CN109280231A - 一种不饱和酯改性的天然乳胶及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化工领域,公开了一种不饱和酯改性的天然乳胶及其制备方法和应用。该方法包括以下步骤:制备不饱和酯,并调节其pH值为8~9;将天然乳胶和硫浆混合搅拌,得到预处理天然乳胶;将锌浆、不饱和酯和预处理天然乳胶混合搅拌均匀,再加入硬浆搅拌均匀,在高压高温水蒸气下固化,即得到不饱和酯改性的天然乳胶。本发明所制得不饱和酯改性乳胶与普遍使用的化工合成原料制得的丁苯乳胶拉伸性能基本一致。相比之下,因不饱和酯改性乳胶绿色环保天然,使其在乳胶产品上有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于化工领域,特别涉及一种不饱和酯改性的天然乳胶及其制备方法和应用。
背景技术
天然乳胶是一种天然可再生的水基分散体系,属于橡胶类的热塑性合成树脂,其特点是高弹性、粘接时成膜性能良好、胶膜富于柔韧性,因而使胶膜具有优异的耐屈挠性、抗震性和耐蠕变性能,适用于动态下部件的粘接和不同热膨胀系数材料之间的粘接。
天然乳胶拥有舒适自然的各种特性,与肌肤接触不但不会产生不良的化学反应,而且会让人感到很舒适。以天然乳胶为原料的橡胶制品具有优异的综合性能和不可替代性,已广泛应用于床上用品领域,如枕头、床垫等等。但是其亦存在一些性能缺陷,例如,天然乳胶制品记忆弹性、致密性、耐老化性较差。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足,本发明的首要目的在于提供一种不饱和酯改性的天然乳胶的制备方法。
本发明另一目的在于提供由上述方法制备得到的不饱和酯改性的天然乳胶。
本发明再一目的在于提供上述不饱和酯改性的天然乳胶在制备日用生活用品、床上乳胶用品和医疗乳胶制品等中的应用。
本发明的目的通过下述方案实现:
一种不饱和酯改性的天然乳胶的制备方法,其包括以下步骤:
(1)以不饱和酸酐和多元醇为原料,在催化剂存在条件下,在70~100℃减压搅拌反应1~4h制备得到不饱和酯;
(2)在步骤(1)中所制得的不饱和酯自然冷却至室温后,调节其pH值为8~9;
(3)将天然乳胶和硫浆混合搅拌,得到预处理天然乳胶;
(4)将锌浆、步骤(2)所得不饱和酯和步骤(3)中得到的预处理天然乳胶混合搅拌均匀,再加入硬浆搅拌均匀,在高压高温水蒸气下固化,即得到不饱和酯改性的天然乳胶。
步骤(1)中所述的不饱和酸酐优选为马来酸酐;所述的多元醇优选为甘油、乙二醇中的一种;所述的催化剂优选为对甲苯磺酸;
步骤(1)中所述的不饱和酸酐、多元醇和催化剂的质量比为10:20~40:0.303~1.02;步骤(1)中所述的减压搅拌反应是指在-0.03~-0.08Mpa压力下搅拌反应;所述的搅拌是为了使原料之间充分的接触,本领域常规使用的搅拌速度均可实现,因此对搅拌速度不做限定;
步骤(2)中所述的调节pH优选用氨水进行调节;
步骤(3)中所述的硫浆优选为二乙基二硫代氨基甲酸锌和苯并噻唑类促进剂的混合物;优选为质量比为65~90:15~35的二乙基二硫代氨基甲酸锌和苯并噻唑类促进剂的混合物,更优选为质量比为75:30的二乙基二硫代氨基甲酸锌和苯并噻唑类促进剂的混合物;其中所述的苯并噻唑类促进剂可为2-硫醇基苯并噻唑和二硫化二苯并噻唑中的至少一种;硫浆的加入是为了让天然乳胶硫化,通过硫化能使乳胶线型大分子转变为三维网状结构。
步骤(3)中所述的搅拌是为了使天然乳胶和硫浆混合均匀,本领域常规使用的搅拌速度均可实现,因此不用限定搅拌速度。
步骤(4)中所述的锌浆为氧化锌和水的混合物,其中氧化锌和水的质量比为30~50:50~100,优选为30:80;锌浆的加入是为了活化硫浆,以便进一步进行硫化反应的。
