CN110511456A - 一种有机化改性纳米CaCO3增强橡胶的制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机化改性纳米CaCO3增强橡胶的制造工艺，有机化改性纳米CaCO3增强橡胶的制造工艺包括塑炼、混炼后和挤出成型；备料：粉末丁腈橡胶40‑80、聚氯乙烯20‑40、纳米碳酸钙25‑75、聚合树脂40‑50、硫磺、防老剂、硬脂酸等材料；聚氯乙烯20‑40的改性：粉末丁腈橡胶用于聚氯乙烯20‑40的改性，粉末丁腈橡胶因分子中带有腈基而具有较好的耐油、耐溶剂和耐热性能，NBR种类中，随着丙烯腈质量分数增加，本发明一种有机化改性纳米CaCO3增强橡胶的制造工艺，采用硼酸酯偶联剂对纳米CaCO3进行增强改性后，将其填充进PNBR中，并以PNBR为界面改性剂，采用动态硫化法与PVC共挤出制备了PVC/PNBR/nano‑CaCO3热塑性弹性体，制备出的橡胶产品具有力学性能优异、易加工、抗老化性能好。
Description
技术领域
本发明涉及一种橡胶的制造工艺，特别涉及一种有机化改性纳米CaCO3增强橡胶的制造工艺。
背景技术
在聚合物中填充无机填料改善材料力学性能的研究已有几十年的历史。但大部分无机填料的加入对聚合物性能的提高并不明显，主要是起到降低成本的作用。纳米粒子的表面界面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应以及与聚合物密度小、耐腐蚀、易加工等优良特性结合，便呈现出不同于常规聚合物复合材料的性能。纳米粒子的介入不仅改善了聚合物的强度、刚性、韧性，而且还有利于提高聚合物的透光性、阻隔性、耐热性、导电性、杀菌防霉性、吸波性、防紫外性等。纳米是最早开发的无机纳米材料之一，现已实现大规模的工业化生产，为最廉价的纳米材料。由于其优异的性能，已被广泛应用在塑料、涂料、橡胶、油漆、造纸、油墨等领域，其优点有：粒子细，其平均粒径为40nm，是普通碳酸钙的粒径的数十分之一；比表面积大，比普通轻质碳酸钙大近8倍；粒子形状为立方体状，部分连接成链状，具有类结构性，与纺锤状的轻质碳酸钙和无规则状的重质碳酸钙不同；表面经过活化处理，活化度高，具有不同的功能和用途；白度较高，适宜做浅色的制品，pH值呈弱碱性，从而使得近年来聚合物/纳米碳酸钙复合材料成为了一个研究热点。但是纳米碳酸钙由于粒径小表面能高，因而易于团聚且表面亲水疏油，表面性质与有机聚合物存在着很大差异，使二者结合不均匀，导致复合材料的结构存在很大缺陷，纳米材料的优势得不到应有的发挥。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有机化改性纳米CaCO3增强橡胶的制造工艺，以解决上述背景技术中提出的纳米碳酸钙由于粒径小表面能高，因而易于团聚且表面亲水疏油，表面性质与有机聚合物存在着很大差异，使二者结合不均匀，导致复合材料的结构存在很大缺陷，纳米材料的优势得不到应有的发挥的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种有机化改性纳米CaCO3增强橡胶的制造工艺，有机化改性纳米CaCO3增强橡胶的制造工艺包括塑炼、混炼后和挤出成型；
备料：粉末丁腈橡胶40-80、聚氯乙烯20-40、纳米碳酸钙25-75、聚合树脂40-50、硫磺、防老剂、硬脂酸等材料；
聚氯乙烯20-40的改性：粉末丁腈橡胶用于聚氯乙烯20-40的改性，粉末丁腈橡胶因分子中带有腈基而具有较好的耐油、耐溶剂和耐热性能，NBR种类中，随着丙烯腈质量分数增加，耐低温性能降低，脆性温度一般为-30℃，在冬季寒冷地区，最低温度可在-45℃左右，在进行改性时采用弹性体和纳米粒子复合填充PVC，可以在提高材料韧性的同时保持其强度和刚性；
