CN114702735A - 一种高强度橡胶 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种高强度橡胶，包括以下份数的原料：天然橡胶50‑60份，丁苯橡胶30‑40份，补强剂12‑16份，抑菌剂5‑7份，腰果酚3‑5份，硬脂酸2‑4份，硫化剂1‑3份、促进剂1‑3份。本申请通过向橡胶中添加补强剂，对橡胶具有补强作用，从而提高了橡胶的强度，再通过添加腰果酚，使得橡胶在高温烘干的过程中，腰果酚与天然橡胶分子链发生发应，提高了交联密度，从而进一步提高了橡胶的强度。
Description
技术领域
本申请涉及橡胶的技术领域，尤其是涉及一种高强度橡胶。
背景技术
橡胶行业是化学工业的重要组成部分，轮胎、胶管、胶带、胶辊、橡胶密封圈、胶布制品等橡胶制品被广泛的应用于汽车生产、飞机制造、原油输送、电子通讯、医院等国民经济的各个行业，已成为重要的基础产业之一，对于橡胶制品，如果强度不够，很容易一下就发生扯断。
基于上述问题，发明人认为有必要研发一种高强度的橡胶。
发明内容
为了提高橡胶的强度，本申请提供一种高强度橡胶，通过向橡胶中添加补强剂，对橡胶具有补强作用，从而提高了橡胶的强度，再通过添加腰果酚，使得橡胶在高温烘干的过程中，腰果酚与天然橡胶分子链发生发应，提高了交联密度，从而进一步提高了橡胶的强度。
本申请提供的一种高强度橡胶采用如下的技术方案：
一种高强度橡胶，包括以下份数的原料：天然橡胶50-60份，丁苯橡胶30-40份，补强剂12-16份，抑菌剂5-7份，腰果酚3-5份，硬脂酸2-4份，硫化剂1-3份、促进剂1-3份。
补强剂的加入，对橡胶具有补强作用，从而提高了橡胶的强度。在高温烘干的过程中，腰果酚与天然橡胶分子链发生发应，不仅提高了交联密度，而且引入了刚性基团苯环，提高了橡胶的强度。硫化剂的加入，使得橡胶线性分子结构通过硫化剂的“架桥”而变成立体网状结构，对橡胶的强度具有增强作用。促进剂加入橡胶中能促使硫化剂活化，使得硫化剂与橡胶分子的交联反应进度加快，不仅缩短了硫化时间，而且降低了硫化温度。
作为优选，所述补强剂采用如下步骤制备而成：
S1、将高岭土和乙酸钾混合后，进行干燥研磨，直至研磨均匀，并密封放置，然后用无水乙醇进行清洗，清洗完成后，进行离心分离，最后将离心产物进行真空干燥；
S2、将KH570加入乙醇水溶液中，搅拌、反应，得到混合物，将步骤S1制得的产物和混合物混合后，进行球磨直至球磨均匀，然后用无水乙醇洗涤、干燥、过滤，得到补强剂。
高岭土是以高岭石为主要矿物组成的粘性土，具有分散性、吸附、可塑性、烧结特殊性能，对橡胶具有补强作用；乙酸钾上醋酸根离子进入高岭土层间后，有足够的能量打断原高岭土层间的氢键，与层间内表面羟基通过一定作用相结合，从而提高了高岭土的分散性；KH570在高岭土表面形成较强的化学键，有效增加了高岭土与橡胶之间的相容性。
作为优选，所述高岭土、乙酸钾和和KH570的质量为1:(2.4-2.6):(0.3-0.5)。
将高岭土、乙酸钾和和KH570的质量比控制在上述范围内，有效提高了补强剂对橡胶的补强作用。
作为优选，所述乙醇水溶液的浓度为0.05-0.07g/L。
作为优选，所述抑菌剂采用如下步骤制备而成：
(1)将壳聚糖添加于水中，搅拌直至分散均匀，然后加入碳酸钙，搅拌均匀后加入马来酸酐，继续搅拌，直至混合均匀；
(2)向步骤(1)制备的混合物中加入氢氧化钾水溶液，调节pH值至9-11；
