CN111172762B - 一种纤维表面处理的纳米强化环保浸渍体系及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纤维表面处理的纳米强化环保浸渍体系及其制备方法。所述纳米强化环保浸渍体系包括去离子水100份、环氧树脂4～10份、固化剂0.2～1份、纳米填料0.5～15份和橡胶胶乳50～100份。本发明所用纳米填料均为水分散性，浸胶液在室温条件下长期放置粘度不会大幅增加，利于浸胶液的长期存放及运输。本发明方法的浸胶液制备工艺简单，利于工业化的生产，并且粘合性能较原有环氧体系浸胶液有大幅提高，能够更加接近RFL浸胶方法，利于将其替代。

Description

一种纤维表面处理的纳米强化环保浸渍体系及其制备方法
技术领域
本发明涉及纤维浸胶技术领域，具体地说，是涉及一种纤维表面处理的纳米强化环保浸渍体系及其制备方法。
背景技术
目前，纤维橡胶复合材料广泛用于高速高载汽车/飞机轮胎、抗高压特种胶管和高强力特种橡胶输送带等。据中国橡胶工业协会统计，橡胶工业纤维骨架材料每年用量近300万吨，其中合成纤维约占30％且逐年增加。但是，因为其使用条件苛刻，纤维/橡胶界面的粘合性能成为了关键问题。在橡胶工业中，纤维和橡胶最常用的粘合方法是间苯二酚-甲醛-胶乳(RFL)浸渍法，这种方法已经使用了六十多年，并且具有优异的粘合效果。但该方法使用的间苯二酚对人体肝脏和心血管都有毒害作用，而甲醛比间苯二酚对人体的健康和安全有更大的危害，早在2004年，世界健康组织的国际癌症研究机构(IARC)就将其列为致癌物质。根据欧盟的规定，将从2019年可能正式开始在轮胎生产中禁止使用甲醛和间苯二酚。
针对这一问题，目前已有不少关于纤维表面绿色化处理的研究，利用环保型的浸胶体系去代替原有的RFL浸胶体系。CN102634986采用多巴胺盐酸盐仿生修饰的方法对纤维表面活化后，再用胶乳与酚醛树脂组成的浸胶液进行浸胶处理，但是多巴胺的价格十分昂贵。US2003198794两步浸胶用的活化剂是封闭异氰酸酯，具有毒性大、热处理温度过高等缺陷。US4933236采用纺丝后处理用聚环氧数字等进行涂覆，这种方法造成帘线变硬卷绕困难等缺陷。目前这些浸胶方法都存在着粘合性能不够强的缺陷，无法达到原有RFL浸胶方法的粘合效果。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，提出一种纤维表面处理的纳米强化环保浸渍体系来提高浸胶液的粘合效果。其原理在于纤维和橡胶之间的模量和极性差异很大，在浸胶液中添加填料能够起到在纤维与橡胶之间起到模量过渡的作用，从而提高纤维、橡胶之间粘合性能。
本发明的目的之一是提供一种纤维表面处理的纳米强化环保浸渍体系，由包括以下组分的原料制备得到，以重量份计：
Figure BDA0001863209170000021
所述环氧树脂选自本领域常用的环氧树脂，优选为双酚A型环氧树脂、环氧化线性酚醛树脂、乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、1，2-丙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚、二缩水甘油醚、丙三醇缩水甘油醚、三羟甲基丙烷缩水甘油醚、四酚基乙烷四缩水甘油醚环氧树脂、间苯二酚双缩水甘油醚型环氧树脂或双间苯二酚缩甲醛四缩水甘油醚中的至少一种。
所述纳米填料优选自凹凸棒土、针状硅酸盐、氧化石墨烯、粘土、纳米纤维素中的至少一种。
所述橡胶胶乳的固含量优选为20％～40％。所述橡胶胶乳优选自丁吡胶乳、丁苯胶乳、丁苯吡胶乳、氯丁胶乳或丁腈胶乳中的至少一种。
所述固化剂优选为咪唑类固化剂和/或胺类固化剂。咪唑类固化剂具体优选为：2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-十一烷基咪唑、2-十七烷基咪唑、2-苯基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、1-氰乙基-2-甲基咪唑、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑或1-氰乙基-2-十一烷基咪唑中的至少一种；胺类固化剂具体优选为二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺中的至少一种。
