CN118185139A - 一种金刚石绳锯用彩色橡胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金刚石绳锯用彩色橡胶及其制备方法，该金刚石绳锯用彩色橡胶由包含天然橡胶、塑解剂、补强剂、防老剂、间甲白钴粘合剂、软化剂、活性剂、流动润滑剂、硫化剂、促进剂、防焦剂、着色剂和增白剂等原料通过混炼和硫化得到。且本发明的补强剂由白炭黑和改性高岭土组成，在满足色彩明显的同时还能满足金刚石绳锯专用橡胶的高强度、高耐磨性能要求，从而延长其切割使用寿命。

Description

一种金刚石绳锯用彩色橡胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及了一种金刚石绳锯用彩色橡胶及其制备方法，属于金刚石绳锯切割领域。

背景技术

金刚石绳锯主要由钢丝绳、金刚石串珠、支撑弹簧、橡胶保护套组成。由于操作简便，搬运灵活，人力需求小的特点目前被广泛应用于房屋建筑，隧道桥梁支架等钢筋混凝土材料的切割拆除作业。

目前市场上的金刚石绳锯均为黑色橡胶难以通过颜色进行分级。现有技术中，金刚石绳锯彩色橡胶大多使用涂胶工艺，但是涂胶工艺复杂且粘接力度不好，产品质量不稳定，容易发生串珠的现象，从而影响加工效率。另一方面如果要制作彩色橡胶不太使用炭黑等易黑补强剂，彩色橡胶的物理机械性能便不能达到金刚石绳锯橡胶的使用标准，针对这一缺陷，中国专利CN 107501639 A公开了一种彩色注胶绳锯专用的橡胶，采用白炭黑为补强剂再加入色胶，可以实现彩色橡胶的目的，但是由于该方案中仅使用白炭黑作为补强剂，受到白炭黑用量的限制所制备的橡胶的强度提升不明显，也无法满足磨损要求。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的第一个目的是在于提供一种金刚石绳锯用彩色橡胶，该橡胶在满足色彩明显的同时还能满足金刚石绳锯专用橡胶的高强度、高耐磨性能要求，从而延长其切割使用寿命。

本发明的第二个目的是在于提供一种金刚石绳锯用彩色橡胶的制备方法，该方法具有工艺简单，成本低，具有工业化生产的潜力。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种金刚石绳锯用彩色橡胶，由包含以下原料通过混炼和硫化得到，所述原料包括以下质量份组分：天然橡胶55～65份；塑解剂0.1～0.2份；补强剂40～50份；防老剂1～3份；间甲白钴粘合剂4～7份；软化剂4～6份；活性剂3～5份；流动润滑剂2～6份；硫化剂2～5份；促进剂1～2份；防焦剂0.1～0.5份；着色剂1～3份；增白剂4～5份；所述补强剂由白炭黑和改性高岭土按照质量比(1～2):1组成。

现有的金刚石绳锯橡胶中大多是以炭黑作为补强剂来达到其高强度、耐磨损的效果，但是以炭黑作为原料时，无法实现多种颜色的选择，以便于在应用中更容易进行区分。而本发明技术方案中利用白炭黑和改性高岭土作为补强剂，一方面，通过白炭黑催化间甲白钴粘合剂生成间-甲粘合树脂，而间-甲粘合树脂又可以进行粘合反应以及与橡胶的以亚甲基桥和氧杂萘结构为特征的硫化反应，从而增加体系的粘合度，有利于所有组分的结合和重组，从而提高橡胶的拉伸强度和撕裂强度。同时，发明人发现，在操作过程中若只加入白炭黑时，由于其添加量大时，橡胶的压缩变形大，无法满足使用要求；而白炭黑添加量小时，橡胶的拉伸强度和撕裂强度的提升有限。而通过添加适量的改性高岭土不仅可以增加彩色橡胶的可加工性增加补强效果，而且改性的高岭土做成的彩色橡胶颜色更鲜艳。且本发明中补强剂的用量十分重要，其用量过低时无法满足强度要求，而用量过高时，会导致橡胶的硬度高且压缩变形大。另一方面，由于白炭黑和改性高岭土为白色填料，以其作为底色时，通过加入增白剂进行增白后再加入着色剂可以实现多种颜色的添加，而将白炭黑和改性高岭土按照适当的比例配合使用，能够提高补强剂在橡胶中的用量比例，且不会影响橡胶的压缩形变，更有利于橡胶获得均匀的染色。本发明中的塑解剂和软化剂可以提高天然橡胶塑炼的可塑度和塑炼效率，可缩短塑炼时间三分之一左右，节约能源以及提高劳动生产效率。同时通过添加防老剂、硫化剂和防焦剂则可显著改善橡胶的力学性能，提高耐热性，防止橡胶在加工过程中烧焦，提高橡胶与帘线和金属的粘合强度。