纳米碳酸钙的改性：采用硼酸酯偶联剂对纳米CaCO3进行增强改性后；
硫磺的处理：通过硫磺专用粉碎机对硫磺进行持续粉碎，并将粉碎后的硫磺颗粒通过15-20目的筛网筛分，获得硫磺粉末；
塑炼：将改性后的聚氯乙烯、粉末丁腈橡胶40-80和纳米碳酸钙25-75 材料倒入开炼机内，进行充分的塑炼，塑炼的环境温度为40-60摄氏度，塑炼时长为25-35分钟；
混炼：将塑炼后的原料倒入混炼机内，然后倒入聚合树脂40-50、硫磺 15-20、防老剂和硬脂酸行混炼，混炼温度为230-280摄氏度，搅拌速率为35-45 转/分钟，混炼时间为14-18小时，得到改性后的橡胶；
挤压成型：将混炼步骤中的橡胶送入到挤压成型机中，使PVC采用动态硫化工艺共挤出的方式制备了PNBR/PVC/nano-CaCO3热塑性弹性体，改善了 PVC性脆、缺口冲击强度低、耐温性差、加工性能不良等缺点，拓宽了PVC在密封件领域的应用，且弹性体性能完全满足工业化应用。
作为本发明的一种优选技术方案，所述混炼步骤中的防老剂为N-苯基-2- 萘胺，硬脂酸为十八烷酸。
作为本发明的一种优选技术方案，所述挤压成型步骤中为了均匀分散橡胶粒子，提高PVC类弹性体的性能，把弹性体中的橡胶成分进行硫化交联，并通过剪切共混作用均匀地分散进PVC连续相中，从而制备出有机化改性纳米CaCO3增强PNBR/PVC热塑性弹性体。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明一种有机化改性纳米CaCO3增强橡胶的制造工艺，采用硼酸酯偶联剂对纳米CaCO3进行增强改性后，将其填充进PNBR中，并以PNBR为界面改性剂，采用动态硫化法与PVC共挤出制备了PVC/PNBR/nano-CaCO3热塑性弹性体，制备出的橡胶产品具有力学性能优异、易加工、抗老化性能好，可以广泛应用于建材、农业、轻工、电力、汽车、包装、医疗、公共事业、日常生活等领域，市场前景十分广阔。
下面将结合本发明实施例中记载的内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例，本发明提供了一种有机化改性纳米CaCO3增强橡胶的制造工艺，有机化改性纳米CaCO3增强橡胶的制造工艺包括塑炼、混炼后和挤出成型；
备料：粉末丁腈橡胶40-80、聚氯乙烯20-40、纳米碳酸钙25-75、聚合树脂40-50、硫磺、防老剂、硬脂酸等材料；
聚氯乙烯20-40的改性：粉末丁腈橡胶用于聚氯乙烯20-40的改性，粉末丁腈橡胶因分子中带有腈基而具有较好的耐油、耐溶剂和耐热性能，NBR种类中，随着丙烯腈质量分数增加，耐低温性能降低，脆性温度一般为-30℃，在冬季寒冷地区，最低温度可在-45℃左右，在进行改性时采用弹性体和纳米粒子复合填充PVC，可以在提高材料韧性的同时保持其强度和刚性；
纳米碳酸钙的改性：采用硼酸酯偶联剂对纳米CaCO3进行增强改性后；
硫磺的处理：通过硫磺专用粉碎机对硫磺进行持续粉碎，并将粉碎后的硫磺颗粒通过15-20目的筛网筛分，获得硫磺粉末；
塑炼：将改性后的聚氯乙烯、粉末丁腈橡胶40-80和纳米碳酸钙25-75 材料倒入开炼机内，进行充分的塑炼，塑炼的环境温度为40-60摄氏度，塑炼时长为25-35分钟；
混炼：将塑炼后的原料倒入混炼机内，然后倒入聚合树脂40-50、硫磺15-20、防老剂和硬脂酸行混炼，混炼温度为230-280摄氏度，搅拌速率为35-45 转/分钟，混炼时间为14-18小时，得到改性后的橡胶；
