CN109651570A - 一种甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶与氢化丁腈橡胶共混胶及其制备方法 - Google Patents

一种甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶与氢化丁腈橡胶共混胶及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于合成橡胶工业领域，具体涉及一种甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶与氢化丁腈橡胶共混胶及其制备方法。所述改性硅橡胶的原料组分配比为：硅橡胶100份，引发剂1.0～5.0份，链转移剂1.0～5.0份，改性剂1.0～5.0份，接枝单体3.0～10.0份。本发明只需在乙醇和水的混合溶液中采用光引发RAFT接枝改性方法对硅橡胶进行改性，可得到甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶，且甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶的接枝率高，接枝均匀性好；将改性硅橡胶与氢化丁腈橡胶按1:9～5:5的比例共混得到共混胶，所述共混胶具有相容性好、物理化学性能优异等优点；本发明方法工艺简单可控，对设备要求低，对环境无污染，适合工业化生产。

Description

一种甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶与氢化丁腈橡胶共混胶及 其制备方法
技术领域
本发明属于合成橡胶工业领域，具体涉及一种甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶与氢化丁腈橡胶共混胶及其制备方法。
背景技术
氢化丁腈橡胶是通过全部或部分氢化丁腈橡胶中丁二烯的双键而得到的。它可以在150℃的高温下长期使用,具有优良的耐热、耐非极性油、耐腐蚀性介质、耐臭氧性能，同时具有很高的物理机械性能和良好的动态力学性能，综合性能出众。其广泛应用于汽车、石油化工、航天航空、电子电气等领域、氢化丁腈橡胶密封制品在高纬度地区使用时，由于其耐低温性能不佳，制品常出现变硬、发脆的现象，为安装和使用带来极大的不便。在使用时过低的温度也容易造成密封制品失去弹性被压扁，导致密封的介质发生泄漏。而在180℃以上的高温中长期使用时，氢化丁腈橡胶密封制品也会快速老化失去弹性，从而失去密封性能。用硅橡胶与氢化丁腈橡胶共混，来改善氢化丁腈橡胶的高低温性能，是氢化丁腈橡胶研究的一个重要方向。
硅橡胶是非极性高分子，氢化丁腈橡胶是极性高分子，两者溶解度参数相差较大，相容性差。如果直接将两种橡胶共混，硅橡胶相和氢化丁腈橡胶相的相分离非常严重，造成共混后橡胶的物理机械性能相较于共混前的两种橡胶，出现大幅的下降。
目前常用的做法有两种。第一种是在共混时，加入具有活性官能团的相容剂，采用机械混入的方式加入硅橡胶与氢化丁腈橡胶的共混胶中。此方法操作简便，但在共混胶中，只有在硅橡胶相与氢化丁腈橡胶相的相-相分界面上，相容剂才能发挥增容的作用。而机械混入相容剂时，相容剂并不能布满相-相分界面，导致相容剂效率低下，增容效果一般。
第二种是采用溶液法对硅橡胶进行接枝改性，再将改性后的硅橡胶与氢化丁腈橡胶进行机械共混。此方法的优点是接枝改性后的硅橡胶与氢化丁腈橡胶相容性较好。但此方法接枝率不高，且硅橡胶表面接枝均匀性不好，所使用的溶剂毒性较大，反应耗能较大，不利于标准化工业生产。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶与氢化丁腈橡胶共混胶及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取以下原料：硅橡胶100重量份、引发剂1.0～5.0重量份、链转移剂1.0～5.0重量份、改性剂1.0～5.0重量份、接枝单体3.0～10.0重量份；
(2)采用超声波将硅橡胶均匀分散到乙醇和水的混合溶液中，用紫外灯照射2～6h对硅橡胶进行活化；然后在溶液中加入引发剂、链转移剂、改性剂、接枝单体，在搅拌作用下用紫外灯照射12～36h，进行光引发RAFT接枝改性；
(3)将步骤(2)反应后得到的产物用乙醇和水洗涤，再用丙酮抽提，然后置于真空环境中干燥至恒定质量，得到甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶。
上述方案中，所述甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶的乙烯基含量为0.1mol％～0.5mol％。
上述方案中，所述引发剂为有机磷化合物，优选为2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦。
上述方案中，所述链转移剂为双硫酯或三硫酯类化合物，优选为十二烷基三硫代碳酸酯。
上述方案中，所述改性剂为硅烷偶联剂，优选为KH-550。
上述方案中，所述接枝单体为酸性官能团单体、碱性官能团单体及其盐类中的一种，优选为：甲基丙烯酸羟乙酯。
上述方案中，所述乙醇和水的混合溶液中乙醇和水的体积比1:2。
