CN115028931A - 一种低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶及其制备方法 - Google Patents

一种低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶及其制备方法。所述软质橡胶包括如下重量份的组分：丁苯橡胶10～30份、氯化聚乙烯60～100份、硅藻土5～15份，改性胡桃壳粉30～50份，增塑剂120～180份、氧化锌0.5～1.5份、硬脂酸0.1～0.3份、防老剂0.1～0.4份、硫磺粉0.3～0.5份、促进剂0.2～0.4份。本发明还提供了该软质橡胶的制备方法。本发明通的改性胡桃壳粉可以有效替代炭黑，制备的低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶的硬度在35ShA以内，扯断强度在5.5Mpa以上，扯断伸长率达到了490％，比重控制在1.1g/cm3以内，且表面光滑有光泽，同时成本降低至了8元/公斤。

Description

一种低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶及其制备方法，属于橡胶技术领域。
背景技术
三元乙丙橡胶(EPDM)的饱和主链结构赋予其优异的耐氧化性、耐臭氧性、耐候性和电绝缘性等优点，在汽车、建筑和电线电缆等领域得到广泛应用。但目前通用橡胶领域只有三元乙丙橡胶具备高填充性，而以三元乙丙橡胶为配方生胶体系则需要大量填充增塑剂，同时在填充增塑剂的基础上大量填充炭黑，白炭黑，碳酸钙等补强填充剂，由于补强填充剂的比重较大(炭黑的比重1.84g/cm3，白炭黑比重为2.0g/cm3，碳酸钙比重为2.65g/cm3)，且今年以来三元乙丙橡胶出现较大涨幅，导致成本高居不下。同时由于大量填充补强填料，导致补强填料比重也随之上升，很难控制在1.4g/cm3以内，硬度也超过了40ShA，无法达到软质橡胶的标准。
在现有以三元乙丙橡胶为生胶体系的混炼制备橡胶的过程中，如果一次性加入大量增塑剂，会导致密炼机转子打滑，进而导致混炼胶在密炼机内无法成型，且温度无法达到排胶温度。为解决打滑问题，只能加入大量填料对多余增塑剂进行吸收，从而解决转子打滑问题。但是此方法会导致配方比重，硬度上升，且混炼时间大幅延长，存在明显的比重过大，硬度过高，混炼困难的问题，急需一种低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶，包括如下重量份的组分：丁苯橡胶10～30 份、氯化聚乙烯60～100份、硅藻土5～15份，改性胡桃壳粉30～50份，增塑剂120～180份、氧化锌0.5～1.5份、硬脂酸0.1～0.3份、防老剂0.1～0.4份、硫磺粉0.3～0.5份、促进剂0.2～0.4 份。
根据本发明优选的，所述低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶包括如下重量份的组分：丁苯橡胶20份、氯化聚乙烯80份、硅藻土10份，改性胡桃壳粉40份，增塑剂150份、氧化锌1份、硬脂酸0.2份、防老剂0.25份、硫磺粉0.4份、促进剂0.3份。
根据本发明优选的，所述丁苯橡胶为丁苯橡胶SBR150。
根据本发明优选的，所述氯化聚乙烯为氯化聚乙烯CM1066。
根据本发明优选的，所述改性胡桃壳粉按照如下方法制备：将胡桃壳粉与硅烷偶联剂SI69 按照100:1的质量比混合均匀，然后在90～110℃下改性50～70min，得到改性胡桃壳粉。
根据本发明优选的，所述增塑剂为环烷基橡胶增塑剂。
根据本发明优选的，所述防老剂为防老剂4020和防老剂RD的混合物。
进一步优选的，所述防老剂4020和防老剂RD的质量比为2:3。
根据本发明优选的，所述促进剂为促进剂CBS和促进剂M的混合物。
进一步优选的，所述促进剂CBS和促进剂M的质量比为2:1。
上述低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶的制备方法，包括步骤如下：
(1)按配比将改性胡桃壳粉、硅藻土和增塑剂混合均匀，得到混合物a；
(2)按配比将丁苯橡胶和氯化聚乙烯混炼均匀，然后加入混合物a、氧化锌、硬脂酸和防老剂，继续混炼2～4min，升温至120～130℃，排出混炼胶，最后向混炼胶中加入硫磺粉和促进剂，在155～165℃下硫化5～15min，冷却，得到低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶。
有益效果：
1、本发明通过硅烷偶联剂SI69对胡桃壳粉进行改性，改性方法简单易行，成本低廉，得到的改性胡桃壳粉可以有效替代炭黑。
2、本发明中的改性胡桃壳粉对增塑剂有强烈的吸附性，可以通过自身的毛细管结构，把增塑剂吸附于自身的毛细管组织中。并且硅藻土内部也是多孔组织，也可以把增塑剂吸附于自身的多孔组织中，两者结合后使得在后续的混炼加工过程中，增塑剂不会以液体形式导致转子打滑，而是以相对粘度较高的膏状形式出现。同时由于氯化聚乙烯也是粉状且加热后成为粘流态，会迅速与膏状的增塑剂、改性胡桃壳粉和硅藻土混合物结合，成为混炼胶状态，从而可以顺利地完成后续软质橡胶的制备。
3、本发明制备的低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶的硬度在35ShA以内，扯断强度在5.5Mpa以上，扯断伸长率达到了490％，比重控制在1.1g/cm3以内，且表面光滑有光泽，同时成本降低至了8元/公斤。
4、本发明低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶的制备方法步骤简单，操作方便，生产时间短，更适合工业化生产。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
丁苯橡胶为丁苯橡胶SBR150购自中国石化齐鲁石油化工公司。氯化聚乙烯CM1066购自潍坊昌海化学有限公司。胡桃壳粉购自汾阳市阳光实业有限公司，该胡桃壳粉过120目筛的胡桃壳粉。其余原材料及设备均为常规市购产品。
改性胡桃壳粉按照如下方法制备：将胡桃壳粉与硅烷偶联剂SI69按照100:1的质量比混合均匀，然后在100℃下改性60min，得到改性胡桃壳粉。
实施例1
一种低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶，包括如下重量份的组分：丁苯橡胶SBR1502 20份、氯化聚乙烯CM1066 80份、硅藻土10份，改性胡桃壳粉40份，环烷基橡胶增塑剂 150份、氧化锌1份、硬脂酸0.2份、防老剂4020 0.1份、防老剂RD 0.15份、硫磺粉0.4份、促进剂CBS 0.2份、促进剂M 0.1份。