作为一个优选的方案，所述天然橡胶为CV-60低门尼天然橡胶。所优选的橡胶具有门尼粘度低，生热低，弹性好，流动性好的特点。

作为一个优选的方案，所述着色剂为色母和/或色粉。

作为一个优选的方案，所述补强剂由白炭黑和改性高岭土按照质量比(1～1.5)：1组成。若只加入白炭黑时，由于其添加量大时，橡胶的压缩变形大，无法满足使用和生产要求；而白炭黑添加量小时，橡胶的拉伸强度和撕裂强度低，同时在使用过程中会出现橡胶与钢丝粘接不良的现象。而通过将白炭黑与改性高岭土按照一定的比例搭配使用，可以进一步提高补强剂的用量增加橡胶的强度，而不出现压缩变形的现象，同时有利于橡胶的均匀染色。

作为一个优选的方案，所述改性高岭土的制备包括以下步骤：

1)将高岭土与醋酸钾混合后，依次进行研磨、静置、水洗和再研磨，得到产物I；

2)向产物I中加入十二烷基三甲基溴化铵，在70～80℃下混合，得到产物II；

3)向产物II中加入偶联剂混合后干燥，即得改性高岭土。

本发明通过醋酸钾、十二烷基三甲基溴化铵及偶联剂改性后的高岭土可以将原本高岭土的大片层结构通过溶液离子对换的方式变为小片层，从而使得改性后的高岭土补强效果更好且流动性更好。而在本发明的橡胶配方中，补强剂中的白炭黑的流动性差会导致在硫化过程中出现注胶不饱满的现象，而通过改性高岭土以及流动润滑剂等可以协同调整配方的流动性，从而实现更好的硫化效果。

作为一个优选的方案，所述高岭土和醋酸钾的质量比为1：(1～2)。

作为一个优选的方案，所述静置的时间为12～24小时。

作为一个优选的方案，所述偶联剂为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物。

作为一个优选的方案，所述十二烷基三甲基溴化铵的加入量为高岭土的20～30wt％。

作为一个优选的方案，所述偶联剂的加入量为高岭土的8～12wt％。偶联剂用量过低时，白炭黑不能发生硅烷化反应，导致硫化后的橡胶强度低，而偶联剂用量过高则会导致硫化焦烧时间变短，橡胶易发生早期焦烧问题。

作为一个优选的方案，所述塑解剂为硫酚类塑解剂，如SJ-103。

作为一个优选的方案，所述防老剂包括6PPD、TMQ和微晶蜡中至少一种。

作为一个优选的方案，所述间甲白粘合剂由单体间苯二酚甲醛给予体粘合剂RA及树脂型间苯二酚甲醛接受体粘合剂RS和白炭黑组成的三组分粘合体系。间甲白粘合机理的核心是由间苯二酚给予体和亚甲基给予体在硫化温度下反应生成具有继续反应能力的粘合树脂，这种树脂同时再进行与骨架材料的以化学键合和分子间作用为特征的粘合反应以及与橡胶的以亚甲基桥和氧杂萘结构为特征的硫化反应，同时，白炭黑的粒子表面具有酸性硅烷醇结构，对间-甲粘合树脂的生成起催化作用，并且迟延了硫磺的硫化反应。

