CN109705405A

CN109705405A - 一种高分散的纳米硫磺分散液及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN109705405A
Application number: CN201811596840.3A
Authority: CN
Inventors: 甘仲豪
Original assignee: Zhuhai Kemaowei New Materials Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Kemaowei New Materials Co Ltd
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2019-05-03
Anticipated expiration: 2038-12-26
Also published as: CN109705405B

Abstract

本发明公开了一种高分散的纳米硫磺分散液及其制备方法和应用，属于硫磺生产技术领域。该纳米硫磺分散液包括以下按质量百分数计的组分：蒸馏水30～50％、纳米硫磺20％、分散介质10～30％、非离子表面活性剂10～20％、分散剂5～15％、抗静电剂5～10％。所述纳米硫磺分散液是将配方量的组分混合后依次经过高速分散和研磨，最后进行减压蒸馏制得的。本发明通过对纳米硫磺进行有机功能化改性，很好地改善了其润湿性、附着性及在橡胶基体中的分散性，能够有效提高其与橡胶的相容性。

Description

一种高分散的纳米硫磺分散液及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及硫磺生产技术领域，具体涉及一种高分散的纳米硫磺分散液及其制备方法和应用。

背景技术

硫磺的粒径往往在几十微米以上，导致它在橡胶中无法均匀地分散及有效地形成交联键，从而影响硫化胶的物理性能，当硫磺用作硫化剂时，在结构中通常以多硫键结合，且含有大量悬浮硫碎片和环状硫化物，大多数硫原子并不在交联点上，这样的网络结构不稳定，从而使得硫化胶的物理性能较差。如果将硫磺纳米化，利用其表面效应(如小尺寸效应、量子效应、不饱和价效应、电子隧道效应等)则有望提高硫磺的硫化效率，改善橡胶制品的使用性能。但是由于纳米硫磺的颗粒较小，在使用过程中易形成软团聚，一般来说，其聚合度越大，其分散性和稳定性就越差，从而影响到其在橡胶加工中的应用性能。

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高分散的纳米硫磺分散液及其制备方法和应用，本发明通过对纳米硫磺进行有机功能化改性，很好地改善了其润湿性、附着性及在橡胶基体中的分散性，能够有效提高其与橡胶的相容性。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种高分散的纳米硫磺分散液，其包括以下按质量百分数计的组分：蒸馏水30～50％、纳米硫磺20％、分散介质10～30％、非离子表面活性剂10～20％、分散剂5～15％、抗静电剂5～10％。

作为本发明优选的实施方式，所述分散介质为聚乙二醇或二甘醇。

作为本发明优选的实施方式，所述聚乙二醇为PEG-400。

作为本发明优选的实施方式，所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚类表面活性剂。

作为本发明优选的实施方式，所述分散剂为烷基酚聚氧乙烯醚类乳化剂。

作为本发明优选的实施方式，所述抗静电剂为季铵盐类抗静电剂。

本发明还提供了如上所述的高分散的纳米硫磺分散液的制备方法，所述纳米硫磺分散液是将配方量的组分混合后依次经过高速分散和研磨，最后进行减压蒸馏制得的。

优选地，所述纳米硫磺分散液的制备方法具体包括以下步骤：

a、按配方量称取各组分，将蒸馏水、纳米硫磺、非离子表面活性剂、分散剂、抗静电剂混合均匀，得到混合液；

b、将混合液置于震荡机中，加入玻璃珠，进行研磨震荡，过滤；

c、将步骤b所制得的混合液进行减压蒸馏，使混合液中的蒸馏水置换成分散介质，即得纳米硫磺分散液。

作为本发明优选的实施方式，所述步骤b中研磨震荡的条件如下：以6000r/min的转速震荡24h。

本发明还提供了如上所述的纳米硫磺分散液在制备橡胶制品中的应用。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明所述的纳米硫磺分散液通过将纳米硫磺有机功能化改性，使其可以在非水性分散相中降低团聚产生并保持纳米尺寸特性的高分散状态，改善了其润湿性、附着性及在橡胶基体中的分散性，大大提高了纳米硫磺与橡胶的相容性，从而进一步降低硫磺在橡胶工业领域应用的使用量并达到相近的物性效果，在稳定性上也有所提升，本发明的纳米硫磺分散液具有优异的推广前景，有利于促进橡胶企业的技术进步、提高橡胶产品质量，增强与橡胶相关产品的国际市场竞争力。

