CN109747087A - 硫化发泡橡胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及橡胶领域，公开了一种硫化发泡橡胶及其制备方法。该方法包括：(1)将含有橡胶基体和硫化活化剂的组分A一段混炼；(2)将一段混炼胶与含有硫化剂、硫化促进剂和发泡剂的组分B二段混炼；(3)将二段混炼胶硫化；硫化包括依次进行的三个阶段：第一阶段硫化温度为100‑170℃，硫化压力为10‑20MPa，硫化时间为2‑20min；第二阶段硫化在第一阶段硫化的压力不变下进行，第二阶段硫化温度高于第一阶段硫化温度，硫化时间低于第一阶段硫化时间；第三阶段硫化在第二阶段硫化温度不变下进行，硫化压力低于第二阶段硫化压力，硫化时间高于第二阶段硫化时间。该方法制得的硫化发泡橡胶密度低，孔泡结构均匀。

Description

硫化发泡橡胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及橡胶领域，具体地，涉及一种硫化发泡橡胶的制备方法以及由该方法制备得到的硫化发泡橡胶。

背景技术

橡胶发泡材料又称为橡胶海绵、微孔橡胶或泡沫橡胶，由构成材料本身的连续固相(基质胶)和形成(孔隙)的流体相孔隙所组成。根据孔洞是否连通，分为开孔发泡材料、闭孔发泡材料和混合孔发泡材料。发泡橡胶通过适当增加泡孔体积，可以节约橡胶资源，并获得一般硫化橡胶所没有的高压缩率、柔软性等特点，最大限度地发挥橡胶的功能。橡胶发泡材料系高性能比材料，因其优异的物理力学性能，成本低廉，已被广泛应用于人们的日常生活中，这类材料的应用广泛涉及航空、航天、原子能、医学、环保、冶金、机械建筑、电化学以及石油化工等行业，可用于分离、过滤、布气、消音吸振、包装、屏蔽、隔热、热交换、生物移植、电化学过程等诸多场合，在科学技术研究和国民经济建设中发挥着巨大的作用，并且其作用也日益显著。

当前制作橡胶发泡材料技术的难点和关键点是发泡剂的分解速率和胶料硫化速率的匹配问题，两者的匹配性直接影响炮孔生成和结构。若发泡剂的分解速率和胶料的硫化速率相差太大，不能配合，则不能发泡。具体的，如发泡剂在胶料硫化焦烧点前分解，由于此时胶料粘度很低，气体会很快逸出，硫化后无气泡生成；如发泡剂在热硫化前期分解，由于胶料开始交联，但黏度仍较低，气孔容易破裂，硫化胶易生成开孔结构；如发泡剂在热硫化中期分解，由于此时胶料已有一定程度的硫化，黏度较高，因此硫化胶易生成闭孔结构；如发泡剂在热硫化后期分解，胶料已大部分交联，升成孔泡较小；如发泡剂在正硫化点以后分解，此时胶料已全部胶料，粘度过大，不能发泡。

在很多生产实践中，发泡速率和硫化速率的匹配主要依靠工艺人员的经验控制，盲目性大，且经常出现实验结果的不可重现性。虽然当前硫化发泡仪的普及有助于本领域技术人员探索硫化与发泡的关联性问题，但是在实际生产中对配方设计的要求仍然很高。

针对橡胶发泡材料领域的热点问题，很多期刊和专利中已经有了相关报道。

例如，CN1687206A提供了一种橡胶自由发泡材料的生产工艺，这种工艺是将动态硫化法引入橡胶发泡材料的生产工艺中，实现胶料的预硫化过程，从而把橡胶的硫化过程分为两步，即动态预硫化控制硫化的起点，补加的硫化体系控制硫化速度，高效稳定地实现了硫化和发泡过程的相互匹配，用热空气硫化发泡，可制得密度为0.08-0.65g/cm³之间的闭孔发泡材料。该发明虽然能有效解决硫化和发泡的匹配问题，但需要两次加硫，工艺较为复杂；此外，该方法为自由硫化，与模压硫化相比产品密度较大，且产品表面形态控制较难。

CN102161782A提供了一种橡胶类发泡材料。该橡胶发泡材料的配方为：天然橡胶48～60％，促进剂10～15％，发泡剂2～3％，填充剂28～35％，分散剂1～2％，软化剂4～8％，硫化剂0.2～0.5％。该配方中发泡剂包括低温发泡剂和高温发泡剂。该配方中突破性地选择同时在配方中使用低温发泡剂和高温发泡剂，使得材料在高温或低温的不同温度环境条件下都能发生化学分解反应，分解气体使橡胶膨胀发泡。该发明提供的橡胶发泡材料具有发泡倍率稳定、泡孔均匀细腻、分解比较温和、发泡速度与架桥速度的同步进行的优异性能，还具有保暖、防潮、防冷、防水、环保优异性能。尽管该发明制得的发泡材料性能较好，但是需要通过优化配方来完成，工艺复杂，并且对不同的胶种和不同的配合体系的普适性较差，只能适用于特定的领域之中。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术制备的发泡硫化橡胶的方法存在工艺复杂且较难控制的问题，提供一种硫化发泡橡胶及其制备方法。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种硫化发泡橡胶的制备方法，该制备方法包括：

