CN109370063A - 一种低锌高活性预分散母胶粒 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低锌高活性预分散母胶粒，属于橡胶助剂技术领域。该低锌高活性预分散母胶粒主要由以下组分：活性氧化锌15.0～50.0phr、纳米碳酸钙25.0～60.0phr、橡胶载体8.0～15.0phr、填料1.0～5.0phr、加工油1.0～8.0phr、加工助剂1.0～5.0phr混合均匀后经混炼制成。本发明不但具有比传统的氧化锌具有更高的活性，能够提高橡胶硫化速率、提升橡胶物理机械性能，低锌、低重金属，对环境友好，具有减少扬尘、方便使用、提高分散性等作用，其与橡胶有很好的相容性，使橡胶易于混炼，能够有效增强抗张强度、撕裂强度等物理性能。

Description

一种低锌高活性预分散母胶粒
技术领域
本发明涉及橡胶助剂技术领域，具体涉及一种低锌高活性预分散母胶粒。
背景技术
在橡胶的硫化成型过程中，除了要加入硫化剂、硫化促进剂、防焦剂外，为提高硫化速度，一般还需要加入硫化活性剂，硫化活性剂具有活化硫化体系、提高硫化橡胶的交联密度、提高硫化胶的耐老化性能等作用，而氧化锌几乎是所有橡胶硫化体系中最重要的活化剂。普通氧化锌由于粒径大，在橡胶中分散性差，活性较低而限制了其活化作用的发挥，这也是使用普通氧化锌的硫化胶耐热氧老化性能差的原因，而通过长时间、高剪切提高分散程度会增加能量消耗，而且氧化锌的高比重会显著增加轮胎等橡胶制品的体积成本。另外，氧化锌的锌含量高达80％以上，氧化锌会随着轮胎等橡胶制品的磨损、废弃而不可避免的进入水体、土壤中，造成锌污染，对生态环境造成较大的污染隐患，特别是对动物的生殖影响较大，因此橡胶行业一直致力于开发新的低锌或者无锌的橡胶活性剂来替代氧化锌，以求降低或杜绝锌污染。
近年来随着橡胶助剂行业的发展，为消除橡胶加工过程中的化学烟雾和粉尘污染问题助剂发展的重要方向之一就是产品复合化和母粒化。预先将粉状化学助剂经特殊手段分散在某种粘结体系内，然后造粒，制成的助剂母粒，用来取代传统粉状助剂，改善操作环境，提高产品质量，因此助剂粒化后可起到预分散作用，称为预分散母胶粒。就橡胶工业而言，使用预分散母胶粒产品不但可提高产品质量及生产效率，更是符合国家环保政策的发展趋势。因此，开发低锌且高活性、低成本且高质量的预分散母胶粒配方体系，符合市场销售或使用需求，将是扩展橡胶应用发展的重要研究课题之一。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低锌、高活性、成本低、质量高及能降低配方中橡胶生胶混炼胶的使用量的预分散母胶粒的配方。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种低锌高活性预分散母胶粒，其包括以下组分：
活性氧化锌15.0～50.0phr； 纳米碳酸钙25.0～60.0phr；
橡胶载体8.0～15.0phr； 填料1.0～5.0phr；
加工油1.0～8.0phr； 加工助剂1.0～5.0phr。
作为本发明优选的实施方式，本发明的低锌高活性预分散母胶粒包括以下组分：
活性氧化锌20.0～45.0phr； 纳米碳酸钙30.0～55.0phr；
橡胶载体10.0～13.0phr； 填料3.0～5.0phr；
加工油3.0～6.0phr； 加工助剂2.0～4.0phr。
作为本发明优选的实施方式，本发明的低锌高活性预分散母胶粒包括以下组分：活性氧化锌45.0phr、纳米碳酸钙30.0phr、橡胶载体12.0phr、填料5.0phr、加工油4.0phr、加工助剂4.0phr。