上述低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶的制备方法，包括步骤如下：
(1)按配比将改性胡桃壳粉、硅藻土和环烷基橡胶增塑剂混合，直至改性胡桃壳粉、硅藻土与增塑剂共混至粘稠的膏状，得到混合物a，称量至EVA投料袋中备用；
(2)按配比将丁苯橡胶SBR150和氯化聚乙烯CM1066投入到密炼机中，以35转/分钟的转速混合60秒，然后加入混合物a、氧化锌、硬脂酸、防老剂4020和防老剂RD，以35 转/分钟的转速继续混炼3min，中间升上顶栓两次，排气，升温至125℃，排出混炼胶，在开炼机进行翻炼并加入硫磺粉、促进剂CBS和促进剂M，在160℃下硫化10min，冷却，得到低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶。
实施例2
一种低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶，包括如下重量份的组分：丁苯橡胶SBR150 15份、氯化聚乙烯CM1066 70份、硅藻土8份，改性胡桃壳粉35份，环烷基橡胶增塑剂140 份、氧化锌1份、硬脂酸0.25份、防老剂4020 0.1份、防老剂RD 0.15份、硫磺粉0.35份、促进剂CBS 0.2份、促进剂M 0.1份。
上述低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶的制备方法，包括步骤如下：
(1)按配比将改性胡桃壳粉、硅藻土和环烷基橡胶增塑剂混合，直至改性胡桃壳粉、硅藻土与增塑剂共混至粘稠的膏状，得到混合物a，称量至EVA投料袋中备用；
(2)按配比将丁苯橡胶SBR150和氯化聚乙烯CM1066投入到密炼机中，以35转/分钟的转速混合60秒，然后加入混合物a、氧化锌、硬脂酸、防老剂4020和防老剂RD，以35 转/分钟的转速继续混炼2min，中间升上顶栓两次，排气，升温至130℃，排出混炼胶，在开炼机进行翻炼并加入硫磺粉、促进剂CBS和促进剂M，在165℃下硫化8min，冷却，得到低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶。
实施例3
一种低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶，包括如下重量份的组分：丁苯橡胶SBR150 25份、氯化聚乙烯CM1066 90份、硅藻土12份，改性胡桃壳粉45份，环烷基橡胶增塑剂 160份、氧化锌1.2份、硬脂酸0.15份、防老剂4020 0.1份、防老剂RD 0.15份、硫磺粉0.45份、促进剂CBS 0.2份、促进剂M 0.1份。
上述低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶的制备方法，包括步骤如下：
(1)按配比将改性胡桃壳粉、硅藻土和环烷基橡胶增塑剂混合，直至改性胡桃壳粉、硅藻土与增塑剂共混至粘稠的膏状，得到混合物a，称量至EVA投料袋中备用；
(2)按配比将丁苯橡胶SBR150和氯化聚乙烯CM1066投入到密炼机中，以35转/分钟的转速混合60秒，然后加入混合物a、氧化锌、硬脂酸、防老剂4020和防老剂RD，以35 转/分钟的转速继续混炼4min，中间升上顶栓两次，排气，升温至120℃，排出混炼胶，在开炼机进行翻炼并加入硫磺粉、促进剂CBS和促进剂M，在155℃下硫化12min，冷却，得到低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶。
对比例1
一种橡胶，包括如下重量份的组分：三元乙丙橡胶10660 100份、氧化锌5份、硬脂酸1 份、发泡剂OBSH 0.5份、发泡剂AC 0.1份、石蜡油150份、炭黑N550 100份、轻钙100份、硫磺粉1.5份、促进剂TT 0.3份、促进剂TRA 0.3份、促进剂EZ 0.3份、促进剂BZ 0.3份、橡胶交联剂DCP 0.2份、促进剂TAIC 0.05份。
该橡胶的制备方法为：
首先将EPDM 10660以35转/分钟的速度混炼1分钟，然后投入氧化锌，硬脂酸，炭黑N550，继续混炼2分钟，最后投入石蜡油，轻改，混炼3分钟，至140℃，从密炼机排出混炼胶。在开炼机进行冷却，待温度降至100℃以内时，将硫磺粉，DCP促进剂TT、TRA、 EZ、BZ、TAIC，发泡剂OBSH、AC均匀加入到混炼胶中，待药品分散均匀后，得到橡胶。
对比例2
一种橡胶，包括如下重量份的组分：三元乙丙橡胶10660 100份、氧化锌5份、硬脂酸1 份、石蜡油150份、炭黑N550 100份、轻钙100份、硫磺粉1.5份、促进剂TT 0.3份、促进剂TRA 0.3份、促进剂EZ 0.3份、促进剂BZ 0.3份、促进剂DCP 0.2份、橡胶交联剂TAIC 0.05份。橡胶制备方法与对比例1相同。
试验例
将本发明实施例1制备的低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶、对比例1～2制备的橡胶停放8小时后，采用流变仪进行性能测试。
性能测试的参数为：温度160℃，时间20min。
本发明实施例1制备的低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶的硬度为30ShA，扯断强度为5.6Mpa，扯断伸长率为490％，比重为1.06g/cm3，成本为8元/公斤。
对比例1制备的橡胶的硬度为34ShA，扯断强度为2.3Mpa，扯断伸长率为290％，比重为1.08g/cm3，成本为18元/公斤。
对比例2制备的橡胶的硬度为46ShA，扯断强度为6.8Mpa，扯断伸长率为460％，比重为1.25g/cm3，成本为16元/公斤。
对比例1提供的橡胶比重和硬度接近本发明实施例1制备的低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶，但力学性能明显不如。并且对比例1由于使用三元乙丙橡胶，只能填充部分石蜡油增塑剂，且需要并用大量的N550炭黑及轻质碳酸钙，会导致比重上升，硬度增加，为了降低硬度及比重，需要添加发泡剂，导致成本大幅上升，达到了18元/公斤，是本发明的 2.25倍。
对比例2提供的橡胶虽然在成本上相比对比例1略低，但还是比本发明高了一倍，拉伸强度较高，但是硬度为46ShA，比重为1.25g/cm3，明显高于本发明的低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶，不符合软质橡胶的标准。