(1)将含有橡胶基体和硫化活性剂的组分A进行一段混炼，得到一段混炼胶；

(2)将一段混炼胶与含有硫化剂、硫化促进剂和发泡剂的组分B进行二段混炼，得到二段混炼胶；

(3)将二段混炼胶进行硫化；

其中，所述硫化包括依次进行的三个阶段：第一阶段硫化的条件包括：硫化的温度为100-170℃，硫化的压力为10-20MPa，硫化的时间为2-20min；第二阶段硫化在保持第一阶段硫化的压力不变下进行，第二阶段硫化的温度高于第一阶段硫化的温度，第二阶段硫化的时间低于第一阶段硫化的时间；第三阶段硫化在保持第二阶段硫化的温度不变下进行，第三阶段硫化的压力低于第二阶段硫化的压力，第三阶段硫化的时间高于第二阶段硫化的时间。

根据本发明的第二方面，本发明还提供了上述方法制备得到的硫化发泡橡胶。

本发明的发明人通过研究发现，将发泡橡胶硫化过程设置为特定的三个阶段(所述硫化分为依次进行的三个阶段)能够使得硫化发泡橡胶的制备过程简化，发泡反应和硫化反应之间较容易控制，得到的硫化发泡橡胶的泡孔均一，并且还能够获得轻质的硫化橡胶，并且硫化橡胶的机械强度适中。这可能是因为：(1)第一段硫化设置较高的硫化压力和较低的硫化温度，同时设置相对较长硫化时间，使混炼胶通过硫化诱导期，生成轻微的交联结构，并且此温度下大部分发泡剂均未达到分解温度，因此不会产生发泡；(2)第二段硫化：在保持第一段硫化压力不变的情况下提高硫化温度，设置该段的硫化时间相对较短。在此阶段胶料进一步发生硫化交联反应，并基本成型，同时发泡剂渡过发泡诱导期，开始分解，但由于此段压力仍较大，发泡只能形成较小的孔泡；(3)第三段硫化：在保持第二段硫化温度不变的情况下降低硫化压力，并设置较长的硫化时间，在硫化完全的同时发泡剂继续分解，由于此段硫化压力较小，可以保证发泡剂顺利地发泡完全，得到最终的硫化发泡橡胶。

根据本发明的一种优选实施方式：第一阶段硫化的条件包括：第一阶段硫化的条件包括：硫化的温度为120-150℃，硫化的压力为12-17MPa，硫化的时间为5-15min；第二阶段硫化的条件包括：硫化的温度为150-180℃，硫化的压力为12-17MPa，硫化的时间为2-8min；第三阶段硫化的条件包括：硫化的温度为150-180℃，硫化的压力为2-8MPa，硫化的时间为8-20min。通过该优选实施方式获得的硫化发泡橡胶的密度为0.025-0.036g/cm³，并且该硫化发泡橡胶的机械强度适中。

本发明的方法具有工艺简单和易操作的特点，并且通过本发明提供的方法制备的硫化发泡橡胶密度低，孔泡结构均匀，强度适中，性能稳定且重现性好。此外，本发明的方法具有普适性，可适用于多种胶种以及多种硫化和发泡形成的体系。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明提供一种硫化发泡橡胶的制备方法，该制备方法包括：

(1)将含有橡胶基体和硫化活化剂的组分A进行一段混炼，得到一段混炼胶；

(2)将一段混炼胶与含有硫化剂、硫化促进剂和发泡剂的组分B进行二段混炼，得到二段混炼胶；

(3)将二段混炼胶进行硫化；

其中，所述硫化包括依次进行的三个阶段：第一阶段硫化的条件包括：硫化的温度为100-170℃，硫化的压力为10-20MPa，硫化的时间为2-20min；第二阶段硫化在保持第一阶段的硫化的压力不变下进行，第二阶段硫化的温度高于第一阶段硫化的温度，第二阶段的硫化的时间低于第一阶段硫化的时间；第三阶段的硫化在保持第二阶段的硫化的温度不变下进行，第三阶段硫化的压力低于第二阶段硫化的压力，第三阶段硫化的时间高于第二阶段硫化的时间。

本发明主要改进之处在于将硫化阶段设置为上述特定的三个阶段硫化，使得通过本发明提供的方法制备的硫化发泡橡胶密度低，孔泡结构均匀，强度适中，此外，本发明的方法具有普适性。

根据本发明的方法，第二阶段的硫化的条件和第三阶段的硫化条件满足上述要求即可。一般地，第二阶段硫化的条件包括：硫化的温度为130-200℃，硫化的压力为10-20MPa，硫化的时间为1-10min；第三阶段硫化的条件包括：硫化的温度为130-200℃，硫化的压力为2-10MPa，硫化的时间为5-30min。

根据本发明的方法，为了进一步使得硫化速度和发泡速度更好的匹配以及获得更低密度和泡孔更均一的硫化发泡橡胶，优选情况下，第一阶段硫化的条件包括：硫化的温度为120-150℃，硫化的压力为12-17MPa，硫化的时间为5-15min；第二阶段硫化的条件包括：硫化的温度为150-180℃，硫化的压力为12-17MPa，硫化的时间为2-8min；第三阶段硫化的条件包括：硫化的温度为150-180℃，硫化的压力为2-8MPa，硫化的时间为8-20min。

在本发明中，所述压力均指表压。

根据本发明的方法，所述一段混炼和二段混炼的条件以能够实现将硫化速度和发泡速度更好的匹配为准，所述一段混炼的条件包括初始温度为60-80℃、混炼时间为3-5min，所述二段混炼的条件包括初始温度为50-60℃、混炼时间为3-4min。此外，所述一段混炼和二段混炼均可以在现有的各种混炼设备中进行，例如，可以在开炼机或者密炼机中进行，优选为密炼机。