一种甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶与氢化丁腈橡胶共混胶的制备方法，包括如下步骤：将甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶和氢化丁腈橡胶置于炼胶机上共混，共混温度为40℃～80℃，共混时间为6min～12min，辊距为0.5mm～2mm，共混完成后得到甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶与氢化丁腈橡胶共混胶。
上述方案中，所述甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶和氢化丁腈橡胶的质量比为1:9～5:5。
本发明的有益效果如下：
1)本发明只需在乙醇和水的混合溶液中采用光引发RAFT接枝改性方法对硅橡胶进行改性，可得到甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶，且甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶的接枝率高，接枝均匀性好；
2)与直接机械共混的方法相比，本发明采用的技术更为先进，得到的甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶和氢化丁腈橡胶共混胶的相容性好，物理化学性能优异；与溶液法对硅橡胶进行马来酸酐接枝改性，再将改性后的硅橡胶与氢化丁腈橡胶进行机械共混的方法相比，本发明所述方法的接枝率更高、接枝均匀性更好，采用的原料对环境无污染、能耗小；
3)本发明方法工艺简单可控，对设备要求低，对环境无污染，适合工业化生产。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：1)将硅橡胶100g用超声波处理器均匀分散到20L乙醇和水按1:2比例混合的混合溶液中，用紫外灯照射4h对硅橡胶进行活化；2)然后在溶液中加入2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦1.2g、十二烷基三硫代碳酸酯2.0g、KH-550 2.7g、甲基丙烯酸羟乙酯6g，在搅拌作用下用紫外灯继续照射24h，进行光引发RAFT接枝改性；3)反应完成后，将产物用乙醇和水按1:2比例混合的混合溶液洗涤3次，然后用丙酮抽提8h，放入60℃的抽真空烘箱内干燥至恒定质量，得到甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶。
实施例2
一种甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：1)将硅橡胶100g用超声波处理器均匀分散到20L乙醇和水按1:2比例混合的混合溶液中，用紫外灯照射4h对硅橡胶进行活化；2)然后在溶液中加入2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦2.2g、十二烷基三硫代碳酸酯2.0g、KH-550 2.7g、甲基丙烯酸羟乙酯6g，在搅拌作用下用紫外灯继续照射24h，进行光引发RAFT接枝改性；3)反应完成后，将产物用乙醇和水按1:2比例混合的混合溶液洗涤3次，然后用丙酮抽提8h，放入60℃的抽真空烘箱内干燥至恒定质量，得到甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶。
实施例3
一种甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：1)将硅橡胶100g用超声波处理器均匀分散到20L乙醇和水按1:2比例混合的混合溶液中，用紫外灯照射4h对硅橡胶进行活化；2)然后在溶液中加入2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦3.2g、十二烷基三硫代碳酸酯2.0g、KH-550 2.7g、甲基丙烯酸羟乙酯6g，在搅拌作用下用紫外灯继续照射24h，进行光引发RAFT接枝改性；3)反应完成后，将产物用乙醇和水按1:2比例混合的混合溶液洗涤3次，然后用丙酮抽提8h，放入60℃的抽真空烘箱内干燥至恒定质量，得到甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶。
实施例4
一种甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：1)将硅橡胶100g用超声波处理器均匀分散到20L乙醇和水按1:2比例混合的混合溶液中，用紫外灯照射4h对硅橡胶进行活化；2)然后在溶液中加入2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦4.2g、十二烷基三硫代碳酸酯2.0g、KH-550 2.7g、甲基丙烯酸羟乙酯6g，在搅拌作用下用紫外灯继续照射24h，进行光引发RAFT接枝改性；3)反应完成后，将产物用乙醇和水按1:2比例混合的混合溶液洗涤3次，然后用丙酮抽提8h，放入60℃的抽真空烘箱内干燥至恒定质量，得到甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶。
实施例5