附图说明

图1为本发明所述的纳米硫磺分散液与普通硫磺制成的硫化橡胶的TG曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

以上配方中，分散介质为聚乙二醇或二甘醇；优选地，聚乙二醇为PEG-400。非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚类表面活性剂，如脂肪醇聚氧乙烯醚-9、脂肪醇聚氧乙烯醚-3、脂肪醇聚氧乙烯醚-7、脂肪醇聚氧乙烯醚-25。分散剂为烷基酚聚氧乙烯醚类乳化剂，如辛基酚聚氧乙烯醚或壬基酚聚氧乙烯醚。抗静电剂为季铵盐类抗静电剂，如两性磷酸酯铵盐、硬脂基三甲基氯化铵、二月桂基二甲基氯化铵中的一种。

以上所述的高分散的纳米硫磺分散液的制备方法，纳米硫磺分散液是将配方量的组分混合后依次经过高速分散和研磨，最后进行减压蒸馏制得的，具体包括以下步骤：

b、将混合液置于震荡机中，加入玻璃珠，以6000r/min的转速研磨震荡24h，过滤；

实施例1：

一种高分散的纳米硫磺分散液，其包括以下按质量百分数计的组分：蒸馏水30％、纳米硫磺20％、PEG-40030％、非离子表面活性剂10％、分散剂5％、抗静电剂5％。

以上纳米硫磺分散液的制备方法包括以下步骤：

a、按配方量称取各组分，将蒸馏水、纳米硫磺、非离子表面活性剂、分散剂、抗静电剂置于干净器皿中混合均匀，得到混合液；

b、将混合液置于震荡机中，加入适量玻璃珠，以6000r/min的转速研磨震荡24h，采用致密的纱布过滤；

实施例2：

一种高分散的纳米硫磺分散液，其包括以下按质量百分数计的组分：蒸馏水35％、纳米硫磺20％、二甘醇15％、非离子表面活性剂15％、分散剂10％、抗静电剂5％。

以上纳米硫磺分散液的制备方法同实施例1。

实施例3：

一种高分散的纳米硫磺分散液，其包括以下按质量百分数计的组分：蒸馏水40％、纳米硫磺20％、PEG-40010％、非离子表面活性剂20％、分散剂5％、抗静电剂5％。

以上纳米硫磺分散液的制备方法同实施例1。

实施例4：

一种高分散的纳米硫磺分散液，其包括以下按质量百分数计的组分：蒸馏水50％、纳米硫磺20％、二甘醇10％、非离子表面活性剂10％、分散剂5％、抗静电剂5％。

以上纳米硫磺分散液的制备方法同实施例1。

实施例5：

一种高分散的纳米硫磺分散液，其包括以下按质量百分数计的组分：蒸馏水35％、纳米硫磺20％、PEG-40020％、非离子表面活性剂10％、分散剂5％、抗静电剂10％。

以上纳米硫磺分散液的制备方法同实施例1。

效果验证：

一、橡胶力学性能测试

按表1中的配方分别称取橡胶的原料，分别以普通硫磺和本发明实施例1的纳米硫磺分散液(100％、90％、80％、70％)制备橡胶，然后采用所制得的橡胶分别制作拉伸样条，在相同的混炼条件下，按照GB/T 528-2009的标准进行测试橡胶的力学性能，以对比普通硫磺与本发明的纳米硫磺不同含量对橡胶的力学性能及分散性的影响，结果见表2。