根据发明的方法，将一段混炼胶与含有硫化剂、硫化促进剂、硫化活化剂和发泡剂的组分B进行二段混炼，这样能够使得到的混炼胶不会出现焦烧和提前发泡的现象，有利于后期加工成型，并且后续经硫化和发泡之后得到的产品具有更好的性能。

根据本发明的方法，通常来说，将二段混炼胶进行硫化的方法为本领域技术人员所公知。例如，所述硫化可以在硫化床或平板硫化机中进行。

根据本发明的方法，所述硫化剂、硫化促进剂、硫化活化剂和发泡剂的用量可以在较宽的范围内变动，一般情况下，相对于100重量份的橡胶基体，所述硫化剂的用量可以为0.5-5重量份，所述硫化促进剂的用量可以为0.5-5重量份，所述硫化活化剂的用量可以为0.5-20重量份，所述发泡剂的用量可以为2-20重量份。为了进一步使得硫化速度和发泡速度更好的匹配以及获得更低密度和泡孔更均一的硫化发泡橡胶，优选情况下，相对于100重量份的橡胶基体，所述硫化剂的用量为1-3重量份，所述硫化促进剂的用量为1-4重量份，所述硫化活化剂的用量为0.5-18重量份，所述发泡剂的用量为12-20重量份。

根据本发明的方法，所述橡胶基体可以为本领域中常用的各种橡胶，例如天然橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、异戊橡胶、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、乙烯-醋酸乙烯酯橡胶以及丁腈橡胶与聚氯乙烯共混物中的一种或多种，优选为丁苯橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶以及丁腈橡胶与聚氯乙烯共混物中的一种或多种。

根据本发明的方法，所述乙丙橡胶包括二元乙丙橡胶(EPM)和三元乙丙橡胶(EPDM)，优选地，以所述二元乙丙橡胶的总量为基准，所述二元乙丙橡胶的衍生自乙烯结构单元含量为40-70重量％，门尼粘度为10-70；以所述三元乙丙橡胶的总量为基准，所述三元乙丙橡胶的衍生自乙烯结构单元的含量为40-70重量％，衍生自第三单体结构单元的含量为1-14重量％，门尼粘度为20-80，且所述三元乙丙橡胶中的第三单体选自双环戊二烯(DCPC)、1，4-己二烯(1，4-HD)和乙叉降冰片烯(ENB)中的至少一种。

根据本发明的方法，所述丁苯橡胶的数均分子量为5万-100万，分子量分布指数为1.05-4，以所述丁苯橡胶的总重量为基准，由苯乙烯形成的结构单元的含量为10-40重量％，由丁二烯形成的结构单元的含量为60-90重量％。

根据本发明的方法，所述顺丁橡胶的数均分子量为5万-50万，分子量分布为2-6，门尼粘度ML(1+4)100℃为25-60。

根据本发明的方法，以所述丁基橡胶的总量为基准，衍生自异丁烯结构单元的含量为98.0-99.4重量％；衍生自异戊二烯结构单元的含量为0.6-2.0重量％。所述丁基橡胶的门尼粘度ML(1+8)125℃为30-80。

根据本发明的方法，以丁腈橡胶的总量为基准，衍生自丙烯腈结构单元的含量为10-50重量％，更优选为20-40重量％，进一步优选为25-35重量％。所述丁腈橡胶的门尼粘度ML(1+4)100℃为30-100，更优选为45-80。

根据本发明的方法，所述聚氯乙烯的平均聚合度为600-2000，优选为700-1200；所述聚氯乙烯的平均分子量为5万-15万，优选为6万-10万。

根据本发明的方法，所述硫化剂可以为各种常规的用于橡胶分子链进行交联反应的硫化剂，可以根据使用的橡胶基体的种类进行合理地选择。例如可以为硫磺、金属氧化物和有机过氧化物中的一种或多种，进一步优选地，所述金属氧化物为氧化镁和/或氧化锌，所述有机过氧化物为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰和过氧化氢叔丁基中的一种或多种。

根据本发明的方法，所述硫化促进剂可以为现有的各种能够缩短硫化时间、降低硫化温度、减少硫化剂用量并提高橡胶的力学性能的物质。一般地，所述硫化促进剂对速级没有要求，可以为次磺酰胺类促进剂、噻唑类促进剂、秋兰姆类促进剂、二硫代氨基甲酸盐类促进剂、胍类促进剂、醛胺类促进剂烯丙酯类促进剂和马来酰亚胺类促进剂中的至少一种，优选情况下，所述促进剂为二硫化苯并噻唑(商品名为促进剂DM)，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺(商品名为促进剂CZ)，二硫化四甲基秋兰姆(商品名为促进剂TMTD)、N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺(商品名为促进剂TBBS)、二甲基二硫代氨基甲酸锌(商品名为促进剂ZDMC)、二苯胍(商品名为促进剂D)、六亚甲基四胺(商品名为促进剂H)、1，3，5-异氰脲酸三烯丙酯(商品名为TAIC)和N，N’-间苯基双马来酰亚胺(商品名为HVA-2)中的至少一种。

根据本发明一种优选实施方式，所述硫化剂为有机过氧化物，所述硫化促进剂为烯丙酯类促进剂和/或马来酰亚胺类促进剂。例如三聚氰酸三烯丙酯(商品名TAC)。

根据本发明的方法，所述硫化活化剂是指能够增加硫化促进剂的活性，进而减少所述硫化促进剂的用量或缩短硫化时间的物质。加入少量活化剂能够显著提高橡胶的硫化度和耐热性。本发明的硫化活化剂可以为本领域中各种活化剂，例如可以为金属氧化物和/或脂肪酸金属皂盐。优选情况下，所述硫化活化剂为硬脂酸和/或氧化锌。