作为本发明优选的实施方式，本发明的低锌高活性预分散母胶粒包括以下组分：活性氧化锌15.0phr、纳米碳酸钙60.0phr、橡胶载体12.0phr、填料4.0phr、加工油5.0phr、加工助剂4.0phr。
作为本发明优选的实施方式，所述橡胶载体为二元乙丙橡胶或三元乙丙橡胶。
作为本发明优选的实施方式，所述加工助剂为脂肪胺、脂肪酸皂、硬脂酸中的任意一种。
作为本发明优选的实施方式，所述加工油为环烷基橡胶油或石蜡基橡胶油。
作为本发明优选的实施方式，所述填料为白炭黑、滑石粉、碳酸钙、碳酸镁、煅烧高岭土、硅藻土中的一种或任意两种以上的混合。
在以上配方中，纳米碳酸钙具有粒径小、粒度分布窄、比表面积大、化学活性高等特点，具有“表面效应”、“小尺寸效应”和“量子效应”，能够与橡胶产生较好的相容性，使得橡胶具有细腻的手感、平整密实的外观和良好的加工工艺性能，能够有效提高橡胶的流动性、光洁度和弯曲强度，同时能够部分代替价格昂贵的钛白粉、荧光增白剂、气象白炭黑等助剂；活性氧化锌的粒径为200目，活性氧化锌在橡胶中不仅起到促进助剂的作用，提高硫化效率，同时能使橡胶具有良好的耐磨性、耐撕裂性和弹性。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明所述的低锌高活性预分散母胶粒不但具有比传统的氧化锌具有更高的活性，能够提高橡胶硫化速率、提升橡胶物理机械性能，更具有低锌含量、低重金属危害的优点，具有减少扬尘、方便使用、提高分散性等作用；通过活性氧化锌与纳米碳酸钙配合，均匀混合后形成均匀分布的预分散母胶粒，纳米等级的分散介质碳酸钙能够提高活性氧化锌在与橡胶发生反应时的分散性，因具有绝佳的分散效果，在保证高活性的同时，降低氧化锌的使用量，达到低锌低污染的目的；采用改性处理后纳米碳酸钙，使其与橡胶有很好的相容性，使橡胶易于混炼，能够有效增强抗张强度、撕裂强度等物理性能。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
一、活性氧化锌与纳米碳酸钙的用量确定
分别以活性氧化锌/纳米碳酸钙四组用量(50phr/30phr、30phr/50phr、15phr/65phr、10phr/70phr)为实验例(即配方2～5)，以传统氧化锌80phr为对比例(即配方1)，分别制成母胶粒，然后添加到适当剂量的混合橡胶、加工助剂、促进剂、填料等原料中，经过工业加工过程制得均匀分散的橡胶混炼胶，然后分别进行硫化、焦烧、物理性质测试应用，结果见表1。
表1不同用量的活性氧化锌与纳米碳酸钙所制得的橡胶混炼胶效果对比
由表1可知，配方2～4所制得的橡胶混炼胶与传统氧化锌所制得的橡胶混炼胶相比，表现出更快的硫化速度、更短的焦烧时间，硫化后的橡胶具有与传统氧化锌相当的物理机械性能，因此确定母胶粒中活性氧化锌与纳米碳酸钙的用量为：活性氧化锌15.0～50.0phr、纳米碳酸钙25.0～60.0phr。
实施例1：
一种低锌高活性预分散母胶粒，包括以下组分：活性氧化锌45.0phr、纳米碳酸钙30.0phr、橡胶载体12.0phr、填料5.0phr、加工油4.0phr、加工助剂4.0phr。
以上配方中，所述橡胶载体为三元乙丙橡胶，填料为氧化钙和氧化铝，加工油为脂类增塑剂、加工助剂为脂肪胺。
以上预分散母胶粒的制备方法如下：将配方中的其他组分加入三元乙丙橡胶中，混合均匀，混炼后即可制得低锌高活性预分散母胶粒。
实施例2：
一种低锌高活性预分散母胶粒，包括以下组分：活性氧化锌15.0phr、纳米碳酸钙60.0phr、橡胶载体12.0phr、填料4.0phr、加工油5.0phr、加工助剂4.0phr。
以上配方中，所述橡胶载体为三元乙丙橡胶，填料为白碳黑和滑石粉的混合物，加工油为石蜡基橡胶油、加工助剂为脂肪酸皂。