所述纤维优选为棉纤维帘线、尼龙帘线、聚酰胺帘线、聚酯帘线、芳纶帘线、超高分子量聚乙烯纤维帘线中的一种或两种以上帘线的混编帘线。
本发明的浸胶液配方简单，可以较大提高粘合性能，但是对纤维帘线强度的影响很小，有利于扩大环氧体系浸胶液的应用领域。一方面本发明的工艺流程简单，不会增加浸胶工艺所花费的时间；另一方面该浸胶液可以在室温下较长时间保存，有利于工业储存和应用。本发明所采用的纳米填料都是水分散性的，在胶乳中分散性好、稳定性高，是提高原有环氧体系浸胶液粘合性能的有效且简单方法。
本发明的目的之二是提供一种纤维表面处理的纳米强化环保浸渍体系的制备方法，包括以下步骤：
将所述量的环氧树脂、固化剂加入离子水中搅拌，得到均匀的反应液，加入纳米填料搅拌，然后加入橡胶胶乳，搅拌即得到所述纳米强化环保浸渍体系。
优选的，所述制备方法包括：环氧树脂、固化剂加入去离子水中搅拌0.5～2h，得到均匀的反应液；加入纳米填料，搅拌0.5～3h；然后加橡胶胶乳，继续搅拌3～15h，即得到所述纳米强化环保浸渍体系。
本发明的纳米强化环保浸渍体系浸渍纤维帘线的方法可采用本领域常用的方法，优选采用以下工艺进行浸渍：
将纤维织物置于纳米强化环保浸渍体系中进行浸胶，在室温下浸渍1～10min；然后将浸过胶的帘线置于120～240℃的烘箱中干燥1～15min、固化1～15min，使浸胶液附着在纤维织物表面，即得浸胶纤维织物。
本发明的优势和特点：
1、本发明的浸胶液配方简单，原材料价格低廉，粘合性能提高较大，但是对纤维帘线的强度影响很小，可以提高原环氧体系浸胶液的使用价值。
2、本发明所添加的纳米填料均为水溶性，浸胶液的组份较为稳定，在室温条件下长期放置粘度不会大幅增加，利于胶液的长期储存及运输。
3、本发明的浸胶液制备和纤维浸渍工艺简单，只需要在原有的工艺条件下添加纳米填料，有利于工业化的生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的阐述，本发明的范围不以具体实施方式为限制，而是由权利要求书的范围加以限定。本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修饰或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。
本发明实施例所选用橡胶胶乳购于江苏亚泰化工有限公司(橡胶胶乳的固含量为20％～40％)；其它原料均为市售所得。
实施例1
一种纤维表面处理的纳米强化环保浸渍体系，配方比例按重量份计如下：去离子水100份，丙三醇缩水甘油醚4份，1，4-丁二醇二缩水甘油醚1.5份，2-乙基-4-甲基咪唑0.4份，纳米填料3份(凹凸棒土1份、粘土2份)，胶乳80份，其中丁腈胶乳20份、丁吡胶乳60份。
浸胶液的制备：将4份丙三醇缩水甘油醚，1.5份1，4-丁二醇二缩水甘油醚，0.4份2-乙基-4-甲基咪唑加入到100份去离子水中搅拌1h，得到均匀的反应液；加入凹凸棒土1份、粘土2份，搅拌1h；然后加入80份胶乳(丁腈胶乳20份、丁吡胶乳60份)，继续搅拌10h，即得到所述添加了纳米填料的环氧体系浸胶液。
浸胶处理：将纤维织物置于纤维织物浸胶液中进行浸胶，在室温下浸渍3min；然后将浸过胶的帘线置于100℃的烘箱中干燥10min、在220℃下固化5min，使浸胶液附着在纤维织物表面，即得浸胶纤维织物。
抽出试验样条制备：参考标准GB/T9101-2002，将标准胶(平顶山神马帘子布发展有限公司提供)完全包覆在浸胶帘线上，制备抽出式样，最后将其放在平板硫化机上进行硫化，硫化温度为136℃，硫化压力为15MPa，硫化时间为50min。
实施例2