根据本发明，所述发泡剂可以为本领域中在一定温度下可以释放N₂、CO₂或NH₃使得材料形成泡孔结构的发泡剂，例如可以为无机发泡剂和/或有机发泡剂，优选为碳酸氢钠、碳酸氢铵、偶氮二甲酰胺(商品名为发泡剂AC)和N，N’-二亚硝基五亚甲基四胺(商品名为发泡剂H)中的至少一种。

根据本发明的方法，优选情况下，所述组分A还含有补强剂。所述补强剂可以本领域中各种能够增强橡胶力学强度的补强剂。例如可以为炭黑、白炭黑、陶土、碳酸镁、滑石粉、碳酸钙、石墨烯和碳纳米管中的一种或多种。优选情况下，所述补强剂为粒径在40nm-500nm范围内的炭黑、碳酸钙和陶土中的一种或多种。这样可以使得制备的硫化橡胶具有更好的机械性能。其中，所述炭黑可以为快压出炉黑(N550)、半补强炭黑(N770)和热裂法炭黑(N990)中的至少一种。所述白炭黑可以为本领域中常用的白炭黑，例如确成硅化学股份有限公司提供的传统型二氧化硅(CS)、环保无尘型二氧化硅(GRS)、易分散型二氧化硅(EDS)和低聚高分散型二氧化硅(LPS&HDS)中的至少一种。

根据本发明的方法，相对于100重量份的橡胶基体，所述补强剂的用量可以为5-50重量份，优选为20-50重量份。

根据本发明的方法，优选情况下，所述组分A还含有防老剂。所述防老剂起到延缓发泡制品发生热氧及臭氧等老化行为。一般地，所述防老剂可以为喹啉类防老剂、对苯二胺类防老剂、萘胺类防老剂和咪唑类防老剂中的一种或多种，优选情况下，所述喹啉类防老剂为2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体(商品名为防老剂RD)、6-乙氧基-2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉和6-十二烷基-2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉中的至少一种；所述对苯二胺类防老剂为4，4′-二辛基二苯胺、N-异丙苯基-N’-苯基对苯二胺(商品名为防老剂4010NA)和N，N’-二苯基对苯二胺中的至少一种；所述萘胺类防老剂为N-苯基-2-萘胺(商品名为防老剂D)；所述咪唑类防老剂为2-巯基苯并咪唑(商品名为防老剂MB)。

根据本发明的方法，相对于100重量份的橡胶基体，所述防老剂的用量可以为1-7重量份，优选为4-7重量份。

根据本发明，所述组分A还含有增塑剂，所述增塑剂起到提高生胶塑性、改善混炼胶的加工性能的作用。一般地，所述增塑剂可以为石油系增塑剂、煤焦油系增塑剂、脂肪油系增塑剂、松油系增塑剂和合成增塑剂中的一种或多种，优选为环烷油、芳烃油、歧化松香、古马隆树脂、硬脂酸、硬脂酸盐、邻苯二甲酸酯、磷酸酯和脂肪二元酸酯中的一种或多种。所述邻苯二甲酸酯类增塑剂可以为邻苯二甲酸二辛脂(商品名为增塑剂DOP)、邻苯二甲酸二丁酯(商品名为DBP)和邻苯二甲酸二异丁酯(商品名为增塑剂DIBP)中的至少一种；所述脂肪二元酸酯类增塑剂可以为己二酸二辛酯(商品名为DOA)和/或癸二酸二辛酯(DOS)；所述磷酸酯类增塑剂可以为磷酸三酯(TCP)和/或磷酸三辛酯(TOP)。

根据本发明的方法，相对于100重量份的橡胶基体，所述增塑剂的含量可以为0.5-40重量份，优选为0.5-30重量份。

根据本发明的方法，为了获得性能更优异的硫化发泡橡胶，所述组分A还可以含有本领域中常用的其他添加助剂，例如热稳定剂和/或阻燃剂。所述添加助剂的用量可以根据实际需要进行合理地选择。

根据本发明的方法，优选情况下，所述组分B还含有助发泡剂。所述助发泡剂可以起到提高发泡剂活性和降低发泡温度的作用。所述助发泡剂可以根据使用的发泡剂进行匹配，进一步优选情况下，所述助发泡剂为硬脂酸、草酸、水杨酸、尿素、缩二脲、乙醇胺、氧化锌和硼砂中的至少一种。

根据本发明，所述助发泡剂的含量可以在较宽的范围内变动，一般地，相对于100重量份的橡胶基体，所述助发泡剂的含量可以为0.5-20重量份，优选为0.5-18重量份。

需要说明的是，在本发明中，当橡胶基体为氯丁橡胶和/或卤化丁基橡胶时，氧化锌可以起到硫化剂、硫化活化剂和助发泡剂的作用，当氧化锌起到上述三者的作用时，相对于100重量份的橡胶基体，氧化锌的总含量可以为2-15重量份，优选为5-10重量份。当橡胶基体为除氯丁橡胶和/或卤化丁基橡胶之外的橡胶时，氧化锌可以起到硫化活化剂和助发泡剂的作用，当氧化锌起到上述两者的作用时，相对于100重量份的橡胶基体，氧化锌的总含量可以为2-10重量份，优选为5-8重量份。

在本发明中，硬脂酸可以起到硫化活化剂、助发泡剂和增塑剂的作用，当硬脂酸起到上述三者的作用时，相对于100重量份的橡胶基体，硬脂酸的总含量可以为2-15重量份，优选为8-12重量份。