(3)向步骤(2)制备的的混合物中添加盐酸，调节pH值至大量絮状物沉淀析出，离心分离，然后用丙酮清洗沉淀物，真空干燥，静置16-18h，得到抗菌剂。
壳聚糖具有较好的抗菌活性，从而对细菌具有抑制作用；壳聚糖和马来酸酐混合使用，以便在壳聚糖上的羟基和氨基上引入羧基，从而使得壳聚糖具有一定的亲水性，有效提高了壳聚糖与橡胶之间的相容性；腰果酚上的羟基和壳聚糖上的羟基形成氢键，提高了壳聚糖在橡胶中的分散性。
作为优选，所述壳聚糖和马来酸酐的质量比为1:(0.4-0.6)。
将壳聚糖和马来酸酐的质量比控制在上述范围内，有效提高了抑菌剂对橡胶的抑菌作用。
作为优选，所述氢氧化钾水溶液的浓度为1.5-2.5mol/L。
作为优选，所述硫化剂为硫磺粉、氧化镁、四氧化三铅中的一种或两种。
作为优选，所述促进剂为二硫化二苯并噻唑、四甲基二硫化秋兰姆、二乙基二硫代氨基甲酸锌中的一种或两种。
作为优选，所述高强度的橡胶采用如下步骤制备而成：
A、将天然橡胶、丁苯橡胶加热软化后与补强剂、抑菌剂、腰果酚、硬脂酸、促进剂倒入预热好的密炼机中进行混炼；
B、将步骤A制备的混合物和硫化剂混合后倒入开炼机中，进行开炼，得到混炼胶；
C、将混炼胶放入模具中硫化成型，制得高强度橡胶。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.补强剂添加于橡胶中，有效提高了橡胶的强度。橡胶在高温烘干的过程中，腰果酚与天然橡胶分子链发生发应，提高了交联密度，从而提高了橡胶的强度。橡胶线性分子结构通过硫化剂的“架桥”而变成立体网状结构，对橡胶的强度具有增强作用。促进剂促使硫化剂活化，加快了硫化剂与橡胶分子的交联反应进度，具有缩短硫化时间和降低硫化温度的效果。
2.高岭土是以高岭石为主要矿物组成的粘性土，对橡胶具有补强作用；乙酸钾上醋酸根离子进入高岭土层间后，与层间内表面羟基通过一定作用相结合，从而提高了高岭土的分散性；硅烷偶联剂在高岭土表面形成较强的化学键，有效增加了高岭土与橡胶之间的相容性。
3.壳聚糖对细菌具有抑制作用，有效提高了橡胶的抑菌性能；壳聚糖和马来酸酐混合使用，使得壳聚糖具有一定的亲水性，有效提高了壳聚糖与橡胶之间的相容性；腰果酚上的羟基和壳聚糖上的羟基形成氢键，提高了壳聚糖在橡胶中的分散性。
具体实施方式
实施例1
补强剂包括以下原料：10g高岭土、24g乙酸钾、5gKH570。
补强剂采用如下步骤制备而成：
S1、将高岭土和乙酸钾混合后，在20℃进行干燥研磨，直至研磨均匀，在40℃下密封放置26h，然后用无水乙醇进行清洗，清洗完成后，进行离心分离，最后将离心产物进行在20℃真空干燥14h；
S2、将KH570加入200g的乙醇水溶液中，搅拌均匀后，在30℃下反应2.5h，得到混合物，将步骤S1制得的产物和混合物倒入球磨机中以250r/min球磨0.5h，然后用无水乙醇洗涤、干燥、过滤，得到补强剂。
其中乙醇水溶液的浓度为0.05g/L。
抑菌剂包括以下原料：壳聚糖10g，马来酸酐4g。
抑菌剂采用如下步骤制备而成：
(1)将壳聚糖添加于900g的水中，搅拌直至分散均匀，然后加入3g碳酸钙，搅拌均匀后加入马来酸酐，继续搅拌，直至混合均匀；
(2)向步骤(1)制备的混合物中加入氢氧化钾水溶液，调节pH值至9；
(3)向步骤(2)制备的的混合物中添加盐酸，调节pH值至大量絮状物沉淀析出，离心分离，然后用丙酮清洗沉淀物，真空干燥，静置16h，得到抗菌剂。
其中，氧化钾水溶液的浓度为1.5mol/L。
高强度橡胶包括以下原料：天然橡胶50g，丁苯橡胶30g，补强剂12g，抑菌剂5g，腰果酚3g，硬脂酸2g，硫化剂1g、促进剂1g。
