CN110128717A - 丁腈橡胶复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

丁腈橡胶复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种丁腈橡胶复合材料及其制备方法和应用。以质量份数计，该丁腈橡胶复合材料的原料包括5份～50份的粉煤灰、1份～3份的单宁酸及100份的丁腈橡胶。上述丁腈橡胶复合材料具有优异的力学性能。

Description

丁腈橡胶复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及橡胶材料技术领域，特别是涉及一种丁腈橡胶复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
目前，我国处理粉煤灰的方法主要是将粉煤灰用于建筑材料、筑路、塌陷区回填等。这些方法虽然能够解决部分粉煤灰的处理问题，但附加值较低，并且有二次污染的危险。
随着高分子材料的填充技术发展，利用粉煤灰作为高分子材料的补强填料，既能够扩展粉煤灰的应用范围，同时能够降低高分子产品的价格，提高产品的市场竞争力。填充粉煤灰后的复合材料成本虽降低，但力学性能一般较差。
发明内容
基于此，有必要提供一种力学性能较好的丁腈橡胶复合材料。
一种丁腈橡胶复合材料，以质量份数计，所述丁腈橡胶复合材料的原料包括5份～50份的粉煤灰、1份～3份的单宁酸及100份的丁腈橡胶。
上述丁腈橡胶复合材料包括粉煤灰、丁腈橡胶及单宁酸，通过单宁酸的酚羟基与粉煤灰中的金属氧化物的相互作用，从而提高了粉煤灰与丁腈橡胶基体的界面粘结作用，进而提高丁腈橡胶复合材料的力学性能。
在其中一个实施例中，制备所述丁腈橡胶复合材料的原料还包括促进剂。
在其中一个实施例中，所述促进剂选自N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺及二硫化四甲基秋兰姆中的至少一种。
在其中一个实施例中，制备所述丁腈橡胶复合材料的原料还包括交联剂。
在其中一个实施例中，所述交联剂为硫黄。
在其中一个实施例中，所述单宁酸与所述粉煤灰的质量比为1:5～50。
一种丁腈橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将单宁酸与粉煤灰混和后进行加热处理，得到单宁酸改性粉煤灰，其中，以质量份数计，所述单宁酸的份数为1份～3份，所述粉煤灰的份数为5份～50份；及
将所述单宁酸改性粉煤灰与100份的丁腈橡胶硫化成型，得到所述丁腈橡胶复合材料。
在其中一个实施例中，所述加热处理的条件为：60℃～120℃，1小时～6小时。
在其中一个实施例中，所将所述单宁酸改性粉煤灰与100份的丁腈橡胶硫化成型的步骤包括：
将所述单宁酸改性粉煤灰、所述丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、促进剂及硫黄混炼，然后硫化成型。
上述丁腈橡胶复合材料在制备橡胶制品中的应用。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本发明公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
一实施方式的丁腈橡胶复合材料，以质量份数计，丁腈橡胶复合材料的原料包括5份～50份的粉煤灰、1份～3份的单宁酸及100份的丁腈橡胶。
目前，粉煤灰应用于高分子复合材料时的主要改性方法是通过硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂改性粉煤灰粒子表面，从提高粉煤灰与高分子材料的相容性。但由于粉煤灰表面基本上羟基含量较少，从而导致偶联剂改性的粉煤灰作为高分子材料的补强填料时补强效果不好，得到的高分子复合材料的力学性能不佳。相比硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂，上述改性剂均含有酚羟基，通过单宁酸的酚羟基与粉煤灰中的金属氧化物较强的相互作用，从而提高粉煤灰与丁腈橡胶基体的界面粘结作用，进而使丁腈橡胶复合材料具有较好的力学性能。