根据本发明的一种优选实施方式，所述硫化橡胶的制备方法包括：

(1)设置密炼机的初始温度为60-80℃，转速为50-80转/min，将橡胶基体投入密炼机中塑炼0.5-1min，然后投入补强剂、防老剂、增塑剂、硫化活化剂混炼3-5min，排胶停放冷却4h以上，得到一段母炼胶；

(2)设置密炼机初始温度为50-60℃，转速为50-80转/min，按顺序分别加入一段母炼胶、硫化剂、硫化促进剂、发泡剂和发泡助剂进行混炼，混炼时间为3-4min，当二段混炼完成后即可排胶；

(3)将步骤(2)得到的胶料在辊距为0.2-0.8mm、辊温为55-65℃的开炼机上通过一次，然后将辊距调至4-6mm再通过两次，接着将获得的混炼胶停放20-40h；

(4)将停放后的混炼胶依次进行三段硫化，第一阶段硫化的条件包括：硫化的温度为120-150℃，硫化的压力为12-17MPa，硫化的时间为5-15min；第二阶段硫化的条件包括：硫化的温度为150-180℃，硫化的压力为12-17MPa，硫化的时间为2-8min；第三阶段硫化的条件包括：硫化的温度为150-180℃，硫化的压力为2-8MPa，硫化的时间为8-20min，其中，第二阶段硫化在保持第一阶段硫化的压力不变下进行，第二阶段硫化的温度高于第一阶段硫化的温度，第二阶段硫化的时间低于第一阶段硫化的时间；第三阶段硫化在保持第二阶段硫化的温度不变下进行，第三阶段硫化的压力低于第二阶段硫化的压力，第三阶段硫化的时间高于第二阶段硫化的时间。获得最终硫化发泡橡胶。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

(1)在以下实施例、对比例和测试例中，所用的设备如表1所示：

表1

序号	设备名称	型号	生产厂家
				1	密炼机	BR1600	美国法雷尔公司
2	开炼机	XK-160	青岛鑫城一鸣机械有限公司
				3	平板硫化机	XLB-D400*400*2	上海第一橡胶机械厂
4	万能拉力机	SHIMADZU，AG-20KNG	日本岛津公司
				5	密度测试仪	XSE204	瑞士梅特勒公司

(2)以下实施例和对比例中，用于制备硫化发泡橡胶的试剂如下：

丁苯橡胶：牌号1712，中国石化齐鲁分公司生产，所述丁苯橡胶的数均分子量为33.6万，分子量分布指数为3.4，以所述丁苯橡胶的总重量为基准，由苯乙烯形成的结构单元的含量为23.5重量％，由丁二烯形成的结构单元的含量为76.5重量％。

三元乙丙橡胶：牌号4045，中国石油吉林分公司生产，以所述三元乙丙橡胶的总量为基准，所述三元乙丙橡胶的衍生自乙烯结构单元的含量为55重量％，衍生自第三单体结构单元的含量为5重量％，门尼粘度为45，第三单体为ENB。

顺丁橡胶：牌号9000，中国石化茂名分公司生产，所述顺丁橡胶的数均分子量为9.4万，分子量分布为3.25，门尼粘度为45。

丁基橡胶：牌号1751，中国石化燕山分公司生产，以所述丁基橡胶的总量为基准，衍生自异丁烯结构单元的含量为98.3重量％；衍生自异戊二烯结构单元的含量为1.7重量％。所述丁基橡胶的门尼粘度ML(1+8)125℃为51。

丁腈橡胶：牌号3365，俄罗斯西布尔公司生产，衍生自丙烯腈结构单元的含量为33重量％，门尼粘度ML(1+4)100℃为65。

聚氯乙烯：牌号S1000，中国石化齐鲁分公司生产。聚氯乙烯的平均聚合度为1000；平均分子量为6.5万。

硫化剂：硫磺，购自潍坊中恒化工有限公司；过氧化二异丙苯，购自百灵威科技有限公司。

促进剂：D，DM，CZ，TMTD，ZDMC均购自上海永研化工科技有限公司。

助硫化剂：TAC、TAIC均购自阿拉丁生化科技有限公司

活化剂：氧化锌、硬脂酸，均购自潍坊恒丰化工有限公司。

炭黑：牌号N550，购自东莞市齐德利化工科技有限公司。

陶土和轻质碳酸钙，购自广州精石化工有限公司。

发泡剂：碳酸氢钠、发泡剂AC，发泡剂H，均购自佛山世承气体有限公司。

助发泡剂：尿素、乙醇胺、草酸，均购自上海晶纯生化科技股份有限公司。

防老剂：防老剂RD、4010NA、D、MB，均购自江苏圣奥化学科技有限公司。

增塑剂：石蜡油、古马隆树脂、DBP、DOS，均购自济南恒瑞化工有限公司。

实施例1

本实施例的方法涉及的各组分的配方如表2所示(其中的数值是相对于100重量份的橡胶基体得到的重量份)。本实施例的硫化发泡橡胶S1的制备方法具体如下：

第一段混炼：

设置密炼机初始温度为70℃，转子转速70r/min，将丁苯橡胶加入密炼机中塑炼0.5min，然后投入炭黑、轻质碳酸钙、硬脂酸、氧化锌、防老剂和增塑剂继续混炼3min，排胶，停放4h，得到一段母炼胶。

