TWI530523B - Rubber composition for the preparation of rubber rolls and applications thereof - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種橡膠組成物,特別是指一種用於製備橡膠輥輪的橡膠組成物。
在紡織、印染、冶金及化工等領域的生產過程中經常使用橡膠輥輪。普遍來說,橡膠輥輪的操作條件較為嚴苛,可能必須在高溫、高壓或是長時間與熱油接觸等環境加工作,因此經常有老化、龜裂、磨損或物性變化等情形發生,不僅橡膠輥輪本身的使用壽命短,需經常保養或更換,更會直接對產品的品質造成不良影響。
一般的橡膠輥輪是包含軸桿以及包覆軸桿的橡膠層,而橡膠層是由橡膠組成物所形成。適用於塗覆汽車鋼板的橡膠輥輪,須具備高達100mpm的產線高速塗覆能力。
CN87103146A揭示一種具有良好低溫撓曲性能的可硫化聚合物組成物,包含a)50至90重量份且含氯30至50%的氯化聚乙烯或氯磺化聚乙烯的氯化聚烯烴彈性體,以及b)10至50重量份乙烯三元聚合物,是包括48至74wt%的乙烯、20至40wt%的丙烯酸烷基酯,以及6至12wt%的一氧化碳或二氧化碳。該可硫化的聚合物組成物硫化後
適用於作為與油接觸的低溫應用橡膠輥輪,耐油溶脹性能良好,但無法適用於作為塗覆汽車鋼板的橡膠輥輪。
台灣專利公告第304968號揭示一種橡膠組成
物,其係由烴類橡膠、硫化劑及/或交聯劑、及具有不大於10克/100g之溴值之氫化石油樹脂所組成,其中,該烴類橡膠為一種或更多種選自於乙烯-丙烯共聚物橡膠(ethylene propylene rubber,簡稱EPR)、乙烯-丙烯-三元共聚物(Ethylene propylene diene terpolymer,簡稱EPDM)、天然橡膠(Natural Rubber,簡稱NR)、異戊二烯橡膠(isoprene rubber,簡稱IR)、苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠(styrene-butadiene rubber,簡稱SBR),及丁二烯橡膠(butadiene rubber,簡稱BR);該氫化石油樹脂是藉由含芳族基乙烯基的單體氫化環戊二烯及/或二環戊二烯之共聚物而得;以該烴類橡膠為100重量份,該硫化劑及/或交聯劑的含量為0.2至20重量份,該氫化石油樹脂含量為0.5至50重量份。該橡膠組成物之加工性較單獨使用烴類橡膠者佳,抗拉強度及硬度良好,可用於一般用途之橡膠工業中,但就作為塗覆用的橡膠輥輪來說,橡膠組成物的硬度、抗拉強度及伸長率均需落入特定的範圍中,方能達到高速塗覆的需求。
由上述可知,找尋一種兼具耐磨性及塗覆性的
橡膠組成物,仍為產業界所迫切需求。
因此,本發明之第一目的,即在提供一種耐磨
耗以及塗覆性良好的用於製備橡膠輥輪的橡膠組成物。
於是本發明用於製備橡膠輥輪的橡膠組成物,是由一反應混合物聚合而成,該反應混合物包含:(A)乙烯-丙烯三元共聚物(Ethylene propylene diene terpolymer,簡稱EPDM);(B)聚氨酯(polyurethane);(C)氯化乙烯;(D)硫化劑;(E)補強劑;(F)硬酯酸鋅(zinc stearate);(G)加工助劑;及(H)硫化促進劑;其中,以(A)乙烯-丙烯三元共聚物與(B)聚氨酯之總重量為100重量份計,該(A)乙烯-丙烯三元共聚物之用量範圍為60至80重量份,該(B)聚氨酯之用量範圍為20至40重量份,該(C)氯化乙烯之用量範圍為5至15重量份,該(D)硫化劑的用量為1至3重量份,及該(E)補強劑的用量範圍為11至38.5重量份,該(F)硬酯酸鋅的用量範圍為2至3重量份,該(G)加工助劑的用量範圍為0.5至1.5重量份,及該(H)硫化促進劑的用量範圍為2至4。