表1橡胶力学性能测试的配方表

成分	(phr)
		橡胶生胶混炼胶	100
加工油	3
		填料	40
氧化锌	4
		硬脂酸	1
活性剂	2
		加工助剂	0.8
硫磺	1.6
		促进剂	2

表2普通硫磺橡胶与纳米硫磺橡胶的力学性能对比

注：表中Fm为最大力，TS为拉伸强度。

由表2可知，与普通硫磺所制得的橡胶相比，使用本发明的纳米硫磺分散液所制得的橡胶具有较为稳定的力学性能表现，同时减少纳米硫磺的用量也能达到较佳的力学性能效果，由此可见本发明的纳米硫磺能够降低硫磺在橡胶工业领域应用的使用量并达到相近的物性效果。

二、橡胶硫化特性测试

按表3中的配方称取各原料，分别以普通硫磺和本发明实施例1的纳米硫磺分散液(100％、90％、80％、70％)制备橡胶，然后进行硫化特性对比测试，结果见表4。

表3橡胶硫化特性测试的配方

表4橡胶硫化特性测试结果

由表4可以看出，每组橡胶试样的焦烧时间TS1相差不大，正硫化时间TC90相差时间却有很大的不同，80％、90％、100％的纳米硫黄硫化橡胶的TC90时间基本上比普通硫磺硫化橡胶TC90时间快了约1分钟；70％的纳米硫黄硫化橡胶的TC90时间和普通工业硫磺硫化橡胶的TC90时间基本相当。由此可知，纳米硫磺硫化橡胶时可以有效地提高硫化速率，减少硫化时间，却又不会减少焦烧时间，或者在达到相近的硫化效果前提下，能够大大降低硫磺在橡胶中的使用量。

三、硫化橡胶TG热失重分析

将普通硫磺和本发明实施例1的纳米硫磺分散液(100％、90％、80％、70％)所制得的橡胶进行TG热失重分析，结果见图1。

如图1所示，5组橡胶试样的热降解温度都很接近，可以视为测试试样的热降解温度在橡胶的使用范围内(<200℃)基本没有差异。

综上所述，本发明的纳米硫磺分散液具有优异的润湿性、附着性及在橡胶基体中的分散性，能够有效提高其与橡胶的相容性，能够进一步降低硫磺在橡胶工业领域应用的使用量并达到相近的物性效果。

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

1.一种高分散的纳米硫磺分散液，其特征在于：包括以下按质量百分数计的组分：蒸馏水30～50％、纳米硫磺20％、分散介质10～30％、非离子表面活性剂10～20％、分散剂5～15％、抗静电剂5～10％。

2.根据权利要求1所述的高分散的纳米硫磺分散液，其特征在于：所述分散介质为聚乙二醇或二甘醇。

3.根据权利要求2所述的高分散的纳米硫磺分散液，其特征在于：所述聚乙二醇为PEG-400。

4.根据权利要求1所述的高分散的纳米硫磺分散液，其特征在于：所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚类表面活性剂。

5.根据权利要求1所述的高分散的纳米硫磺分散液，其特征在于：所述分散剂为烷基酚聚氧乙烯醚类乳化剂。

6.根据权利要求1所述的高分散的纳米硫磺分散液，其特征在于：所述抗静电剂为季铵盐类抗静电剂。

7.如权利要求1所述的高分散的纳米硫磺分散液的制备方法，其特征在于：所述纳米硫磺分散液是将配方量的组分混合后依次经过高速分散和研磨，最后进行减压蒸馏制得的。

8.根据权利要求7所述的高分散的纳米硫磺分散液的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的高分散的纳米硫磺分散液的制备方法，其特征在于：所述步骤b中研磨震荡的条件如下：以6000r/min的转速震荡24h。

10.一种如权利要求1所述的纳米硫磺分散液在制备橡胶制品中的应用。