第二段混炼：

设置密炼机初始温度为50℃，转子转速60r/min，将一段母炼胶、硫磺、促进剂、发泡剂和助发泡剂加入投入密炼机中，混炼3min，排胶。

将上述方法获得的胶料在辊距为0.5mm、辊温为60±5℃的开炼机上通过一次，然后将辊距调至5mm，再通过两次，将获得的混炼胶停放24h。

将上述混炼胶依次进行三段硫化，硫化工艺为：

第一段硫化设置平板硫化机温度为140℃，压力为15MPa，硫化10min。将平板硫化机温度升温至165℃，保持第一段的硫化压力不变，进行第二段硫化，硫化时间为5min。设置平板硫化机压力为5MPa，保持第二段的硫化温度不变，进行第三段硫化，硫化时间为15min。经过三段硫化后得到最终硫化发泡橡胶，记为S1。

对比例1

按照实施例1组分和方法制备硫化发泡橡胶，不同的是，将硫化工艺改为一段硫化，替换三段硫化工艺，硫化条件包括：硫化压力15MPa，硫化温度165℃，硫化时间30min。得到硫化发泡橡胶，记为D1。

实施例2

本实施例的方法中涉及的各组分的配方如表2中所示(其中的数值是相对于100重量份的橡胶基体得到的重量份)。本实施例的硫化发泡橡胶S2的制备方法具体如下：

第一段混炼：

设置密炼机初始温度为60℃，转子转速70r/min，将乙丙橡胶加入密炼机中塑炼0.5min，然后投入陶土、轻质碳酸钙、硬脂酸、氧化锌、防老剂和增塑剂继续混炼4.5min，排胶，停放4h，得到一段母炼胶。

第二段混炼：

设置密炼机初始温度为50℃，转子转速60r/min，将一段母炼胶、硫化剂、助硫化剂、发泡剂和助发泡剂加入投入密炼机中，混炼4min，排胶。

将上述方法获得的胶料在辊距为0.5mm、辊温为60±5℃的开炼机上通过一次，然后将辊距调至5mm，再通过两次，将获得的混炼胶停放24h。

将上述混炼胶依次进行三段硫化，硫化工艺为：

第一段硫化设置平板硫化机温度为120℃，压力为17MPa，硫化5min。将平板硫化机温度升温至180℃，保持第一段的硫化压力不变，进行第二段硫化，硫化时间为3min。设置平板硫化机压力为8MPa，保持第二段的硫化温度不变，进行第三段硫化，硫化时间为8min。经过三段硫化后得到最终硫化发泡橡胶，记为S2。

对比例2

按照实施例2的组分和方法制备硫化发泡橡胶，不同的是，将硫化工艺改为一段硫化，替换三段硫化工艺，硫化条件包括：硫化压力8MPa，硫化温度180℃，硫化时间16min。得到硫化发泡橡胶，记为D2。

实施例3

本实施例的方法中涉及的各组分的配方如表2中所示(其中的数值是相对于100重量份的橡胶基体得到的重量份)。本实施例的硫化发泡橡胶S3的制备方法具体如下：

第一段混炼：

设置密炼机初始温度为70℃，转子转速70r/min，将顺丁橡胶加入密炼机中塑炼0.5min，然后投入炭黑、陶土、轻质碳酸钙、硬脂酸、氧化锌、防老剂和增塑剂继续混炼3min，排胶，停放4h，得到一段母炼胶。

第二段混炼：

设置密炼机初始温度为50℃，转子转速60r/min，将一段母炼胶、硫磺、促进剂、发泡剂和助发泡剂加入投入密炼机中，混炼3min，排胶。

将上述方法获得的胶料在辊距为0.5mm、辊温为60±5℃的开炼机上通过一次，然后将辊距调至5mm，再通过两次，将获得的混炼胶停放24h。

将上述混炼胶依次进行三段硫化，硫化工艺为：

第一段硫化设置平板硫化机温度为120℃，压力为12MPa，硫化10min。将平板硫化机温度升温至150℃，保持第一段的硫化压力不变，进行第二段硫化，硫化时间为4min。设置平板硫化机压力为2MPa，保持第二段的硫化温度不变，进行第三段硫化，硫化时间为20min。经过三段硫化后得到最终硫化发泡橡胶，记为S3。

对比例3

按照实施例3的组分和方法制备硫化发泡橡胶，不同的是，将硫化工艺改为一段硫化，替换三段硫化工艺，硫化条件包括：硫化压力12MPa，硫化温度120℃，硫化时间34min。得到硫化发泡橡胶，记为D3。

实施例4

本实施例的方法中涉及的各组分的配方如表2中所示(其中的数值是相对于100重量份的橡胶基体得到的重量份)。本实施例的硫化发泡橡胶S4的制备方法具体如下：

第一段混炼：

设置密炼机初始温度为70℃，转子转速70r/min，将丁基橡胶加入密炼机中塑炼0.5min，然后投入炭黑、轻质碳酸钙、硬脂酸、氧化锌、防老剂和增塑剂继续混炼3min，排胶，停放4h，得到一段母炼胶。

第二段混炼：

设置密炼机初始温度为50℃，转子转速60r/min，将一段母炼胶、硫磺、促进剂、发泡剂和助发泡剂加入投入密炼机中，混炼3min，排胶。

将上述方法获得的胶料在辊距为0.5mm、辊温为60±5℃的开炼机上通过一次，然后将辊距调至5mm，再通过两次，将获得的混炼胶停放24h。

将上述混炼胶进行三段硫化，硫化工艺为：

第一段硫化设置平板硫化机温度为150℃，压力为15MPa，硫化15min。将平板硫化机温度升温至180℃，保持第一段的硫化压力不变，进行第二段硫化，硫化时间为8min。设置平板硫化机压力为2MPa，保持第二段的硫化温度不变，进行第三段硫化，硫化时间为8min。经过三段硫化后得到最终硫化发泡橡胶，记为S4。