在其中一个实施例中，粉煤灰的质量份数为10份～50份。进一步地，粉煤灰的质量份数为15份、20份、25份、30份或35份。
在其中一个实施例中，单宁酸的质量份数为1.5份、2份、份或2.5份。
在其中一个实施例中，单宁酸与粉煤灰的质量比为1:5～50。进一步地，单宁酸与粉煤灰的质量比为1:5～40。更进一步地，单宁酸与粉煤灰的质量比为1:10～35。
在其中一个实施例中，以质量份数计，上述丁腈橡胶复合材料的原料还包括1份～3份的促进剂。进一步地，促进剂的质量份数为1份～2份。促进剂选自N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺(简称CBS)及二硫化四甲基秋兰姆(简称TMTD)中的至少一种。进一步地，硫化活性剂选自N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺及二硫化四甲基秋兰姆中的一种。
在其中一个实施例中，以质量份数计，上述丁腈橡胶复合材料的原料还包括1份～3份的交联剂。进一步地，交联剂的质量份数为1.5份～3份。交联剂为硫磺。可以理解的是，交联剂还可以采用本领域常用的其他交联剂。
上述丁腈橡胶复合材料包括粉煤灰、单宁酸及丁腈橡胶，通过粉煤灰、单宁酸及丁腈橡胶相互配合，能够使得改性剂中的羟基与粉煤灰中的金属氧化物相互作用，提高粉煤灰与丁腈橡胶基体的界面粘结作用，进而提高复合材料的力学性能。
上述丁腈橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S110、将改性剂与粉煤灰混和后进行加热处理，得到单宁酸改性粉煤灰。
在其中一个实施例中，加热处理的条件为：60℃～120℃，1小时～6小时。进一步地，加热处温度为60℃、80℃、100℃或120℃。加热时间为6小时、4小时、2小时或1小时。
步骤S130、将单宁酸改性粉煤灰与丁腈橡胶硫化成型，得到丁腈橡胶复合材料。
具体地，将单宁酸改性粉煤灰与丁腈橡胶、促进剂及交联剂混炼，得到生胶；然后将生胶硫化成型，得到丁腈橡胶复合材料。其中，丁腈橡胶的用量如前述；促进剂和交联剂的种类及用量如前述。可以理解的是，单宁酸改性粉煤灰需要冷却之后与丁腈橡胶混合。
上述丁腈橡胶复合材料的制备方法简捷，利用工业化生产。
上述丁腈橡胶复合材料在制备橡胶制品中的应用。
例如，橡胶制品为胶管、输送带、密封件、阻尼部件、胶辊或胶鞋。
由于上述丁腈橡胶复合材料具有良好的力学性能，使得采用上述丁腈橡胶复合材料作为原料制备得到的橡胶制品也具有较好的力学性能。
具体实施例
以下结合具体实施例进行详细说明。实施例中采用药物和仪器如非特别说明，均为本领域常规选择。实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规条件，例如文献、书本中所述的条件或者生产厂家推荐的方法实现。除非特别说明，本发明所用试剂和材料均为市购。
实施例1
(1)将5kg粉煤灰与1kg单宁酸共混，在60℃下放置6小时，得到单宁酸改性粉煤灰，冷却待用。
(2)在炼胶机中薄通100kg丁腈橡胶3次，然后加入6kg步骤(1)得到的单宁酸改性粉煤灰、1kg氧化锌、1kg硬脂酸、促进剂CBS 2kg、促进剂TMTD1kg及硫黄1.5kg混炼均匀，最后硫化成型，得到实施例1的丁腈橡胶复合材料。
实施例2
(1)将10kg粉煤灰与1kg单宁酸共混，在80℃下放置4小时，得到单宁酸改性粉煤灰，冷却待用。
(2)在炼胶机中薄通100kg丁腈橡胶3次，加入11kg步骤(1)得到的单宁酸改性粉煤灰、1kg氧化锌、1kg硬脂酸、促进剂CBS 2kg、促进剂TMTD 1kg及硫黄1.5kg混炼均匀；最后硫化成型，得到实施例2的丁腈橡胶复合材料。
实施例3
(1)将30kg粉煤灰与1kg单宁酸共混，在100℃下放置2小时，得到单宁酸改性粉煤灰，冷却待用。
(2)在炼胶机中薄通100kg丁腈橡胶3次，加入31kg步骤(1)得到的单宁酸改性粉煤灰、1kg氧化锌、1kg硬脂酸、促进剂CBS 2kg、促进剂TMTD1kg及硫黄1.5kg混炼均匀；最后硫化成型，得到实施例3的丁腈橡胶复合材料。