步骤(4)中所述的硬浆为氟硅酸钠;硬浆的加入是为了加速天然乳胶液固化的,加入硬浆后混合物更易固化。
步骤(4)中所述的锌浆、步骤(2)所得不饱和酯、步骤(3)中得到的预处理乳胶的用量满足其中的天然乳胶、硫浆、锌浆、不饱和酯和硬浆的质量比为76~81:5~15:2~5:5~10:0.5~2;优选为81:10:3:5:1;
步骤(4)中所述的高压高温水蒸气下固化是指在0.15~0.3MPa,100~130℃的水蒸气存在条件下固化15~25min;优选为在0.15MPa,105℃水蒸气下固化20min;
一种由上述方法制备得到的不饱和酯改性的天然乳胶。
上述的不饱和酯改性的天然乳胶在制备日用生活用品、床上乳胶用品和医疗乳胶制品等中的应用。
本发明中未指明温度的均指室温,其中室温指5~35℃。
本发明的机理为:
不饱和酯上的羟基使其亲水性增加,更好地溶解到天然乳胶分子中。不饱和酯的双键与天然乳胶分子链上的双键交联是协同硫化进行的,硫化过程一同引发不饱和酯的碳碳双键,然后不饱和酯掺杂于硫硫键或多硫键中,以“S—不饱和酯—S”的形式连接改性,形成网状结构,同时由于不饱和酯有苯环或其他大官能团,能作为一个支架,进而来提升机械性能。
本发明相对于现有技术,具有如下的优点及有益效果:
本发明用甘油或乙二醇制备的不饱和酯是天然无害,绿色环保的物质,且它们都容易获取,价格低廉。用甘油或乙二醇造出的不饱和酯带有亲水性的羟基,能够以任意比例与天然乳胶相容共混;不饱和酯的双键与天然乳胶分子链上的双键交联是协同硫化进行的,硫化过程一同引发不饱和酯的碳碳双键,然后以“乳胶长链不饱和键—S—不饱和酯—S—乳胶长链不饱和键”的形式连接改性,形成网状结构,提高改性乳胶的致密性、耐老化性、机械强度,提高乳胶的刚性,改善其记忆弹性,使其使用价值更高。
本发明所制得不饱和酯改性乳胶与普遍使用的化工合成原料制得的丁苯乳胶拉伸性能基本一致。相比之下,因不饱和酯改性乳胶绿色环保天然,使其在乳胶产品上有广阔的应用前景。
本发明制备方法简单易行,适用性广。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。
实施例中未指明温度的均指在室温下进行,室温为5~35℃;
实施例1
(1)一种不饱和酯改性天然乳胶的方法,制备不饱和酯包括如下重量配比的组分:不饱和酸酐10份,多元醇40份,催化剂对甲苯磺酸1.020份。
(2)一种不饱和酯改性天然乳胶的方法,制备改性乳胶包括如下重量配比的组分:天然乳胶76份,硫浆10份,锌浆3份,硬浆1份,不饱和酯10份。
(3)其中,不饱和酸酐为马来酸酐。
(4)其中,多元醇为甘油。
(5)其中,硫浆是质量比为75:30的二乙基二硫代氨基甲酸锌和2-硫醇基苯并噻唑。
(6)其中,锌浆是质量比为30:80的氧化锌和水的混合物。
(7)其中,硬浆是氟硅酸钠。
(8)一项不饱和酯改性天然乳胶的制备方法,包括以下步骤:
以不饱和酸酐和多元醇为原料,在70℃下,使用催化剂,在-0.08Mpa压力下搅拌反应75min条件下制备不饱和酯,所得的不饱和酯冷却后加入氨水,调节pH=8。取天然乳胶、硫浆混合搅拌24h,得到预处理天然乳胶;将锌浆、所得的不饱和酯和所得的预处理天然乳胶混合搅拌均匀,再快速加入硬浆搅拌1min,在0.3MPa,130℃的水蒸气下固化20min,得到不饱和酯改性的天然乳胶。
实施例2
(1)一种不饱和酯改性天然乳胶的方法,制备不饱和酯包括如下重量配比的组分:不饱和酸酐10份,多元醇22.5份,催化剂对甲苯磺酸0.328份。
(2)一种不饱和酯改性天然乳胶的方法,制备改性乳胶包括如下重量配比的组分:天然乳胶81份,硫浆10份,锌浆3份,硬浆1份,不饱和酯5份;
(3)其中,不饱和酸酐为马来酸酐。
(4)其中,多元醇为甘油。