本發明的第二目的在於提供一種橡膠輥輪,包含一軸桿,及至少一包覆於該軸桿外周圍的橡膠層,其中,該橡膠層是由如前所述之用於製備橡膠輥輪的橡膠組成物所構成。
本發明的第三目的在於提供一種橡膠輥輪的製備方法,是包含以下步驟:一壓延步驟,是將一如前所述之反應混合物進行壓延,得到一橡膠薄片;一被覆步驟,將該橡膠薄片被覆於一軸桿的表面,製得一被覆有橡膠薄片的軸桿;及一硫化步驟,將該被覆有橡膠薄片的軸桿置於140至160℃環境下,使該橡膠薄片進行硫化反應並於該軸桿外周圍形成一橡膠層,製得該橡膠輥輪。
本發明之功效在於:該橡膠組成物各組份間相容性良好,因此能兼具乙烯-丙烯三元共聚物及聚氨酯的耐磨耗性及塗覆性,適用於製作汽車鋼板生產工廠的塗覆用輥輪。
本發明用於製備橡膠輥輪的橡膠組成物,是由一反應混合物聚合而成,該反應混合物包含:(A)乙烯-丙烯三元共聚物;(B)聚氨酯;(C)氯化乙烯;(D)硫化劑;(E)補強劑;
(F)硬酯酸鋅;(G)加工助劑;及(H)硫化促進劑;其中,以(A)乙烯-丙烯三元共聚物與(B)聚氨酯之總重量為100重量份計,該(A)乙烯-丙烯三元共聚物之用量範圍為60至80重量份,該(B)聚氨酯之用量範圍為20至40重量份,該(C)氯化乙烯之用量範圍為5至15重量份,該(D)硫化劑的用量為1至3重量份,及該(E)補強劑的用量範圍為11至38.5重量份,該(F)硬酯酸鋅的用量範圍為2至3重量份,該(G)加工助劑的用量範圍為0.5至1.5重量份,及該(H)硫化促進劑的用量範圍為2至4。
本發明的特徵在於透過(C)氯化乙烯的極性,使(A)乙烯-丙烯三元共聚物及(B)聚氨酯兩種異質橡膠均勻混摻且彼此相容良好,經(D)硫化劑共硫化後,該橡膠組成物可以兼具(A)乙烯-丙烯三元共聚物及(B)聚氨酯的優良機械性質。
需提醒的是,以(A)乙烯-丙烯三元共聚物與(B)聚氨酯之總重量為100重量份計,其餘成份為外加。若該(A)乙烯-丙烯三元共聚物之用量範圍非為60至80重量份,或是該(B)聚氨酯之用量範圍非為20至40重量份,則(A)乙烯-丙烯三元共聚物與(B)聚氨酯的相容性不佳,該橡膠組成物的機械性質難以合乎需求。當該(C)氯化乙烯的用量範圍非為5至15重量份,也會導致該橡膠組成物的物性不佳。當該(D)硫化劑的用量大於3重量份,該橡膠組成物的
硬度過大,當該(D)硫化劑的用量小於1重量份,該橡膠組成物的硬度不足,難以合乎實際使用需求。
該(D)硫化劑的作用在於使該(A)乙烯-丙烯三元共聚物及(B)聚氨酯進行硫化。較佳地,該(D)硫化劑是選自於過氧化二異丙苯(dicumyl peroxide,簡稱DCP)、硫磺,或此等之一組合。更佳地,該(D)硫化劑是過氧化二異丙苯。
較佳地,該(E)補強劑是選自於碳黑、白煙(SiO2)、矽烷偶合劑,或此等之一組合。更佳地,該(E)補強劑是重量比例為10:1的白煙及碳黑。
該(F)硬酯酸鋅是作為內脫膜劑。
較佳地,該(G)加工助劑是聚乙二醇,其市售商品可例如但不限於PEG4000。
較佳地,(H)硫化促進劑是選自於氧化鋅、氧化鎂,及此等之一組合。