一种甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：1)将硅橡胶100g用超声波处理器均匀分散到20L乙醇和水按1:2比例混合的混合溶液中，用紫外灯照射4h对硅橡胶进行活化；2)然后在溶液中加入2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦3.2g、十二烷基三硫代碳酸酯2.8g、KH-550 2.7g、甲基丙烯酸羟乙酯6g，在搅拌作用下用紫外灯继续照射24h，进行光引发RAFT接枝改性；3)反应完成后，将产物用乙醇和水按1:2比例混合的混合溶液洗涤3次，然后用丙酮抽提8h，放入60℃的抽真空烘箱内干燥至恒定质量，得到甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶。
实施例6
一种甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：1)将硅橡胶100g用超声波处理器均匀分散到20L乙醇和水按1:2比例混合的混合溶液中，用紫外灯照射4h对硅橡胶进行活化；2)然后在溶液中加入2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦3.2g、十二烷基三硫代碳酸酯3.8g、KH-550 2.7g、甲基丙烯酸羟乙酯6g，在搅拌作用下用紫外灯继续照射24h，进行光引发RAFT接枝改性；3)反应完成后，将产物用乙醇和水按1:2比例混合的混合溶液洗涤3次，然后用丙酮抽提8h，放入60℃的抽真空烘箱内干燥至恒定质量，得到甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶。
实施例7
一种甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：1)将硅橡胶100g用超声波处理器均匀分散到20L乙醇和水按1:2比例混合的混合溶液中，用紫外灯照射4h对硅橡胶进行活化；2)然后在溶液中加入2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦3.2g、十二烷基三硫代碳酸酯4.8g、KH-550 2.7g、甲基丙烯酸羟乙酯6g，在搅拌作用下用紫外灯继续照射24h，进行光引发RAFT接枝改性；3)反应完成后，将产物用乙醇和水按1:2比例混合的混合溶液洗涤3次，然后用丙酮抽提8h，放入60℃的抽真空烘箱内干燥至恒定质量，得到甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶。
实施例8
一种甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：1)将硅橡胶100g用超声波处理器均匀分散到20L乙醇和水按1:2比例混合的混合溶液中，用紫外灯照射4h对硅橡胶进行活化；2)然后在溶液中加入2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦3.2g、十二烷基三硫代碳酸酯5.8g、KH-550 2.7g、甲基丙烯酸羟乙酯6g，在搅拌作用下用紫外灯继续照射24h，进行光引发RAFT接枝改性；3)反应完成后，将产物用乙醇和水按1:2比例混合的混合溶液洗涤3次，然后用丙酮抽提8h，放入60℃的抽真空烘箱内干燥至恒定质量，得到甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶。
性能测试：将上述实施例1～4制备的甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶的接枝率进行测试，测试结果列于表1。将上述实施例6～8制备的甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶的接枝率进行测试，测试结果列于表2。
表1 2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦对接枝率的影响
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
接枝率(％) 6.8 12.9 15.2 13.2
表2十二烷基三硫代碳酸酯重量份对接枝率的影响
实施例5 实施例6 实施例7 实施例8
接枝率(％) 17.3 19.0 19.8 19.4
由表1和表2对实施例1～8进行比较，可以看出改性硅橡胶的最佳配方组分为：硅橡胶：100重量份，2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦：3.2重量份，十二烷基三硫代碳酸酯：4.8重量份，KH-550：2.7重量份，甲基丙烯酸羟乙酯：6.0重量份。
实施例9
一种甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶与氢化丁腈橡胶共混胶，具体包括如下步骤：将实施例6中得到的甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶10g与氢化丁腈橡胶90g在开炼机上共混，共混温度为50℃，共混时间为7min，辊距为1mm。共混完成后，将得到的共混胶100g，与氧化锌5g、硬脂酸2g、防老剂445 2g、N774炭黑50g、增塑剂TP-95 4g、硫化剂双二五5g，在密炼机中混炼10min，得到氢化丁腈混炼胶。将此氢化丁腈混炼胶在170℃的温度下模压硫化10min，并在150℃的烘箱中硫化2hrs，即制得甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶与氢化丁腈橡胶共混胶的硫化胶。