挤压成型：将混炼步骤中的橡胶送入到挤压成型机中，使PVC采用动态硫化工艺共挤出的方式制备了PNBR/PVC/nano-CaCO3热塑性弹性体，改善了 PVC性脆、缺口冲击强度低、耐温性差、加工性能不良等缺点，拓宽了PVC在密封件领域的应用，且弹性体性能完全满足工业化应用。
优选的，混炼步骤中的防老剂为N-苯基-2-萘胺，硬脂酸为十八烷酸；优选的，挤压成型步骤中为了均匀分散橡胶粒子，提高PVC类弹性体的性能，把弹性体中的橡胶成分进行硫化交联，并通过剪切共混作用均匀地分散进PVC 连续相中，从而制备出有机化改性纳米CaCO3增强PNBR/PVC热塑性弹性体。
具体使用时，本发明一种有机化改性纳米CaCO3增强橡胶的制造工艺，将改性后的聚氯乙烯、粉末丁腈橡胶40-80和纳米碳酸钙25-75材料倒入开炼机内，进行充分的塑炼后，再将塑炼后的原料倒入混炼机内，并倒入聚合树脂40-50、硫磺15-20、防老剂和硬脂酸行混炼，得到改性后的橡胶，改善了 PVC性脆、缺口冲击强度低、耐温性差、加工性能不良等缺点，提高PVC类弹性体材料韧性的同时保持其强度和刚性，拓宽了PVC在密封件领域的应用，且弹性体性能完全满足工业化应用。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种有机化改性纳米CaCO3增强橡胶的制造工艺，其特征在于，
有机化改性纳米CaCO3增强橡胶的制造工艺包括塑炼、混炼后和挤出成型；
备料：粉末丁腈橡胶40-80、聚氯乙烯20-40、纳米碳酸钙25-75、聚合树脂40-50、硫磺、防老剂、硬脂酸等材料；
聚氯乙烯20-40的改性：粉末丁腈橡胶用于聚氯乙烯20-40的改性，粉末丁腈橡胶因分子中带有腈基而具有较好的耐油、耐溶剂和耐热性能，NBR种类中，随着丙烯腈质量分数增加，耐低温性能降低，脆性温度一般为-30℃，在冬季寒冷地区，最低温度可在-45℃左右，在进行改性时采用弹性体和纳米粒子复合填充PVC，可以在提高材料韧性的同时保持其强度和刚性；
纳米碳酸钙的改性：采用硼酸酯偶联剂对纳米CaCO3进行增强改性后；
硫磺的处理：通过硫磺专用粉碎机对硫磺进行持续粉碎，并将粉碎后的硫磺颗粒通过15-20目的筛网筛分，获得硫磺粉末；
塑炼：将改性后的聚氯乙烯、粉末丁腈橡胶40-80和纳米碳酸钙25-75材料倒入开炼机内，进行充分的塑炼，塑炼的环境温度为40-60摄氏度，塑炼时长为25-35分钟；
混炼：将塑炼后的原料倒入混炼机内，然后倒入聚合树脂40-50、硫磺15-20、防老剂和硬脂酸行混炼，混炼温度为230-280摄氏度，搅拌速率为35-45转/分钟，混炼时间为14-18小时，得到改性后的橡胶；
挤压成型：将混炼步骤中的橡胶送入到挤压成型机中，使PVC采用动态硫化工艺共挤出的方式制备了PNBR/PVC/nano-CaCO3热塑性弹性体，改善了PVC性脆、缺口冲击强度低、耐温性差、加工性能不良等缺点，拓宽了PVC在密封件领域的应用，且弹性体性能完全满足工业化应用。
2.根据权利要求1所述的一种有机化改性纳米CaCO3增强橡胶的制造工艺，其特征在于：所述混炼步骤中的防老剂为N-苯基-2-萘胺，硬脂酸为十八烷酸。
3.根据权利要求1所述的一种有机化改性纳米CaCO3增强橡胶的制造工艺，其特征在于：所述挤压成型步骤中为了均匀分散橡胶粒子，提高PVC类弹性体的性能，把弹性体中的橡胶成分进行硫化交联，并通过剪切共混作用均匀地分散进PVC连续相中，从而制备出有机化改性纳米CaCO3增强PNBR/PVC热塑性弹性体。
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