CN108690243A - 一种新型导电橡胶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及导电橡胶领域，具体涉及一种新型导电橡胶的制备方法；其包括步骤一，制备水溶性炭黑，步骤二，制备导电橡胶；通过采用羟甲基纤维素钠、硅酸钠对炭黑进行改性，制得水溶性炭黑，将水溶性炭黑与橡胶基材和助剂经过高速混合、密炼、开炼得到新型导电橡胶，该新型导电橡胶采用水溶性炭黑这一环保材料，在有利于保护环境和人体健康的前提下，保持了导电橡胶的导电性和强度。

Description

一种新型导电橡胶的制备方法
技术领域
本发明涉及导电橡胶领域，具体涉及一种新型导电橡胶的制备方法。
背景技术
炭黑是重要的化工原料，广泛应用于橡胶、化纤、塑料、建筑等行业中。工业炭黑分
为橡胶用炭黑和特种色素炭黑，国内生产的大多数是橡胶用炭黑，而特种色素炭黑生产则处于起步阶段，炭黑的主要成份是碳元素，它只溶于有机溶剂，如苯、二甲苯等。这些溶剂使用过程中都有不同程度的毒性，造成污染环境，危害人体健康。发达国家已不准使用，国内很多行业也都禁用或限制使用。因此，开发以水为溶剂的环保型炭黑产品，替代有机溶剂的炭黑产品，是当前炭黑材料科技研发的重点项目。随着国内、外逐步限制有机溶剂炭黑的使用，水溶性超细特种炭黑产品的市场前景更加广阔。
但是水溶性超细特种炭黑仅广泛应用于高档轿车漆、数码喷墨、高档化纤、环保涂料、等与其相容性较好的环境。而对于导电橡胶的制备，由于水溶性炭黑与橡胶的主要制备原料——橡胶基材，相容性差，从而无法应用水溶性炭黑。现有技术中导电橡胶的制备，往往采用石墨、改性石墨、石墨烯或改性石墨烯，起到增强和导电的作用，这些石墨系列的原料同样不具有水溶性，存在污染环境、危害人体健康的缺陷。
如申请号为201510970408.6的中国发明专利申请，提供了一种导电橡胶，其是由天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、羧基丁腈橡胶、表面镀银的氧化石墨烯、硫化体系、偶联剂、阻燃剂、导电粉体、着色剂、抗氧化剂、增塑剂、表面活性剂、乙酸乙酯、纳米二氧化硅、纳米三氧化二铝组成。该技术提供的导电橡胶，具有优良的导电性和屏蔽效果，优异的电气绝缘性及良好的透气性，良好的耐氧化性和耐高低温性，耐老化性能好。
再如申请号为201310387960.3 的中国发明专利申请，提供了一种新型导电橡胶，由以下重量份数的原料制成：硅橡胶，硬脂酸，白炭黑，乙烯基硅树脂，发泡剂，催化剂，导电石墨，铜粉。该技术使用多种高导电性材料使其导电率高，屏蔽效果好，能有效满足高导电性的要求。成分合理，原材料易得，生产成本低，耐油，耐高温
水溶性炭黑极性较大，具有水溶性，导电性能好，但是现有技术中还未见将水溶性炭黑应用于导电橡胶的制备的报道。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种新型导电橡胶的制备方法，其通过将水溶性炭黑应用于导电橡胶的制备，在采用环保材料、有利于保护环境和人体健康的前提下，保持了导电橡胶的导电性和强度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种新型导电橡胶的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，制备水溶性炭黑：将炭黑、羟甲基纤维素钠、硅酸钠加入容器，在搅拌下，温度在130-160℃保持1-3h，冷却后，粉碎；
步骤二，制备导电橡胶：将水溶性炭黑、高分子基材、功能助剂依次加入高速混合机、密炼机、开炼机得到新型导电橡胶；所述高速混合机的转速设置为800-1000rpm，混合时间为5-10min。
优化的，步骤一中炭黑、羟甲基纤维素纳、硅酸钠的质量比为100:(0.5-10):(0.5-10)。
优化的，步骤一中粉碎至物料颗粒小于1500目。
优化的，步骤一中温度为150℃。
优化的，步骤二中高分子基材选自高密度聚乙烯、乙丙橡胶、硅橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶中的一种或多种的混合物。
优化的，功能助剂选自抗氧剂、润滑剂、偶联剂中的一种或多种的混合物。
优化的，水溶性炭黑、高分子基材、功能助剂的质量比为(10-12):100:(1-10)。
优化的，步骤二中密炼机设置温度为110-150℃，物料密炼时间为3-5min。
优化的，开炼机设置温度为120-150℃，物料开炼时间为3-8min。
炭黑、甲基纤维素和硅酸钠组合是一种橡胶制备行业常用的助剂，其具有增强、润滑、提高物料扩散性能的功能。羟甲基纤维素钠是用氢氧化钠处理纤维素得碱纤维素，再与一氯醋酸钠混合，得粗品，然后再精制得成品，其溶解性在热水和冷水中均好。本发明采用羟甲基纤维素钠和硅酸钠组合对炭黑进行改性，在高温、混合下将炭黑表面自由基接枝极性大的基团，制得水溶性炭黑；进一步通过粉碎、高速混合机，在功能助剂的存在下，将水溶性炭黑与高分子基材融合，经过混练和开炼制得导电橡胶。
采用羟甲基纤维素钠和硅酸钠组合对炭黑进行改性得到的水溶性炭黑不仅具有导电性，而且具有增强、润滑的作用，得到的新型导电橡胶性能较好。
本发明的有益效果在于：1，通过采用羟甲基纤维素钠、硅酸钠对炭黑进行改性，制得水溶性炭黑，将水溶性炭黑与橡胶基材和助剂经过高速混合、密炼、开炼得到新型导电橡胶，该新型导电橡胶采用水溶性炭黑这一环保材料，在有利于保护环境和人体健康的前提下，保持了导电橡胶的导电性和强度。2，本发明通过控制科学的物料比例、时间、温度、粒度等参数得到的新型导电橡胶性能最好，取得了意想不到的技术效果。
具体实施方式
下面通过具体实施方式具体说明本发明。
实施例1
本实施例采用的技术方案为：一种新型导电橡胶的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，制备水溶性炭黑：将炭黑、羟甲基纤维素钠、硅酸钠加入容器，在搅拌下，温度在130℃保持2h，冷却后，粉碎至物料颗粒小于1500目；炭黑、羟甲基纤维素纳、硅酸钠的质量比为100:5:5；
步骤二，制备导电橡胶：将水溶性炭黑、高分子基材、功能助剂依次加入高速混合机、密炼机、开炼机得到新型导电橡胶；所述高速混合机的转速设置为800rpm，混合时间为8min；密炼机设置温度为110-150℃，物料密炼时间为3-5min；开炼机设置温度为120-150℃，物料开炼时间为3-8min。
高分子基材采用高密度聚乙烯、乙丙橡胶的混合物，两者质量比为1:1；功能助剂采用抗氧剂氧化锌粉末、润滑剂硬脂酸锌粉末和偶联剂550即γ―氨丙基三乙氧基硅烷的混合物，三者的质量比为2:3:3。其中，水溶性炭黑、高分子基材、功能助剂的质量比为11:100:8。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，步骤一中温度为150℃，步骤二中高速混合机转速为1000rpm。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，步骤一中温度为160℃，步骤二中高速混合机转速为900rpm。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，步骤一中温度为100℃，步骤二中高速混合机转速为300rpm。
对比例2
本对比例采用的技术方案为：一种新型导电橡胶的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，制备炭黑物料组合：将炭黑、羟甲基纤维素钠、硅酸钠加入容器，按照质量比为100:5:5的比例混合；
步骤二，制备导电橡胶：将炭黑物料组合、高分子基材、功能助剂依次加入高速混合机、密炼机、开炼机得到新型导电橡胶；所述高速混合机的转速设置为800rpm，混合时间为8min；密炼机设置温度为110-150℃，物料密炼时间为3-5min；开炼机设置温度为120-150℃，物料开炼时间为3-8min。
高分子基材采用高密度聚乙烯、乙丙橡胶的混合物，两者质量比为1:1；功能助剂采用抗氧剂氧化锌粉末、润滑剂硬脂酸锌粉末和偶联剂550即γ―氨丙基三乙氧基硅烷的混合物，三者的质量比为2:3:3。其中，水溶性炭黑、高分子基材、功能助剂的质量比为11:100:8。
在相同条件下，检测上述实施例1-3和对比例1-2的体积电阻率、拉伸强度和断裂伸长率，记录在表1中。
表1
体积电阻率 拉伸强度 断裂伸长率
实施例1 437Ω·cm 63MPa 388%
实施例2 393Ω·cm 65MPa 416%
实施例3 422Ω·cm 59MPa 401%
对比例1 1277Ω·cm 63MPa 405%
对比例2 6890Ω·cm 55MPa 392%
通过上表对比可知，本发明提供的实施例1-3，导电性能明显优于对比例，同时在强度上与对比例保持一致，说明本发明提供的制备方法能够得到性能优异的导电橡胶，优于对比例，其中实施例2性能最好。