(5)其中,硫浆是质量比为75:30的二乙基二硫代氨基甲酸锌和2-硫醇基苯并噻唑的混合物;
(6)其中,锌浆是质量比为30:80的氧化锌和水的混合物。
(7)其中,硬浆是氟硅酸钠。
(8)一项不饱和酯改性天然乳胶的制备方法,包括以下步骤:
以不饱和酸酐和多元醇为原料,在70℃下,使用催化剂,在-0.03Mpa压力下搅拌75min条件下制备不饱和酯。所得的不饱和酯冷却后加入氨水,调节pH=9。取天然乳胶、硫浆混合搅拌24h,得到预处理天然乳胶;将锌浆、所得的不饱和酯和所得的预处理天然乳胶混合搅拌均匀,再快速加入硬浆搅拌1min,在0.15MPa,105℃水蒸气下固化20min,得到不饱和酯改性的天然乳胶。
实施例3
(1)一种不饱和酯改性天然乳胶的方法,制备不饱和酯包括如下重量配比的组分:不饱和酸酐10份,多元醇40份,催化剂对甲苯磺酸1.020份。
(2)一种不饱和酯改性天然乳胶的方法,制备改性乳胶包括如下重量配比的组分:天然乳胶76份,硫浆10份,锌浆3份,硬浆1份,不饱和酯10份。
(3)其中,不饱和酸酐为马来酸酐。
(4)其中,多元醇为乙二醇。
(5)其中,硫浆是质量比为80:30的二乙基二硫代氨基甲酸锌和二硫化二苯并噻唑的混合物。
(6)其中,锌浆是质量比为50:100的氧化锌和水的混合物。
(7)其中,硬浆是氟硅酸钠。
(8)一项不饱和酯改性天然乳胶的制备方法,包括以下步骤:
以不饱和酸酐和多元醇为原料,在70℃下,使用催化剂,在-0.05Mpa压力下搅拌75min条件下制备不饱和酯。所得的不饱和酯冷却后加入氨水,调节pH=8。取天然乳胶、硫浆混合搅拌24h,得到预处理天然乳胶;将锌浆、所得的不饱和酯和所得的预处理天然乳胶混合搅拌均匀,再快速加入硬浆搅拌1min,在0.20MPa,120℃水蒸气下固化25min,得到不饱和酯改性的天然乳胶。
实施例4
(1)一种不饱和酯改性天然乳胶的方法,制备不饱和酯包括如下重量配比的组分:不饱和酸酐10份,多元醇22.5份,催化剂对甲苯磺酸0.328份。
(2)一种不饱和酯改性天然乳胶的方法,制备改性乳胶包括如下重量配比的组分:天然乳胶81份,硫浆10份,锌浆3份,硬浆1份,不饱和酯5份。
(3)其中,不饱和酸酐为马来酸酐。
(4)其中,多元醇为乙二醇。
(5)其中,硫浆是质量比为80:30的二乙基二硫代氨基甲酸锌和二硫化二苯并噻唑的混合物。
(6)其中,锌浆是质量比为50:100的氧化锌和水的混合物。
(7)其中,硬浆是氟硅酸钠。
(8)一项不饱和酯改性天然乳胶的制备方法,包括以下步骤:
以不饱和酸酐和多元醇为原料,在70℃下,使用催化剂,在-0.05Mpa下搅拌75min条件下制备不饱和酯。所得的不饱和酯冷却后加入氨水,调节pH=9。取天然乳胶、硫浆混合搅拌24h,得到预处理天然乳胶;将锌浆、所得的不饱和酯和所得的预处理天然乳胶混合搅拌均匀,再快速加入硬浆搅拌1min,在0.20MPa,120℃水蒸气下固化25min,得到不饱和酯改性的天然乳胶。
对比例1:自制未改性天然乳胶的制备
取76份天然乳胶、10份硫浆混合搅拌24h,得到预处理天然乳胶;将3份锌浆和所得的预处理天然乳胶混合搅拌均匀,再加入1份硬浆搅拌1min,然后置在温度105℃、压力0.15MPa的水蒸气中20min进行固化,得到自制未改性天然乳胶。
其中,硫浆是二乙基二硫代氨基甲酸锌和2-硫醇基苯并噻唑混合物。二乙基二硫代氨基甲酸锌和2-硫醇基苯并噻唑的质量比在75:30。
其中,锌浆是氧化锌和水混合物,氧化锌和水的质量比为30:80。其中,硬浆是氟硅酸钠。
对比例2:自制丁苯乳胶的制备
取76份天然乳胶、10份硫浆混合搅拌24h,得到预处理天然乳胶;将3份锌浆、10份丁苯橡胶和所得的预处理天然乳胶混合搅拌均匀,再加入1份硬浆搅拌1min,然后置在温度105℃、压力0.15MPa的水蒸气中20min进行固化,得到自制丁苯乳胶。