較佳地,該反應混合物還包含(I)添加劑,是依實際應用時的不同需求進行添加,以使該反應混合物所製得的橡膠組成物具有更優異的物性。該(I)添加劑的種類並沒有特別限制,可以添加一種或多種,只要不損及該橡膠組成物的物性即可,可例如但不限於用於防止老化及表面黃變的蠟、抗氧化劑、二氧化鈦、群青(ultramarine)等。
本發明橡膠輥輪,包含一軸桿,及至少一包覆於該軸桿外周圍的橡膠層,其中,該橡膠層是由前述之用於製備橡膠輥輪的橡膠組成物所構成。
本發明橡膠輥輪的製備方法,是包含以下步驟:
一壓延步驟,是將一如前述之反應混合物進行壓延,得到一橡膠薄片;一被覆步驟,將該橡膠薄片被覆於一軸桿的表面,製得一被覆有橡膠薄片的軸桿;及一硫化步驟,將該被覆有橡膠薄片的軸桿置於140至160℃環境下,使該橡膠薄片進行硫化反應並於該軸桿外周圍形成一橡膠層,製得該橡膠輥輪。
本發明將就以下實施例來作進一步說明,但應瞭解的是,該實施例僅為例示說明之用,而不應被解釋為本發明實施之限制。
<化學品及儀器>
1. (A)乙烯-丙烯三元共聚物(以下簡稱EPDM):購自於荷蘭DSM公司;型號為520。
2. (B)聚氨酯膠(以下簡稱mPU):100%聚氨酯膠,購自於TSE代理商首立公司;型號為m-5004W。
3. (C)氯化乙烯(以下簡稱CPE):100%氯化乙烯,購自於Dow Chemical代理商普榮公司;型號0352L。
4. 過氧化二異丙苯(以下簡稱DCP):橡榮公司提供。
5. 白煙:購自於橡榮公司,型號「VN-31」之產品。
6. 碳黑:購自於極東貿易公司,型號CABOT N330。
7. (F)硬酯酸鋅:購自於首立公司。
8. 聚乙二醇:購自於首立公司,型號PEG-4000。
9. 氧化鋅:橡榮公司提供。
10. 蠟:型號為S-6066。
11. 抗氧化劑:3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八烷醇酯(Octadecyl 3,5-Di-(tert)-butyl-4-
Hydroxyhydrocinnamate),CAS號碼為2082-79-3,又稱為抗氧化劑1076。
12. 二氧化鈦
13. 群青
14. 捏合機:利拿公司出品,又稱混煉機,型號3L-KD3-7.5。
15. 材料試驗機:Instron公司出品。
16. 50頓熱壓機:宏達機械30噸
17. 硫化測試儀:高鐵公司出品,型號MD-3000A。
18. 硬度劑(shore A):符合CNS-3555。
<實施例1至7及比較例1至3>
[實施例1]
實施例1是以(A)乙烯-丙烯三元共聚物與(B)聚氨酯之總重量為100重量份計,取80重量份的(A)EPDM、5重量份的(C)CPE、3重量份的(F)硬酯酸鋅及20重量份的(B)PU依序加入捏合機中,溫度設定為110至120℃,反應15分鐘達到膠化效果後,獲得一第一物料。將前述第一物料翻到出料槽,待冷卻後取出,作為第二階段捏合使用。
將30重量份的白煙、3重量份的碳黑、1.5重量份的(G)加工助劑聚乙二醇PEG4000、3重量份的氧化鋅(配方比例如表1所記載)依序加入捏合機中,溫度設定為110至120℃,反應2小時後,獲得一第二物料。將前述第二物料翻到出料槽,待冷卻再放回捏合機,之後加入1重量份的(D)硫化劑過氧化二異丙苯,此時不需加熱,只要混摻至均勻後即可出料。
將第二物料及第一物料加入雙輥機中,於50℃翻滾打料成三角包數十次後,以約10mm的厚片出片。
[實施例2至6]
實施例2至6的製備方法大致與實施例1相同,不同之處主要在於各組份的用量。實施例2至6所用的組份及配方比例詳細記載於表1。