以上预分散母胶粒的制备方法如下：将配方中的其他组分加入三元乙丙橡胶中，混合均匀，混炼后即可制得低锌高活性预分散母胶粒。
实施例3：
一种低锌高活性预分散母胶粒，包括以下组分：活性氧化锌50.0phr、纳米碳酸钙25.0phr、橡胶载体10.0phr、填料5.0phr、加工油5.0phr、加工助剂5.0phr。
以上配方中，所述橡胶载体为三元乙丙橡胶，填料为碳酸钙和碳酸镁的混合物，加工油为石蜡基橡胶油、加工助剂为硬脂酸。
以上预分散母胶粒的制备方法如下：将配方中的其他组分加入三元乙丙橡胶中，混合均匀，混炼后即可制得低锌高活性预分散母胶粒。
实施例4：
一种低锌高活性预分散母胶粒，包括以下组分：活性氧化锌32.0phr、纳米碳酸钙43.0phr、橡胶载体12.0phr、填料3.0phr、加工油7.0phr、加工助剂3.0phr。
以上配方中，所述橡胶载体为三元乙丙橡胶，填料为煅烧高岭土和碳酸镁的混合物，加工油为环烷基橡胶油，加工助剂为脂肪胺。
以上预分散母胶粒的制备方法如下：将配方中的其他组分加入三元乙丙橡胶中，混合均匀，混炼后即可制得低锌高活性预分散母胶粒。
二、效果验证实验：
为了验证本发明的有益效果，将实施例1和实施例2所制得的低锌高活性预分散母胶粒，添加到适当剂量的混合橡胶、加工助剂、促进剂、填料等原料中，经过工业加工过程制得均匀分散的橡胶混炼胶，然后分别进行硫化、焦烧、物理性质测试应用。其中，工业加工过程是指一般橡胶工业混炼工艺包括但不限于密炼工艺或开炼工艺。
以下实验中涉及的试验工艺及标准如表2所示：
表2试验工艺及标准
一、实施例1低锌高活性预分散母胶粒的效果验证：
1、实施例1的低锌高活性预分散母胶粒与传统氧化锌在SBR、NR、BR混合橡胶中活性对比，按表3中的配方制备混炼胶：
表3实施例1的低锌高活性预分散母胶粒应用测试配方一
本实验对低锌高活性预分散母胶粒与传统氧化锌的混炼胶进行了对比硫化实验，在相同的硫化条件下，对比硫化特性、焦烧与物理机械性能，结果见表4。
表4实施例1的低锌高活性预分散母胶粒硫化与物性测试结果一
由表4可知，实施例1所制得的低锌高活性预分散母胶粒用于SBR、NR、BR混合橡胶硫化配方中表现出更快的硫化速度，更短的焦烧时间，硫化后的橡胶具有与传统氧化锌相当的物理机械性能。
2、实施例1的低锌高活性预分散母胶粒与传统氧化锌在CR橡胶中的对比，按表5中的配方制备混炼胶：
表5实施例1的低锌高活性预分散母胶粒应用测试配方二
本实验对低锌高活性预分散母胶粒与传统氧化锌的混炼胶进行了对比硫化实验，在相同的硫化条件下，对比硫化特性、焦烧与物理机械性能，结果见表6。
表6实施例1的低锌高活性预分散母胶粒硫化与物性测试结果二
由表6可知，实施例1所制得的低锌高活性预分散母胶粒用于CR橡胶硫化配方中表现出更快的硫化速度，更短的焦烧时间，硫化后的橡胶具有与传统氧化锌相当的物理机械性能。
3、实施例1的低锌高活性预分散母胶粒与传统氧化锌在EVA发泡中的对比，按表7中的配方制备混炼胶：
表7实施例1的低锌高活性预分散母胶粒橡胶应用测试配方三
本实验对低锌高活性预分散母胶粒与传统氧化锌的混炼胶进行了发泡对比实验，在相同的硫化条件下，对比硫化特性、发泡倍率与物理机械性能，结果见表8。
表8实施例1的低锌高活性预分散母胶粒硫化与物性测试结果三
由表8可知，实施例1所制得的低锌高活性预分散母胶粒用于EVA发泡硫化配方中，硫化后的橡胶具有与传统氧化锌相当的发泡倍率与物理机械性能。
二、实施例2低锌高活性预分散母胶粒的效果验证：
1、实施例2的低锌高活性预分散母胶粒与传统氧化锌在SBR、NR、BR混合橡胶中活性对比，按表9中的配方制备混炼胶：
表9实施例2的低锌高活性预分散母胶粒应用测试配方一