作为一个优选的方案，所述软化剂为芳烃油。

作为一个优选的方案，所述活性剂为氧化锌和/或硬脂酸。本发明采用活性剂主要是为了促进硫化。

作为一个优选的方案，所述流动润滑剂为球形二氧化硅。

作为一个优选的方案，所述硫化剂为硫磺和不溶性硫磺的混合物。本发明采用的硫化剂中的硫磺是作为橡胶交联的架桥剂，不仅保证制备出的橡胶的强度，同时还可以在混炼中防止喷霜的作用。

作为一个优选的方案，所述硫化剂中硫磺和不溶性硫磺的质量比例为(2～4)：(3～5)。硫化剂中硫磺和不溶性硫磺的比例是比较重要的，若硫磺的比例过高则易喷霜，而硫磺的比例过低时则粘合变差，无法形成高强度和耐磨的橡胶。

作为一个优选的方案，所述促进剂为次磺酰胺类促进剂，如N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺(NS)和N,N-2二环己基-2,2-二苯并噻唑次磺酰胺(DZ)。

作为一个优选的方案，所述防焦剂为N-环己基硫代酞酰亚胺(CTP)。

作为一个优选的方案，所述增白剂为钛白粉。通过所选用的增白剂可以对橡胶进行增白，使得着色剂的效果更加明显。

本发明还提供了一种金刚石绳锯用彩色橡胶的制备方法，该方法包括以下步骤：

S1将天然橡胶和塑解剂混炼至60～80℃时加入补强剂混炼至100～120℃排胶，得到塑炼胶Ⅰ；

S2将塑炼胶Ⅰ翻炼后冷却，得到塑炼胶Ⅱ；

S3将塑炼胶Ⅱ与活性剂、防老剂、防焦剂、间甲白钴粘合剂混炼3～5min后，加入补强剂和软化剂，混炼至120～150℃排胶后进行2～3次翻炼，得到塑炼胶Ⅲ；

S4将塑炼胶Ⅲ均分为三份放入小型密炼机加入着色剂混炼至140～150℃排胶，翻炼冷却后，得到塑炼胶IV；

S4将塑炼胶IV与硫化剂、促进剂混炼至70～80℃排胶，得到硫胶；

S5将硫胶翻炼，冷却，即得。

相对现有技术，本发明技术方案带来的有益技术效果：

1)本发明提供的金刚石绳锯用彩色橡胶，该橡胶在满足色彩明显的同时还能满足金刚石绳锯专用橡胶的高强度、高耐磨性能要求，从而延长其切割使用寿命。

2)本发明提供的彩色橡胶，利用白炭黑和改性高岭土作为补强剂，在粘合剂剂、增白剂、着色剂及硫化剂等组份的协同作用下，实现了橡胶强度和耐磨性能的提升的同时满足了颜色需求。

3)本发明提供的金刚石绳锯用彩色橡胶的制备方法，该方法具有工艺简单，成本低，具有工业化生产的潜力。

附图说明

图1为本发明制备的金刚石绳锯用彩色橡胶的实物图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。

本发明实施例和对比例中改性高岭土的制备方法如下：

1)将高岭土与醋酸钾以质量比为1:1混合研磨15分钟后放置24h后水洗三遍风干后继续研磨15分钟，得到产物I。

2)向产物I中加入用量为高岭土用量的20wt％的十二烷基三甲基溴化铵盐，并在80℃下搅拌2h后水洗，得到产物II。

3)向产物II中加入用量为高岭土用量的8wt％偶联剂双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物混合搅拌2h后在100℃环境下干燥12h。

实施例1

一种金刚石绳锯用彩色橡胶，包括以下重量份组分：

天然橡胶：CV-60低门尼天然橡胶55份，塑解剂：SJ-1030.1份，补强剂：质量比为1:1的白炭黑、改性高岭土：50份，防老剂：6PPD 2份，间甲白钴粘合剂：RA、RS和白炭黑质量比为1:1:15 4份，软化剂：芳烃油4份，流动润滑剂：球形二氧化硅2份，活性剂：氧化锌4份，硫化剂：硫磺和不溶性硫磺的混合物(质量比为4：5)3份，促进剂：NS1份，防焦剂：CTP 0.1份，增白剂:钛白粉5份，着色剂：色粉3份。