实施例4
(1)将50kg粉煤灰与1kg单宁酸共混，在120℃下放置1小时，冷却待用。
(2)在炼胶机中薄通100kg丁腈橡胶3次，加入51kg步骤(1)得到的单宁酸改性粉煤灰、1kg氧化锌、1kg硬脂酸、促进剂CBS 2kg、促进剂TMTD 1kg、硫黄1.5kg混炼均匀；最后硫化成型，得到实施例4的丁腈橡胶复合材料。
对比例1
本对比例的丁腈橡胶复合材料的制备方法同实施例3，不同之处在于，本对比例中的热处理温度为25℃。
对比例2
本对比例的丁腈橡胶复合材料的制备方法同实施例3，不同之处在于，本对比例中的热处理温度为125℃。
对比例3
本对比例的丁腈橡胶复合材料的制备方法同实施例3，不同之处在于，本对比例中的热处理时间为0.5h。
对比例4
本对比例的丁腈橡胶复合材料的制备方法同实施例3，不同之处在于，本对比例中的热处理时间为6.5h。
对比例5
本对比例选用市售的丁腈橡胶材料作对照。
对比例6
本对比例的丁腈橡胶复合材料的制备方法同实施例1，不同之处在于，本对比例中的粉煤灰为2Kg。
对比例7
本对比例的丁腈橡胶复合材料的制备方法同实施例2，不同之处在于，本对比例中的改性剂为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物。
测试：
对上述各实施例和对比例制备得到的丁腈橡胶复合材料的力学性能进行测试，测试方法为国标ISO/DIS37-1994，测试结果见下表1。
表1
由表1可知，实施例1～4的丁腈橡胶复合材料的力学性能整体优于对比例1～7。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种丁腈橡胶复合材料，其特征在于，以质量份数计，制备所述丁腈橡胶复合材料的原料包括5份～50份的粉煤灰、100份的丁腈橡胶及1份～3份的单宁酸。
2.根据权利要求1所述的丁腈橡胶复合材料，其特征在于，制备所述丁腈橡胶复合材料的原料还包括促进剂。
3.根据权利要求2所述的丁腈橡胶复合材料，其特征在于，所述促进剂选自N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺及二硫化四甲基秋兰姆中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的丁腈橡胶复合材料，其特征在于，制备所述丁腈橡胶复合材料的原料还包括交联剂。
5.根据权利要求4所述的丁腈橡胶复合材料，其特征在于，所述交联剂为硫黄。
6.根据权利要求1～5任一项所述的丁腈橡胶复合材料，其特征在于，所述单宁酸与所述粉煤灰的质量比为1:5～50。
7.一种丁腈橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将单宁酸与粉煤灰混和后进行加热处理，得到单宁酸改性粉煤灰，其中，以质量份数计，所述单宁酸的份数为1份～3份，所述粉煤灰的份数为5份～50份；及
将所述单宁酸改性粉煤灰与100份的丁腈橡胶硫化成型，得到所述丁腈橡胶复合材料。
8.根据权利要求7所述的丁腈橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述加热处理的条件为：60℃～120℃，1小时～6小时。
9.根据权利要求7所述的丁腈橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，所将所述单宁酸改性粉煤灰与100份的丁腈橡胶硫化成型的步骤包括：
将所述单宁酸改性粉煤灰、所述丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、促进剂及硫黄混炼，然后硫化成型。
10.权利要求1～6任一项所述的丁腈橡胶复合材料或权利要求7～9任一项所述的丁腈橡胶复合材料的制备方法制备得到的丁腈橡胶复合材料在制备橡胶制品中的应用。
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