对比例4

按照实施例4的组分和方法制备硫化发泡橡胶，不同的是，将硫化工艺改为两段硫化，替换三段硫化工艺，硫化条件包括：第一段，硫化温度150℃，硫化压力15MPa，硫化时间15min；第二段，硫化温度为180℃，硫化压力2MPa，硫化时间16min。得到硫化发泡橡胶，记为D4。

实施例5

本实施例的方法中涉及的各组分的配方如表2中所示(其中的数值是相对于100重量份的橡胶基体得到的重量份)。本实施例的硫化发泡橡胶S5的制备方法与实施例1相同。

第一段混炼：

设置密炼机初始温度为70℃，转子转速70r/min，将丁腈橡胶与聚氯乙烯的混合物加入密炼机中塑炼0.5min，然后投入炭黑、轻质碳酸钙、硬脂酸、氧化锌、防老剂和增塑剂继续混炼3min，排胶，停放4h，得到一段母炼胶。

第二段混炼：

设置密炼机初始温度为50℃，转子转速60r/min，将一段母炼胶、硫磺、促进剂、发泡剂和助发泡剂加入投入密炼机中，混炼3min，排胶。

将上述方法获得的胶料在辊距为0.5mm、辊温为60±5℃的开炼机上通过一次，然后将辊距调至5mm，再通过两次，将获得的混炼胶停放24h。

将上述混炼胶依次进行三段硫化，硫化工艺为：

第一段硫化设置平板硫化机温度为140℃，压力为15MPa，硫化10min。将平板硫化机温度升温至165℃，保持第一段的硫化压力不变，进行第二段硫化，硫化时间为5min。设置平板硫化机压力为5MPa，保持第二段的硫化温度不变，进行第三段硫化，硫化时间为15min。经过三段硫化后得到最终硫化发泡橡胶，记为S5。

实施例6

按照实施例1组分和方法制备硫化发泡橡胶，不同的是，第三段硫化的压力为1MPa，得到硫化发泡橡胶，记为S6。

实施例7

按照实施例1组分和方法制备硫化发泡橡胶，不同的是，第三段硫化的时间为40min，得到硫化发泡橡胶，记为S7。

对比例5

按照实施例1组分和方法制备硫化发泡橡胶，不同的是，第一段硫化的温度为180℃，得到硫化发泡橡胶，记为D5。

对比例6

按照实施例1组分和方法制备硫化发泡橡胶，不同的是，第一段硫化的温度为90℃，得到硫化发泡橡胶，记为D6。

对比例7

按照实施例1组分和方法制备硫化发泡橡胶，不同的是，第一段硫化的压力为8MPa，得到硫化发泡橡胶，记为D7。

对比例8

按照实施例1组分和方法制备硫化发泡橡胶，不同的是，第一段硫化的压力为25MPa，得到硫化发泡橡胶，记为D8。

对比例9

按照实施例1组分和方法制备硫化发泡橡胶，不同的是，第一段硫化的时间为1min，得到硫化发泡橡胶，记为D9。

对比例10

按照实施例1组分和方法制备硫化发泡橡胶，不同的是，第一段硫化的时间为25min，得到硫化发泡橡胶，记为D10。

对比例11

按照实施例1组分和方法制备硫化发泡橡胶，不同的是，第二段硫化的压力为8MPa，得到硫化发泡橡胶，记为D11。

对比例12

按照实施例1组分和方法制备硫化发泡橡胶，不同的是，第二段硫化的压力为25MPa，得到硫化发泡橡胶，记为D12。

对比例13

按照实施例1组分和方法制备硫化发泡橡胶，不同的是，第二段硫化的温度为110℃，得到硫化发泡橡胶，记为D13。

对比例14

按照实施例1组分和方法制备硫化发泡橡胶，不同的是，第二段硫化的温度为220℃，得到硫化发泡橡胶，记为D14。

对比例15

按照实施例1组分和方法制备硫化发泡橡胶，不同的是，第二段硫化的时间为0.5min，得到硫化发泡橡胶，记为D15。

对比例16

按照实施例1组分和方法制备硫化发泡橡胶，不同的是，第二段硫化的时间为12min，得到硫化发泡橡胶，记为D16。

对比例17

按照实施例1组分和方法制备硫化发泡橡胶，不同的是，第三段硫化的压力为12MPa，得到硫化发泡橡胶，记为D17。

对比例18

按照实施例1组分和方法制备硫化发泡橡胶，不同的是，第三段硫化的温度为110℃，得到硫化发泡橡胶，记为D18。

对比例19

按照实施例1组分和方法制备硫化发泡橡胶，不同的是，第三段硫化的温度为220℃，得到硫化发泡橡胶，记为D19。

对比例20

按照实施例1组分和方法制备硫化发泡橡胶，不同的是，第三段硫化的时间为3min，得到硫化发泡橡胶，记为D20。

测试例

测试例用于说明硫化发泡橡胶性能的测试。

(1)硫化发泡橡胶的拉伸强度：按照GB/T528-2009中规定的方法通过万能拉力机对拉伸强度进行测试，其中，拉伸速率为500mm/min，测试温度为23℃，试样的有效部分长度为25mm，宽度为6mm。对于每组试样，进行至少3个平行实验，结果取中值，所得结果见表3。

(2)硫化橡胶的密度：

按照GB/T 533-2008中规定的方法通过密度天平对密度进行测试，试样质量不少于2.5g，对于每组试样，进行2个平行实验，结果取平均值，所得结果见表3。

(3)硫化橡胶断面孔泡结构分析：观察。

表3

从表3的结果可以看出，通过本发明提供的方法制备得到的硫化发泡橡胶在保证力学性能稳定适中的前提下，密度低，孔泡均一性好，机械强度适中；并且本发明提供的制备方法在各种不同的生胶和配合体系下具有普适性。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种硫化发泡橡胶的制备方法，该制备方法包括：