本实验对低锌高活性预分散母胶粒与传统氧化锌的混炼胶进行了对比硫化实验，在相同的硫化条件下，对比硫化特性、焦烧与物理机械性能，结果见表10。
表10实施例2的低锌高活性预分散母胶粒硫化与物性测试结果一
由表10可知，实施例1所制得的低锌高活性预分散母胶粒用于SBR、NR、BR混合橡胶硫化配方中表现出更快的硫化速度，更短的焦烧时间，硫化后的橡胶具有与传统氧化锌相当的物理机械性能。
2、实施例2的低锌高活性预分散母胶粒与传统氧化锌在CR橡胶中活性对比，按表11中的配方制备混炼胶。
本实验对低锌高活性预分散母胶粒与传统氧化锌的混炼胶进行了对比硫化实验，在相同的硫化条件下，对比硫化特性、焦烧与物理机械性能，结果见表12。
表11实施例2的低锌高活性预分散母胶粒应用测试配方二
表12实施例2的低锌高活性预分散母胶粒硫化与物性测试结果二
由表12可知，实施例2所制得的低锌高活性预分散母胶粒用于CR橡胶硫化配方中硫化后的橡胶具有与传统氧化锌相当的物理机械性能。
综上所述，本发明所提供的低锌高活性预分散母胶粒不但具有比传统的氧化锌具有更高的活性，能够提高橡胶硫化速率、提升橡胶物理机械性能，更具有低锌含量、低重金属危害的优点，具有减少扬尘、方便使用、提高分散性等作用，与橡胶有很好的相容性，使橡胶易于混炼，能够有效增强抗张强度、撕裂强度等物理性能，可广泛应用于橡胶工业制品领域。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种低锌高活性预分散母胶粒，其特征在于：包括以下组分：
活性氧化锌15.0～50.0phr； 纳米碳酸钙25.0～60.0phr；
橡胶载体8.0～15.0phr； 填料1.0～5.0phr；
加工油1.0～8.0phr； 加工助剂1.0～5.0phr。
2.根据权利要求1所述的低锌高活性预分散母胶粒，其特征在于：包括以下组分：
活性氧化锌20.0～45.0phr； 纳米碳酸钙30.0～55.0phr；
橡胶载体10.0～13.0phr； 填料3.0～5.0phr；
加工油3.0～6.0phr； 加工助剂2.0～4.0phr。
3.根据权利要求1所述的低锌高活性预分散母胶粒，其特征在于：包括以下组分：活性氧化锌45.0phr、纳米碳酸钙30.0phr、橡胶载体12.0phr、填料5.0phr、加工油4.0phr、加工助剂4.0phr。
4.根据权利要求1所述的低锌高活性预分散母胶粒，其特征在于：包括以下组分：活性氧化锌15.0phr、纳米碳酸钙60.0phr、橡胶载体12.0phr、填料4.0phr、加工油5.0phr、加工助剂4.0phr。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的低锌高活性预分散母胶粒，其特征在于：所述橡胶载体为二元乙丙橡胶或三元乙丙橡胶。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的低锌高活性预分散母胶粒，其特征在于：所述加工助剂为脂肪胺、脂肪酸皂、硬脂酸中的任意一种。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的低锌高活性预分散母胶粒，其特征在于：所述加工油为环烷基橡胶油或石蜡基橡胶油。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的低锌高活性预分散母胶粒，其特征在于：所述填料为白炭黑、滑石粉、碳酸钙、碳酸镁、煅烧高岭土、硅藻土中的一种或任意两种以上的混合。
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