一种纤维表面处理的纳米强化环保浸渍体系，配方比例按重量份计如下：去离子水100份，丙三醇缩水甘油醚5份，双酚A型环氧树脂4份，2-乙基-4-甲基咪唑0.4份，纳米填料5份(针状硅酸盐)，胶乳60份，其中丁腈胶乳20份、丁吡胶乳40份。
浸胶液的制备：将5份丙三醇缩水甘油醚，4份双酚A型环氧树脂，0.4份2-乙基-4-甲基咪唑加入到100份去离子水中搅拌1h，得到均匀的反应液；加入5份针状硅酸盐，搅拌1h；然后加入60份胶乳(丁腈胶乳20份、丁吡胶乳40份)，继续搅拌10h，即得到所述添加了纳米填料的环氧体系浸胶液。
浸胶处理：将纤维织物置于纤维织物浸胶液中进行浸胶，在室温下浸渍2min；然后将浸过胶的帘线置于120℃的烘箱中干燥8min、在210℃下固化8min，使浸胶液附着在纤维织物表面，即得浸胶纤维织物。
抽出试验样条制备：参考标准GB/T9101-2002，将标准胶(平顶山神马帘子布发展有限公司提供)完全包覆在浸胶帘线上，制备抽出式样，最后将其放在平板硫化机上进行硫化，硫化温度为136℃，硫化压力为15MPa，硫化时间为50min。
实施例3
一种纤维表面处理的纳米强化环保浸渍体系，配方比例按重量份计如下：去离子水100份，双酚A型环氧树脂4份，1，4-丁二醇二缩水甘油醚3份，2-乙基-4-甲基咪唑0.4份，纳米填料10份(针状硅酸盐5份，氧化石墨烯5份)，胶乳100份，其中丁腈胶乳40份、丁吡胶乳60份。
浸胶液的制备：将4份双酚A型环氧树脂，3份1，4-丁二醇二缩水甘油醚，0.4份2-乙基-4-甲基咪唑加入到100份去离子水中搅拌1h，得到均匀的反应液；加入5份针状硅酸盐和5份氧化石墨烯，搅拌2h；然后加入100份胶乳(丁腈胶乳40份、丁吡胶乳60份)，继续搅拌12h，即得到所述添加了纳米填料的环氧体系浸胶液。
浸胶处理：将纤维织物置于纤维织物浸胶液中进行浸胶，在室温下浸渍3min；然后将浸过胶的帘线置于130℃的烘箱中干燥6min、在230℃下固化6min，使浸胶液附着在纤维织物表面，即得浸胶纤维织物。
抽出试验样条制备：参考标准GB/T9101-2002，将标准胶(平顶山神马帘子布发展有限公司提供)完全包覆在浸胶帘线上，制备抽出式样，最后将其放在平板硫化机上进行硫化，硫化温度为136℃，硫化压力为15MPa，硫化时间为50min。
对比例1
对比试验1为不加入填料改性的环氧体系浸胶液，配方比例按重量份计如下：去离子水100份，丙三醇缩水甘油醚4份，1，4-丁二醇二缩水甘油醚1.5份，2-乙基-4-甲基咪唑0.4份，胶乳80份，其中丁腈胶乳20份、丁吡胶乳60份。
浸胶液的制备：将4份丙三醇缩水甘油醚，1.5份1，4-丁二醇二缩水甘油醚，0.4份2-乙基-4-甲基咪唑加入到100份去离子水中搅拌1h，得到均匀的反应液；然后加入80份胶乳(丁腈胶乳20份、丁吡胶乳60份)，继续搅拌12h，即得到环氧体系浸胶液。
浸胶处理：将纤维织物置于纤维织物浸胶液中进行浸胶，在室温下浸渍3min；然后将浸过胶的帘线置于130℃的烘箱中干燥6min、在230℃下固化6min，使浸胶液附着在纤维织物表面，即得浸胶纤维织物。
抽出试验样条制备：参考标准GB/T9101-2002，将标准胶(平顶山神马帘子布发展有限公司提供)完全包覆在浸胶帘线上，制备抽出式样，最后将其放在平板硫化机上进行硫化，硫化温度为136℃，硫化压力为15MPa，硫化时间为50min。
对比例2
对比试验2为传统RFL浸胶液。
浸胶处理：取传统RFL浸胶体系浸渍过的纤维帘线直接使用，无需浸胶。
抽出试验样条制备：参考标准GB/T9101-2002，将标准胶(平顶山神马帘子布发展有限公司提供)完全包覆在浸胶帘线上，制备抽出式样，最后将其放在平板硫化机上进行硫化，硫化温度为136℃，硫化压力为15MPa，硫化时间为50min。
上述使用设备均为常规生产设备。
表1：本发明实施例及对比实施例所得试样的粘合性能对比
Figure BDA0001863209170000071
本发明实施例的材料制备与测试方法：主要是根据GB/T9101-2002国家标准的规定制备H抽出试样，按照GB/T 2942-2009国家标准的规定测试H抽出力粘合性能及帘线拉断强度。