(1)将含有橡胶基体和硫化活化剂的组分A进行一段混炼，得到一段混炼胶；

(2)将一段混炼胶与含有硫化剂、硫化促进剂和发泡剂的组分B进行二段混炼，得到二段混炼胶；

(3)将二段混炼胶进行硫化；

其特征在于，所述硫化包括依次进行的三个阶段：第一阶段硫化的条件包括：硫化的温度为100-170℃，硫化的压力为10-20MPa，硫化的时间为2-20min；第二阶段硫化在保持第一阶段硫化的压力不变下进行，第二阶段硫化的温度高于第一阶段硫化的温度，第二阶段硫化的时间低于第一阶段硫化的时间；第三阶段硫化在保持第二阶段硫化的温度不变下进行，第三阶段硫化的压力低于第二阶段硫化的压力，第三阶段硫化的时间高于第二阶段硫化的时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，第二阶段硫化的条件包括：硫化的温度为130-200℃，硫化的压力为10-20MPa，硫化的时间为1-10min；第三阶段硫化的条件包括：硫化的温度为130-200℃，硫化的压力为2-10MPa，硫化的时间为5-30min。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，第一阶段硫化的条件包括：硫化的温度为120-150℃，硫化的压力为12-17MPa，硫化的时间为5-15min；第二阶段硫化的条件包括：硫化的温度为150-180℃，硫化的压力为12-17MPa，硫化的时间为2-8min；第三阶段硫化的条件包括：硫化的温度为150-180℃，硫化的压力为2-8MPa，硫化的时间为8-20min。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一段混炼的条件包括初始温度为60-80℃、混炼时间为3-5min，所述二段混炼的条件包括初始温度为50-60℃、混炼时间为3-4min。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，相对于100重量份的橡胶基体，所述硫化剂的用量为0.5-5重量份，优选为1-3重量份；所述硫化促进剂的用量为0.5-5重量份，优选为1-4重量份；所述硫化活化剂的用量为0.5-20重量份，优选为0.5-18重量份；所述发泡剂的用量为2-20重量份，优选为12-20重量份。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述橡胶基体为天然橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、异戊橡胶、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、乙烯-醋酸乙烯酯橡胶以及丁腈橡胶和聚氯乙烯共混物中的一种或多种，优选为丁苯橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶以及丁腈橡胶与聚氯乙烯共混物中的一种或多种；

优选地，所述硫化剂为硫磺、金属氧化物和有机过氧化物中的一种或多种，进一步优选地，所述金属氧化物为氧化镁和/或氧化锌，所述有机过氧化物为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰和过氧化氢叔丁基中的一种或多种；

优选地，所述硫化促进剂为次磺酰胺类促进剂、噻唑类促进剂、秋兰姆类促进剂、二硫代氨基甲酸盐类促进剂、胍类促进剂、醛胺类促进剂、烯丙酯类促进剂和马来酰亚胺类促进剂中的至少一种；

优选地，所述硫化活化剂为硬脂酸和/或氧化锌；

优选地，所述发泡剂为碳酸氢钠、碳酸氢铵、偶氮二甲酰胺和N,N’-二亚硝基五亚甲基四胺中的至少一种。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，所述组分A还含有补强剂，所述补强剂为炭黑、白炭黑、陶土、碳酸镁、滑石粉、碳酸钙、石墨烯和碳纳米管中的一种或多种；

优选地，相对于100重量份的橡胶基体，所述补强剂的含量为5-50重量份，更优选为20-50重量份。

8.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，所述组分A还含有防老剂，所述防老剂为喹啉类防老剂、对苯二胺类防老剂、萘胺类防老剂和咪唑类防老剂中的一种或多种；优选地，所述喹啉类防老剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉和6-十二烷基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉中的至少一种，所述对苯二胺类防老剂为4,4'-二辛基二苯胺、N-异丙苯基-N’-苯基对苯二胺和N,N’-二苯基对苯二胺中的至少一种，所述萘胺类防老剂为N-苯基-2-萘胺；所述咪唑类防老剂为2-巯基苯并咪唑；

进一步优选地，相对于100重量份的橡胶基体，所述防老剂的含量为1-7重量份，更优选为4-7重量份。

9.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，所述组分A还含有增塑剂，所述增塑剂为石油系增塑剂、煤焦油系增塑剂、脂肪油系增塑剂、松油系增塑剂和合成增塑剂中的一种或多种，优选地，所述增塑剂为环烷油、芳烃油、歧化松香、古马隆树脂、硬脂酸、硬脂酸盐、邻苯二甲酸酯、磷酸酯和脂肪二元酸酯中的一种或多种，

优选地，相对于100重量份的橡胶基体，所述增塑剂的含量为0.5-40重量份，优选为0.5-30重量份。

10.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，所述组分B还含有助发泡剂，所述助发泡剂为硬脂酸、草酸、水杨酸、尿素、缩二脲、乙醇胺、氧化锌和硼砂中的至少一种；

优选地，相对于100重量份的橡胶基体，所述助发泡剂的含量为0.5-20重量份，更优选为0.5-18重量份。

11.由权利要求1-10中任意一项所述的方法制备得到的硫化发泡橡胶。

12.根据权利要求11所述的硫化发泡橡胶，其中，硫化发泡橡胶的密度为0.025-0.036g/cm³。