Claims (9)

1.一种低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶，其特征在于，包括如下重量份的组分：丁苯橡胶10～30份、氯化聚乙烯60～100份、硅藻土5～15份，改性胡桃壳粉30～50份，增塑剂120～180份、氧化锌0.5～1.5份、硬脂酸0.1～0.3份、防老剂0.1～0.4份、硫磺粉0.3～0.5份、促进剂0.2～0.4份。
2.如权利要求1所述的低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶，其特征在于，所述低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶包括如下重量份的组分：丁苯橡胶20份、氯化聚乙烯80份、硅藻土10份，改性胡桃壳粉40份，增塑剂150份、氧化锌1份、硬脂酸0.2份、防老剂0.25份、硫磺粉0.4份、促进剂0.3份。
3.如权利要求1所述的低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶，其特征在于，所述丁苯橡胶为丁苯橡胶SBR150。
4.如权利要求1所述的低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶，其特征在于，所述氯化聚乙烯为氯化聚乙烯CM1066。
5.如权利要求1所述的低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶，其特征在于，所述改性胡桃壳粉按照如下方法制备：将胡桃壳粉与硅烷偶联剂SI69按照100:1的质量比混合均匀，然后在90～110℃下改性50～70min，得到改性胡桃壳粉。
6.如权利要求1所述的低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶，其特征在于，所述增塑剂为环烷基橡胶增塑剂。
7.如权利要求1所述的低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶，其特征在于，所述防老剂为防老剂4020和防老剂RD的混合物；
所述防老剂4020和防老剂RD的质量比为2:3。
8.如权利要求1所述的低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶，其特征在于，所述促进剂为促进剂CBS和促进剂M的混合物；
所述促进剂CBS和促进剂M的质量比为2:1。
9.权利要求1或2所述的低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：
(1)按配比将改性胡桃壳粉、硅藻土和增塑剂混合均匀，得到混合物a；
(2)按配比将丁苯橡胶和氯化聚乙烯混炼均匀，然后加入混合物a、氧化锌、硬脂酸和防老剂，继续混炼2～4min，升温至120～130℃，排出混炼胶，最后向混炼胶中加入硫磺粉和促进剂，在155～165℃下硫化5～15min，冷却，得到低成本低比重高填充增塑剂的软质橡胶。
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