实施例10
一种甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶与氢化丁腈橡胶共混胶，具体包括如下步骤：将实施例6中得到的改性硅橡胶20g与氢化丁腈橡胶80g在开炼机上共混，共混温度为50℃，共混时间为7min，辊距为1mm。共混完成后，将得到的共混胶100g，与氧化锌5g、硬脂酸2g、防老剂445 2g、N774炭黑50g、增塑剂TP-95 4g、硫化剂双二五5g，在密炼机中混炼10min，得到氢化丁腈混炼胶。将此氢化丁腈混炼胶在170℃的温度下模压硫化10min，并在150℃的烘箱中硫化2hrs，即制得甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶与氢化丁腈橡胶共混胶的硫化胶。
实施例11
一种甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶与氢化丁腈橡胶共混胶，具体包括如下步骤：将实施例6中得到的改性硅橡胶30g与氢化丁腈橡胶70g在开炼机上共混，共混温度为50℃，共混时间为7min，辊距为1mm。共混完成后，将得到的共混胶100g，与氧化锌5g、硬脂酸2g、防老剂445 2g、N774炭黑50g、增塑剂TP-95 4g、硫化剂双二五5g，在密炼机中混炼10min，得到氢化丁腈混炼胶。将此氢化丁腈混炼胶在170℃的温度下模压硫化10min，并在150℃的烘箱中硫化2hrs，即制得甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶与氢化丁腈橡胶共混胶的硫化胶。
性能测试：将实施例9～11制备的甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶与氢化丁腈橡胶共混胶的硫化胶进行性能测试，测试结果列于表3。
表3改性硅橡胶与氢化丁腈橡胶的共混比例对硫化胶的性能影响
由表3对本发明中实施例9～11进行比较，可以看出改性硅橡胶与氢化丁腈橡胶共混胶中，改性硅橡胶与氢化丁腈橡胶的最佳比例为2:8，用此比例制得的硫化胶的扯断强度、热老化、高温压缩永久变形、耐低温等性能均极其优异。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）称取以下原料：硅橡胶100重量份、引发剂1.0~5.0重量份、链转移剂1.0~5.0重量份、改性剂1.0~5.0重量份、接枝单体3.0~10.0重量份；
（2）采用超声波将硅橡胶均匀分散到乙醇和水的混合溶液中，用紫外灯照射2~6h对硅橡胶进行活化；然后在溶液中加入引发剂、链转移剂、改性剂、接枝单体，在搅拌作用下用紫外灯照射12~36h，进行光引发RAFT接枝改性；
（3）将步骤（2）反应后得到的产物用乙醇和水洗涤，再用丙酮抽提，然后置于真空环境中干燥至恒定质量，得到甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶的乙烯基含量为0.1mol%~0.5mol%。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述引发剂为有机磷化合物。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述链转移剂为双硫酯或三硫酯类化合物。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述改性剂为硅烷偶联剂。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述接枝单体为酸性官能团单体、碱性官能团单体及其盐类中的一种。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述乙醇和水的混合溶液中乙醇和水的体积比1:2。
8.权利要求1~7制备所得甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶与氢化丁腈橡胶共混胶的制备方法，包括如下步骤：将甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶和氢化丁腈橡胶置于炼胶机上共混，共混温度为40℃~80℃，共混时间为6min~12min，辊距为0.5mm~2mm，共混完成后得到甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶与氢化丁腈橡胶共混胶。
9.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，所述甲基丙烯酸羟乙酯改性硅橡胶和氢化丁腈橡胶的质量比为1:9~5:5。
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