高强度的橡胶采用如下步骤制备而成：
A、将天然橡胶、丁苯橡胶加热软化后与补强剂、抑菌剂、腰果酚、硬脂酸、促进剂倒入预热好的温度为80℃的密炼机中混炼7min，；
B、将步骤A制备的混合物和硫化剂混合后倒入开炼机中，于40℃下开炼7min，得到混炼胶；
C、将混炼胶放入模具中以硫化温度为150℃、硫化时间为320s进行硫化成型，制得高强度橡胶。
其中硫化剂为硫磺粉、氧化镁的混合物，促进剂为二硫化二苯并噻唑、四甲基二硫化秋兰姆的混合物。
实施例2
补强剂包括以下原料：10g高岭土、26g乙酸钾、3gKH570。
补强剂采用如下步骤制备而成：
S1、将高岭土和乙酸钾混合后，在30℃进行干燥研磨，直至研磨均匀，在60℃下密封放置22h，然后用无水乙醇进行清洗，清洗完成后，进行离心分离，最后将离心产物进行在24℃真空干燥10h；
S2、将KH570加入200g的乙醇水溶液中，搅拌均匀后，在50℃下反应1.5h，得到混合物，将步骤S1制得的产物和混合物倒入球磨机中以150r/min球磨1.5h，然后用无水乙醇洗涤、干燥、过滤，得到补强剂。
其中乙醇水溶液的浓度为0.07g/L。
抑菌剂包括以下原料：壳聚糖10g，马来酸酐6g。
抑菌剂采用如下步骤制备而成：
(1)将壳聚糖添加于900g的水中，搅拌直至分散均匀，然后加入3g碳酸钙，搅拌均匀后加入马来酸酐，继续搅拌，直至混合均匀；
(2)向步骤(1)制备的混合物中加入氢氧化钾水溶液，调节pH值至11；
(3)向步骤(2)制备的的混合物中添加盐酸，调节pH值至大量絮状物沉淀析出，离心分离，然后用丙酮清洗沉淀物，真空干燥，静置18h，得到抗菌剂。
其中，氧化钾水溶液的浓度为2.5mol/L。
高强度橡胶包括以下原料：天然橡胶60g，丁苯橡胶40g，补强剂16g，抑菌剂7g，腰果酚5g，硬脂酸4g，硫化剂3g、促进剂3g。
高强度的橡胶采用如下步骤制备而成：
A、将天然橡胶、丁苯橡胶加热软化后与补强剂、抑菌剂、腰果酚、硬脂酸、促进剂倒入预热好的温度为100℃的密炼机中混炼6min，；
B、将步骤A制备的混合物和硫化剂混合后倒入开炼机中，于80℃下开炼5min，得到混炼胶；
C、将混炼胶放入模具中以硫化温度为170℃、硫化时间为280s进行硫化成型，制得高强度橡胶。
其中硫化剂为氧化镁，促进剂为四甲基二硫化秋兰姆。
实施例3
补强剂包括以下原料：10g高岭土、25g乙酸钾、4gKH570。
补强剂采用如下步骤制备而成：
S1、将高岭土和乙酸钾混合后，在25℃进行干燥研磨，直至研磨均匀，在50℃下密封放置24h，然后用无水乙醇进行清洗，清洗完成后，进行离心分离，最后将离心产物进行在22℃真空干燥12h；
S2、将KH570加入200g的乙醇水溶液中，搅拌均匀后，在40℃下反应2h，得到混合物，将步骤S1制得的产物和混合物倒入球磨机中以200r/min球磨1h，然后用无水乙醇洗涤、干燥、过滤，得到补强剂。
其中乙醇水溶液的浓度为0.06g/L。
抑菌剂包括以下原料：壳聚糖10g，马来酸酐5g。
抑菌剂采用如下步骤制备而成：
(1)将壳聚糖添加于900g的水中，搅拌直至分散均匀，然后加入3g碳酸钙，搅拌均匀后加入马来酸酐，继续搅拌，直至混合均匀；
(2)向步骤(1)制备的混合物中加入氢氧化钾水溶液，调节pH值至10；
(3)向步骤(2)制备的的混合物中添加盐酸，调节pH值至大量絮状物沉淀析出，离心分离，然后用丙酮清洗沉淀物，真空干燥，静置17h，得到抗菌剂。
其中，氧化钾水溶液的浓度为2mol/L。