本发明一种金刚石绳锯用彩色橡胶的制备方法，其过程为：

S1将生胶及塑解剂投入密炼机，转速40r/min混炼至70℃投入白度为95度的改性高岭土至110℃排胶，得到塑炼胶Ⅰ。

S2将塑炼胶Ⅰ放入辊筒开炼机翻炼，辊距10mm翻炼5min下片冷却16h，得到塑炼胶Ⅱ；

S3将塑炼胶Ⅱ与活性剂、防老剂、间甲白钴粘合剂、防焦剂投入密炼机混炼3min，投入一半白炭黑混炼2min后投入橡胶油和另一半白炭黑，混炼至120℃排胶。

S4将S3混炼胶放入辊筒开炼机翻炼，辊距10mm翻炼2min后将辊距调至最低打三角包5次后辊距10mm翻炼2min下片冷却24h，得到塑炼胶Ⅲ。

S5将塑炼胶Ⅲ均分为三份放入小型密炼机加入着色剂混炼至150℃排胶。

S6将S5混炼胶放入辊筒开炼机翻炼，辊距10mm翻炼2min后将辊距调至最低打三角包5次后辊距10mm翻炼2min下片冷却16～24h，得到塑炼胶IV。

S7将塑炼胶IV投入密炼机转速25r/min,混炼3min后投入硫化剂、促进剂混炼至79℃排胶，得到硫胶。

S8将硫胶放入辊筒开炼机翻炼，辊距10mm翻炼2min后将辊距调至最低打三角包5次后辊距10mm翻炼2min下片冷却16h制得生产用胶。

实施例2

该实施例与实施例1的区别在于，一种金刚石绳锯用彩色橡胶，包括以下重量份组分：天然橡胶：CV-60低门尼天然橡胶55份，塑解剂：SJ-1030.2份，补强剂：质量比为1:1的白炭黑、改性高岭土：47份，防老剂：6PPD 2份，间甲白钴粘合剂：RA、RS和白炭黑质量比为1:1:15 6份，软化剂：芳烃油5份，流动润滑剂：球形二氧化硅2份，活性剂：氧化锌4份，硫化剂：硫磺和不溶性硫磺的混合物(质量比为4：5)3份，促进剂：NS1份，防焦剂：CTP 0.1份，增白剂：钛白粉4份，着色剂：色粉2份。其制备与实施例1一致。

实施例3

该实施例与实施例1的区别在于，一种金刚石绳锯用彩色橡胶，包括以下重量份组分：天然橡胶：CV-60低门尼天然橡胶57份，塑解剂：SJ-1030.2份，补强剂：质量比为1:1的白炭黑和改性高岭土45份，防老剂：6PPD 2份，间甲白钴粘合剂：RA、RS和白炭黑质量比为1:1:15 6份，软化剂：芳烃油5份，流动润滑剂：球形二氧化硅5份，活性剂：硬脂酸4份，硫化剂：硫磺和不溶性硫磺的混合物(质量比为4：5)3份，促进剂：DZ 1份，防焦剂：CTP 0.1份，增白剂:钛白粉4份，着色剂：色粉3份。其制备与实施例1一致。

实施例4

该实施例与实施例1的区别在于，一种金刚石绳锯用彩色橡胶，包括以下重量份组分：天然橡胶：CV-60低门尼天然橡胶60份，塑解剂：SJ-1030.1份，补强剂：质量比为2:1的白炭黑和改性高岭土40份，防老剂：6PPD1.5份，间甲白钴粘合剂：RA、RS和白炭黑质量比为1:2:15 4份，软化剂：芳烃油4份，流动润滑剂：球形二氧化硅5份，活性剂：氧化锌4份，硫化剂：硫磺和不溶性硫磺的混合物(质量比为4：5)3份，促进剂：NS1份，防焦剂：CTP 0.2份，增白剂：钛白粉4份，着色剂：色粉2份。其制备与实施例1一致。

