷偶联剂KH550，混合均匀后挥发掉水分，得到复合填料B1。
制备例B2
将4重量份的嫩江蛋白石轻质页岩的纳米级粉碎颗粒(50nm左右)加入水分散的0.5重量份丙烯酸酯PEG硅烷(分子量2000左右)和0.5重量份硅烷偶联剂KH550，混合均匀后挥发掉水分，得到复合填料B2。
制备例B3
将3重量份的嫩江蛋白石轻质页岩的纳米级粉碎颗粒(50nm左右)和1重量份单壁碳纳米管(直径2nm，长度10微米左右)预先进行混合，再加入水分散的1重量份硅烷偶联剂KH550，混合均匀后挥发掉水分，得到复合填料B3。
制备例B4
将3重量份的嫩江蛋白石轻质页岩的纳米级粉碎颗粒(50nm左右)和1重量份单壁碳纳米管(直径2nm，长度10微米左右)预先进行混合，再加入水分散的0.5重量份丙烯酸酯PEG硅烷(分子量5000左右)和0.5重量份硅烷偶联剂KH550，混合均匀后挥发掉水分，得到复合填料B4。
制备例B5
将3重量份的嫩江蛋白石轻质页岩的纳米级粉碎颗粒(50nm左右)和1重量份单壁碳纳米管(直径2nm，长度10微米左右)混合均匀，得到复合填料B5。
通用实施例或对比例的制备方法
在聚丙烯酸酯橡胶中复合填料和硫化剂和发泡剂AC，进而混合均匀，发泡硫化即可。
各组分的用量和物质选择如下表所述(单位为：重量份)：
测试方法
1.采用GB/T1701-2001硬质橡胶抗拉伸强度和拉断伸长率的测定；
2.负离子浓度采用美国AIC-1000/AIC-2M空气负离子检测仪进行测试，测试空间为10平方测试空间，在房屋中部进行测试。测试采用实施例制备成相同尺寸(400mm*100mm*1mm)出风口膜，测试时间为5min和30min。
测试结果如下：
通过上述实验数据可以确认，本发明中复合填料中负离子释放矿物颗粒和负离子通道填料的选择和处理方式的选择以及后续硫化剂的选择都对聚丙烯酸酯橡胶的力学性能以及负离子释放能力都产生了重要的作用，在本领域处于领先地位。

Claims (10)

1.一种负离子型聚丙烯酸酯橡胶，其特征在于：制备中包括在聚丙烯酸酯橡胶中加入负离子释放矿物颗粒和负离子通道填料，进而混合均匀的步骤。
2.如权利要求1所述的负离子型聚丙烯酸酯橡胶，其特征在于：所述负离子矿物为含有蛋白石类结构矿物，所述负离子通道填料为碳纳米管。
3.如权利要求1所述的负离子型聚丙烯酸酯橡胶，其特征在于：所述负离子矿物颗粒与负离子通道填料的重量比为2.5-4：1。
4.如权利要求1-3任一所述的负离子型聚丙烯酸酯橡胶，其特征在于：所述负离子矿物颗粒与负离子通道填料的总重占负离子型聚丙烯酸酯橡胶的1-5%。
5.如权利要求1-4任一所述的负离子型聚丙烯酸酯橡胶，其特征在于：所述负离子矿物颗粒为嫩江蛋白石轻质页岩的纳米级粉碎颗粒。
6.如权利要求2所述的负离子型聚丙烯酸酯橡胶，其特征在于：所述负离子释放矿物颗粒和碳纳米管预先进行混合，再加入水分散的丙烯酸酯PEG硅烷和硅烷偶联剂，混合均匀后挥发掉水分。
7.如权利要求1-6任一所述的负离子型聚丙烯酸酯橡胶，其特征在于：该丙烯酸酯橡胶可进行发泡处理。
8.如权利要求1所述的负离子型聚丙烯酸酯橡胶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）聚丙烯酸酯橡胶的制备；
（2）所述负离子释放矿物颗粒与负离子通道填料预先进行混合，再加入水分散的丙烯酸酯PEG硅烷和硅烷偶联剂，混合均匀后挥发掉水分，得到复合填料；
（3）在聚丙烯酸酯橡胶中复合填料和其他助剂，进而混合均匀，发泡、硫化即可；如果其他助剂中不含有发泡剂时，则省略上述发泡步骤。
9.如权利要求8所述的负离子型聚丙烯酸酯橡胶的制备方法，所述其他助剂包括发泡剂。
10.如权利要求1-7任一所述的负离子型聚丙烯酸酯橡胶的应用，其特征在于：其应用可以为制备空气净化器、空调等空气设备的出风口部件，优选出风口膜。
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