高强度橡胶包括以下原料：天然橡胶55g，丁苯橡胶35g，补强剂14g，抑菌剂6g，腰果酚4g，硬脂酸3g，硫化剂2g、促进剂2g。
高强度的橡胶采用如下步骤制备而成：
A、将天然橡胶、丁苯橡胶加热软化后与补强剂、抑菌剂、腰果酚、硬脂酸、促进剂倒入预热好的温度为90℃的密炼机中混炼7min，；
B、将步骤A制备的混合物和硫化剂混合后倒入开炼机中，于60℃下开炼6min，得到混炼胶；
C、将混炼胶放入模具中以硫化温度为160℃、硫化时间为300s进行硫化成型，制得高强度橡胶。
其中硫化剂为四氧化三铅，促进剂为二乙基二硫代氨基甲酸锌。
实施例4
实施例4与实施例3的不同之处在于：11g高岭土、23g乙酸钾、5gKH570。
实施例5
实施例5与实施例3的不同之处在于：9g高岭土、26g乙酸钾、4gKH570。
实施例6
实施例6与实施例3的不同之处在于：11g高岭土、27g乙酸钾、1gKH570。
实施例7
实施例7与实施例3的不同之处在于：9g高岭土、23g乙酸钾、7gKH570。
实施例8
实施例8与实施例3的不同之处在于：14g壳聚糖，1g马来酸酐。
实施例9
实施例9与实施例3的不同之处在于：8g壳聚糖，7g马来酸酐。
对比例1
对比例1与实施例3的不同之处在于：28g高岭土、0g乙酸钾、11gKH570。
对比例2
对比例2与实施例3的不同之处在于：11g高岭土、28g乙酸钾、0gKH570。
对比例3
对比例3和实施例3的不同之处在于：15g壳聚糖，0g马来酸酐。
对比例4
对比例4和实施例3的不同之处在于：高强度橡胶原料中不含有腰果酚。
将实施例1-9和对比例1-4制备的橡胶进行取样，并对样品进行强度性能和抑菌性能进行检测。
1、强度性能检测试验
将样品在相同条件下进行检测，采用AKRON耐磨试验机(GT-7012-A)、电脑桌上型拉力试验机(TH-8203A)，测试样品的拉伸强度、撕裂强度，拉伸强度和撕裂强度越高，说明橡胶的强度性能好，将检测结果记录在表1中。
2、抑菌性能检测试验
将样品在相同条件下进行检测，将检测样品对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率，金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率越高，说明橡胶的抑菌性能越好，将检测结果记录在表1中。
表1
检测数据分析
根据表1可知，实施例1-9中橡胶的拉伸强度为17.2-18.9Mpa，撕裂强度为28-38kN/m，从而可以看出本申请制备的橡胶具有较高的强度性能，实施例1-8中橡胶的抑菌率在95％以上，从而可以看出本申请所制备的橡胶具有较高的抑菌效果。
根据表1可知，实施例4和实施例3的区别在于：实施例3中高岭土10g、乙酸钾25g、KH5704g，实施例4中高岭土11g、乙酸钾23g、KH5705g，实施例3中的拉伸强度18.9Mpa，撕裂强度38kN/m，实施例4的拉伸强度17.3a，撕裂强度30kN/m，实施例4和实施例3相比，强度性能明显降低，这是因为当乙酸钾的含量减少时，会使得部分高岭土出现团聚现象，从而会使得高岭土的分散性减弱，进而降低了橡胶的强度。
根据表1可知，实施例5和实施例3的区别在于：实施例3中高岭土10g、乙酸钾25g、KH5704g，实施例5中高岭土9g、乙酸钾26g、KH5704g，实施例3中的拉伸强度18.9Mpa，撕裂强度38kN/m，实施例5的拉伸强度17.2a，撕裂强度29kN/m，实施例5和实施例3相比，强度性能明显降低，这是因为当乙酸钾的含量增多时，会导致高岭土的含量减少，造成高岭土对橡胶的补强作用较少，从而使得橡胶的强度降低。