从上表数据可以看出，本发明通过添加纳米填料的方法来强化环氧体系浸胶液，使其粘合效果更好。虽然在浸胶液中加入了纳米填料，但是由于填料的分散性好，对于帘线的拉断强度并没有产生很大的影响，并且该方法制备过程简单，不会增加原有环氧体系浸胶液的制备时间，不会影响到生产效率。
综上所述，本发明与原有的环氧浸胶体系相比，通过添加纳米填料的方法强化了环氧体系浸胶液，显著地提高了纤维与橡胶基体的粘合性能，并且没有影响到纤维本身的强度，解决了环保型的浸胶体系粘合性能不够高的缺陷，利于环保型的浸胶液能够满足更加苛刻的使用环境，从而能够替代有毒有害的RFL浸胶液。

Claims (8)

1.一种纤维表面处理的纳米强化环保浸渍体系，其特征在于所述浸渍体系是由包含以下组分的原料制备得到，以重量份计：
去离子水 100份；
环氧树脂 4~10份；
固化剂 0.2~1份；
纳米填料 0.5~15份；
橡胶胶乳 50~100份；
所述纳米填料为针状硅酸盐；或凹凸棒土和粘土；或针状硅酸盐和氧化石墨烯。
2.根据权利要求1所述的纳米强化环保浸渍体系，其特征在于所述浸渍体系是由包含以下组分的原料制备得到，以重量份计：
去离子水 100份；
环氧树脂 5~8份；
固化剂 0.4~0.8份；
纳米填料 3~10份；
橡胶胶乳 70~90份。
3.根据权利要求1或2所述的纳米强化环保浸渍体系，其特征在于：
所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、环氧化线性酚醛树脂、乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、1，2-丙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚、二缩水甘油醚、 丙三醇缩水甘油醚、三羟甲基丙烷缩水甘油醚、四酚基乙烷四缩水甘油醚环氧树脂、间苯二酚双缩水甘油醚型环氧树脂、双间苯二酚缩甲醛四缩水甘油醚中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的纳米强化环保浸渍体系，其特征在于：
所述橡胶胶乳的固含量为20%～40%，所述橡胶胶乳选自丁吡胶乳、丁苯胶乳、丁苯吡胶乳、氯丁胶乳、丁腈胶乳中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的纳米强化环保浸渍体系，其特征在于：
所述固化剂为咪唑类固化剂和/或胺类固化剂。
6.根据权利要求5所述的纳米强化环保浸渍体系，其特征在于：
所述咪唑类固化剂选自2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-十一烷基咪唑、2-十七烷基咪唑、2-苯基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、1-氰乙基-2-甲基咪唑、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰乙基-2-十一烷基咪唑中的至少一种；所述胺类固化剂选自二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的至少一种。
7.根据权利要求1或2所述的纳米强化环保浸渍体系，其特征在于：
所述纤维为棉纤维帘线、尼龙帘线、聚酯帘线、芳纶帘线、超高分子量聚乙烯纤维帘线中的一种或两种以上帘线的混编帘线。
8.一种根据权利要求1~7之任一项所述的纤维表面处理的纳米强化环保浸渍体系的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
将所述量的环氧树脂、固化剂加入去离子水中搅拌，得到均匀的反应液，加入纳米填料搅拌，然后加入橡胶胶乳，搅拌即得到所述纳米强化环保浸渍体系。
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