Claims (9)

1.一种新型导电橡胶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，制备水溶性炭黑：将炭黑、羟甲基纤维素钠、硅酸钠加入容器，在搅拌下，温度在130-160℃保持1-3h，冷却后，粉碎；
步骤二，将水溶性炭黑、高分子基材、功能助剂依次加入高速混合机、密炼机、开炼机得到新型导电橡胶；所述高速混合机的转速设置为800-1000rpm，混合时间为5-10min。
2.根据权利要求1所述的一种新型导电橡胶的制备方法，其特征在于：步骤一中炭黑、羟甲基纤维素纳、硅酸钠的质量比为100:(0.5-10):(0.5-10)。
3.根据权利要求1所述的一种新型导电橡胶的制备方法，其特征在于：步骤一中粉碎至物料颗粒小于1500目。
4.根据权利要求1所述的一种新型导电橡胶的制备方法，其特征在于：步骤一中温度为150℃。
5.根据权利要求1所述的一种新型导电橡胶的制备方法，其特征在于：步骤二中高分子基材选自高密度聚乙烯、乙丙橡胶、硅橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶中的一种或多种的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种新型导电橡胶的制备方法，其特征在于：功能助剂选自抗氧剂、润滑剂、偶联剂中的一种或多种的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种新型导电橡胶的制备方法，其特征在于：水溶性炭黑、高分子基材、功能助剂的质量比为(10-12):100:(1-10)。
8.根据权利要求1所述的一种新型导电橡胶的制备方法，其特征在于：步骤二中密炼机设置温度为110-150℃，物料密炼时间为3-5min。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种新型导电橡胶的制备方法，其特征在于：开炼机设置温度为120-150℃，物料开炼时间为3-8min。
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