根据表1可知，实施例6和实施例3的区别在于：实施例3中高岭土10g、乙酸钾25g、KH5704g，实施例6中高岭土11g、乙酸钾27g、KH5701g，实施例3中的拉伸强度18.9Mpa，撕裂强度38kN/m，实施例6的拉伸强度17.5a，撕裂强度28kN/m，实施例6和实施例3相比，强度性能明显降低，这是因为当KH570的含量减少时，减少了高岭土表面形成的化学键的量，使得高岭土和橡胶之间的相容性减弱，从而降低了橡胶的强度。
根据表1可知，实施例7和实施例3的区别在于：实施例3中高岭土10g、乙酸钾25g、KH5704g，实施例7中高岭土9g、乙酸钾23g、KH5707g，实施例3中的拉伸强度18.9Mpa，撕裂强度38kN/m，实施例7的拉伸强度17.3a，撕裂强度30kN/m，实施例7和实施例3相比，强度性能明显降低，这是因为当KH570的含量增多时，会导致高岭土和乙酸钾的含量减少，一方面减少了高岭土对橡胶的补强作用，另一方面减弱了高岭土的分散性，从而使得橡胶的强度降低。
根据表1可知，实施例8和实施例3的区别在于：实施例3中壳聚糖10g，马来酸酐5g，实施例8中壳聚糖14g，马来酸酐1g，实施例3中的金黄色葡萄球菌的抑菌率为99.5％，大肠杆菌的抑菌率为99.6％，实施例8中的金黄色葡萄球菌的抑菌率为95.8％，大肠杆菌的抑菌率为95.2％，实施例8和实施例3相比，抑菌效果明显降低，这是因为马来酸酐的含量减少，减弱了壳聚糖的亲水性，使得壳聚糖和橡胶之间的相容性减弱，从而降低了橡胶的抑菌性能。
根据表1可知，实施例9和实施例3的区别在于：实施例3中壳聚糖10g，马来酸酐5g，实施例9中壳聚糖8g，马来酸酐7g，实施例3中的金黄色葡萄球菌的抑菌率为99.5％，大肠杆菌的抑菌率为99.6％，实施例8中的金黄色葡萄球菌的抑菌率为95.6％，大肠杆菌的抑菌率为95.4％，实施例9和实施例3相比，抑菌效果明显降低，这是因为壳聚糖的量减少，减弱了壳聚糖对细菌的抑制作用，从而使得橡胶的抑菌性能降低。
根据表1可知，对比例1和实施例3的区别在于：实施例3中高岭土10g、乙酸钾25g、KH5704g，对比例1中高岭土28g、乙酸钾0g、KH57011g，实施例3中的拉伸强度18.9Mpa，撕裂强度38kN/m，对比例1的拉伸强度9.8MPa，撕裂强度11kN/m，对比例1和实施例3相比，强度性能显著降低，这是因为补强剂中不含有乙酸钾时，高岭土在橡胶中容易发生团聚现象，从而使得橡胶的强度降低。
根据表1可知，对比例2和实施例3的区别在于：实施例3中高岭土10g、乙酸钾25g、KH5704g，对比例2中高岭土11g、乙酸钾28g、KH5700g，实施例3的拉伸强度18.9Mpa，撕裂强度38kN/m，对比例2的拉伸强度11.9MPa，撕裂强度15kN/m，对比例2和实施例3相比，强度性能显著降低，这是因为补强剂中不含有KH570时，高岭土在橡胶中的相容性较差，从而降低了橡胶的强度。
根据表1可知，对比例3和实施例3的区别在于：实施例3中壳聚糖10g，马来酸酐5g，对比例3中壳聚糖15g，马来酸酐0g，实施例3中的金黄色葡萄球菌的抑菌率为99.5％，大肠杆菌的抑菌率为99.6％，对比例3中的金黄色葡萄球菌的抑菌率为82.9％，大肠杆菌的抑菌率为82.6％，对比例3和实施例3相比，抑菌效果明显降低，这是因为抑菌剂中不含有马来酸酐，使得壳聚糖的亲水性降低，从而造成壳聚糖与橡胶的相容性较差，进而降低了橡胶的抑菌性能。