其中,硫浆是二乙基二硫代氨基甲酸锌和2-硫醇基苯并噻唑的混合物。二乙基二硫代氨基甲酸锌和2-硫醇基苯并噻唑的质量比在75:30。
其中,锌浆是氧化锌和水混合物,氧化锌和水的质量比为30:80。
其中,硬浆是氟硅酸钠。
其中,丁苯橡胶是市售的SBR1502。
按长度100mm、宽度10mm和厚度2.0mm剪取待测乳胶样品,置于电子万能试验机中进行拉力拉伸测试,得到不饱和酯改性乳胶拉伸强度,其测试结果如下表1所示:
表1不同乳胶样品的拉伸强度测试结果
从表1中可以看出,本发明所制得不饱和酯改性乳胶与普遍使用的化工合成原料制得的丁苯乳胶拉伸性能基本一致。相比之下,因不饱和酯改性乳胶绿色环保天然,使其在乳胶产品上有广阔的应用前景。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种不饱和酯改性的天然乳胶的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)以不饱和酸酐和多元醇为原料,在催化剂存在条件下,在70~100℃减压搅拌反应1~4h制备得到不饱和酯;
(2)在步骤(1)中所制得的不饱和酯自然冷却至室温后,调节其pH值为8~9;
(3)将天然乳胶和硫浆混合搅拌,得到预处理天然乳胶;
(4)将锌浆、步骤(2)所得不饱和酯和步骤(3)中得到的预处理天然乳胶混合搅拌均匀,再加入硬浆搅拌均匀,在高压高温水蒸气下固化,即得到不饱和酯改性的天然乳胶。
2.根据权利要求1所述的不饱和酯改性的天然乳胶的制备方法,其特征在于:
步骤(1)中所述的不饱和酸酐为马来酸酐;所述的多元醇为甘油、乙二醇中的一种;所述的催化剂为对甲苯磺酸;
步骤(1)中所述的不饱和酸酐、多元醇和催化剂的质量比为10:20~40:0.303~1.02;步骤(1)中所述的减压搅拌反应是指在-0.03~-0.08Mpa压力下搅拌反应;
步骤(2)中所述的调节pH是指用氨水进行调节。
3.根据权利要求1所述的不饱和酯改性的天然乳胶的制备方法,其特征在于:
步骤(3)中所述的硫浆为二乙基二硫代氨基甲酸锌和苯并噻唑类促进剂的混合物。
4.根据权利要求1所述的不饱和酯改性的天然乳胶的制备方法,其特征在于:
步骤(3)中所述的硫浆为质量比为65~90:15~35的二乙基二硫代氨基甲酸锌和苯并噻唑类促进剂的混合物。
5.根据权利要求3或4所述的不饱和酯改性的天然乳胶的制备方法,其特征在于:
步骤(3)中所述的苯并噻唑类促进剂为2-硫醇基苯并噻唑和二硫化二苯并噻唑中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的不饱和酯改性的天然乳胶的制备方法,其特征在于:
步骤(4)中所述的锌浆为氧化锌和水的混合物,其中氧化锌和水的质量比为30~50:50~100;
步骤(4)中所述的硬浆为氟硅酸钠。
7.根据权利要求1所述的不饱和酯改性的天然乳胶的制备方法,其特征在于:
步骤(4)中,所述的锌浆、步骤(2)所得不饱和酯、步骤(3)中得到的预处理乳胶的用量满足其中的天然乳胶、硫浆、锌浆、不饱和酯和硬浆的质量比为76~81:5~15:2~5:5~10:0.5~2。
8.根据权利要求1所述的不饱和酯改性的天然乳胶的制备方法,其特征在于:
步骤(4)中所述的高压高温水蒸气下固化是指在0.15~0.3MPa,100~130℃的水蒸气存在条件下固化15~25min。
9.一种根据权利要求1~8任一项所述的方法制备得到的不饱和酯改性的天然乳胶。
10.根据权利要求9所述的不饱和酯改性的天然乳胶在制备日用生活用品和医疗乳胶制品中的应用。
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