本发明实施例1～4所制备的橡胶如图1所示，具有鲜艳的色泽。

对比例1

该对比例与实施例1的区别仅在于未添加高岭土，其余条件一致。

对比例2

该对比例与实施例1的区别仅在于添加未改性的高岭土(巴斯夫ASP200)，其余条件一致。

对比例3

该对比例与实施例1的区别仅在于，将间甲白钴粘合剂的用量更改为1份，硫化剂的用量更改为6份，其余成分和条件一致。

对比例4

该对比例与实施例1的区别仅在于，将补强剂的用量更改为35份，其余条件一致。

对比例5

该对比例与实施例1的区别仅在于，将补强剂的用量更改为60份，其余条件一致。

将实施例1～4和对比例1～5制备的钢筋混凝土金刚石绳锯专用橡胶进行性能检测，结果如表1。

表1性能检测表

Claims (10)

1.一种金刚石绳锯用彩色橡胶，其特征在于：由包含以下原料通过混炼和硫化得到，所述原料包括以下质量份组分：天然橡胶55～65份；塑解剂0.1～0.2份；补强剂40～50份；防老剂1～3份；间甲白钴粘合剂4～7份；软化剂4～6份；活性剂3～5份；流动润滑剂2～6份；硫化剂2～5份；促进剂1～2份；防焦剂0.1～0.5份；着色剂1～3份；增白剂4～5份；所述补强剂由白炭黑和改性高岭土按照质量比(1～2):1组成。

2.根据权利要求1所述的一种金刚石绳锯用彩色橡胶，其特征在于：所述着色剂为色母和/或色粉。

3.根据权利要求1所述的一种金刚石绳锯用彩色橡胶，其特征在于：所述补强剂由白炭黑和改性高岭土按照质量比(1～1.5)：1组成。

4.根据权利要求1或3所述的一种金刚石绳锯用彩色橡胶，其特征在于：所述改性高岭土的制备包括以下步骤：

1)将高岭土与醋酸钾混合后，依次进行研磨、静置、水洗和再研磨，得到产物I；

2)向产物I中加入十二烷基三甲基溴化铵，在70～80℃下混合，得到产物II；

3)向产物II中加入偶联剂混合后干燥，即得改性高岭土。

5.根据权利要求4所述的一种金刚石绳锯用彩色橡胶，其特征在于：

所述高岭土和醋酸钾的质量比为1：(1～2)；

所述偶联剂为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物；

所述十二烷基三甲基溴化铵的加入量为高岭土的20～30wt％；

所述偶联剂的加入量为高岭土的8～12wt％。

6.根据权利要求1所述的一种金刚石绳锯用彩色橡胶，其特征在于：所述增白剂为钛白粉。

7.根据权利要求1所述的一种金刚石绳锯用彩色橡胶，其特征在于：所述流动润滑剂为球形二氧化硅。

8.根据权利要求1所述的一种金刚石绳锯用彩色橡胶，其特征在于：所述硫化剂为硫磺和不溶性硫磺的混合物。

9.根据权利要求8所述的一种金刚石绳锯用彩色橡胶，其特征在于：所述硫化剂中硫磺和不溶性硫磺的质量比例为(2～4)：(3～5)。

10.权利要求1～9任一项所述的一种金刚石绳锯用彩色橡胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1将天然橡胶和塑解剂混炼至60～80℃时加入补强剂混炼至100～120℃排胶，得到塑炼胶Ⅰ；

S2将塑炼胶Ⅰ翻炼后冷却，得到塑炼胶Ⅱ；

S3将塑炼胶Ⅱ与活性剂、防老剂、防焦剂、间甲白钴粘合剂混炼3～5min后，加入补强剂和软化剂，混炼至120～150℃排胶后进行2～3次翻炼，得到塑炼胶Ⅲ；S4将塑炼胶Ⅲ均分为三份放入小型密炼机加入着色剂混炼至140～150℃排胶，翻炼冷却后，得到塑炼胶IV；

S4将塑炼胶IV与硫化剂、促进剂混炼至70～80℃排胶，得到硫胶；

S5将硫胶翻炼，冷却，即得。