根据表1可知，对比例4和实施例3的区别在于：高强度橡胶原料中不含有腰果酚，实施例3的拉伸强度18.9Mpa，撕裂强度38kN/m，对比例4的拉伸强度14.8MPa，撕裂强度21kN/m，对比例4和实施例3相比，强度明显降低，这是因为AAA可能无法与天然橡胶分子链分子链发生发应，从而对橡胶的交联密度没有较大的改变，进而降低了橡胶的强度。
实施例3中的金黄色葡萄球菌的抑菌率为99.5％，大肠杆菌的抑菌率为99.6％，对比例4中的金黄色葡萄球菌的抑菌率为95.7％，大肠杆菌的抑菌率为96.1％，对比例4和实施例3相比，抑菌效果明显降低，这是因为壳聚糖易发生团聚，进而降低了橡胶的抑菌性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种高强度橡胶，其特征在于：包括以下份数的原料：天然橡胶50-60份，丁苯橡胶30-40份，补强剂12-16份，抑菌剂5-7份，腰果酚3-5份，硬脂酸2-4份，硫化剂1-3份、促进剂1-3份。
2.根据权利要求1所述的高强度橡胶，其特征在于：所述补强剂采用如下步骤制备而成：
S1、将高岭土和乙酸钾混合后，进行干燥研磨，直至研磨均匀，并密封放置，然后用无水乙醇进行清洗，清洗完成后，进行离心分离，最后将离心产物进行真空干燥；
S2、将KH570加入乙醇水溶液中，搅拌、反应，得到混合物，将步骤S1制得的产物和混合物混合后，进行球磨直至球磨均匀，然后用无水乙醇洗涤、干燥、过滤，得到补强剂。
3.根据权利要求2所述的高强度橡胶，其特征在于：所述高岭土、乙酸钾和和KH570的质量为1:(2.4-2.6):(0.3-0.5)。
4.根据权利要求2所述的高强度橡胶，其特征在于：所述乙醇水溶液的浓度为0.05-0.07g/L。
5.根据权利要求1所述的高强度橡胶，其特征在于：所述抑菌剂采用如下步骤制备而成：
（1）将壳聚糖添加于水中，搅拌直至分散均匀，然后加入碳酸钙，搅拌均匀后加入马来酸酐，继续搅拌，直至混合均匀；
（2）向步骤（1）制备的混合物中加入氢氧化钾水溶液，调节pH值至9-11；
（3）向步骤（2）制备的的混合物中添加盐酸，调节pH值至大量絮状物沉淀析出，离心分离，然后用丙酮清洗沉淀物，真空干燥，静置16-18h，得到抗菌剂。
6.根据权利要求5所述的高强度橡胶，其特征在于：所述壳聚糖和马来酸酐的质量比为1:（0.4-0.6）。
7.根据权利要求5所述的高强度橡胶，其特征在于：所述氢氧化钾水溶液的浓度为1.5-2.5mol/L。
8.根据权利要求1所述的高强度橡胶，其特征在于：所述硫化剂为硫磺粉、氧化镁、四氧化三铅中的一种或两种。
9.根据权利要求1所述的高强度橡胶，其特征在于：所述促进剂为二硫化二苯并噻唑、四甲基二硫化秋兰姆、二乙基二硫代氨基甲酸锌中的一种或两种。
10.根据权利要求1所述的高强度橡胶，其特征在于：所述高强度的橡胶采用如下步骤制备而成：
A、将天然橡胶、丁苯橡胶加热软化后与补强剂、抑菌剂、腰果酚、硬脂酸、促进剂倒入预热好的密炼机中进行混炼；
B、将步骤A制备的混合物和硫化剂混合后倒入开炼机中，进行开炼，得到混炼胶；
C、将混炼胶放入模具中硫化成型，制得高强度橡胶。
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2022
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