[實施例7]
實施例7是以(A)乙烯-丙烯三元共聚物與(B)聚氨酯之總重量為100重量份計,取80重量份(A)EPDM、10重量份(C)CPE、2重量份(F)硬酯酸鋅及20重量份(B)PU依序加入捏合機中,溫度設定為110至120℃,反應15分鐘達到膠化效果後,獲得一第一物料。將前述第一物料翻到出料槽,待冷卻後取出,作為第二階段捏合使用。
將35重量份的白煙、3.5重量份的碳黑、1.5重量份的聚乙二醇、3重量份的氧化鋅、2重量份的蠟、1.5重量份的抗氧化劑1076、5重量份的二氧化鈦,及0.3重量份的群青依序加入捏合機中,溫度設定為110至120℃,反應2小
時後,獲得一第二物料。將前述第二物料翻到出料槽,待冷卻再放回捏合機,之後加入1重量份的(D)硫化劑過氧化二異丙苯,此時不需加熱,只要混摻至均勻後即可出料。
將第二物料及第一物料加入雙輥機中,於50℃翻滾打料成三角包數十次後,以約10mm的厚片出片。
實施例7所用的組份及配方比例詳細記載於表1。
[比較例1]
比較例1是100重量份的(A)EPDM,未添加其他組份。
[比較例2]
比較例2是100重量份的(B)PU,未添加其他組份。
[比較例3]
比較例3是以(A)乙烯-丙烯三元共聚物與(B)聚氨酯之總重量為100重量份計,取80重量份(A)EPDM、10重量份(C)CPE、2重量份(F)硬酯酸鋅及20重量份(B)PU依序加入捏合機中,溫度設定為110至120℃,反應15分鐘達到膠化效果後,獲得一第一物料。將前述第一物料翻到出料槽,待冷卻後取出,作為第二階段捏合使用。
將30重量份的白煙、3重量份的碳黑、1.5重量份的聚乙二醇、3重量份的氧化鋅,以及2重量份的蠟、1.5重量份的抗氧化劑1076、5重量份的二氧化鈦,及0.3重量份的群青等(H)添加劑依序加入捏合機中,溫度設定為110至120℃,反應2小時後,獲得一第二物料。將前述第二物料翻到出料槽,待冷卻再放回捏合機,之後加入1重量份的(D)硫化劑過氧化二異丙苯,此時不需加熱,只要混摻至均勻
後即可出料。
將第二物料及第一物料加入雙輥機中,於50℃翻滾打料成三角包數十次後,以約10mm的厚片出片。
比較例3所用的組份及配方比例詳細記載於表1。
<評估項目>
將實施例1至7及比較例1及3進行下列項目之評估,評估結果記錄於表2。
1.抗拉強度
以CNS3553方法測試。抗拉強度需≧110kg/cm2方能合乎需求。
2.伸長率
以CNS3553方法測試。伸長率需≧710%方能合乎需求。
3.硬度
以CNS3555方法測試。硬度需落入57±5A之範圍方能合乎需求。
4.磨耗(Akron)
以CNS734方法測試。磨耗需<1.2C.C.為較佳。
5.溶劑浸漬後的密度及硬度變化
測量溶劑浸漬前後的密度及硬度數值差異與原始值的百分比變化。
6.接觸角
透過在厚片表面滴上一水滴進行測量。若水滴受到表面之作用力甚強,將會完全地平貼在表面上,則其接觸角約為0°。在高親水性的表面上,水滴的接觸角約為0°到30°,
若為非強親水性之表面,則接觸角則會較大,約為90°,若是疏水性表面,則接觸角將大於90°;對於高疏水性的表面,其對水的接觸角可高達150°甚至將近180°。
由表1及表2可知,相較於比較例1及2單獨
使用EPDM或PU,實施例1至6之本發明橡膠組成物具有良好的物性,硬度、抗拉強度及伸長率等性質均合乎製作橡膠輥輪的需求。
比較例3的配方是將實施例2的配方進一步添
加(I)添加劑,企圖使該橡膠組成物具有防止老化及表面黃化的性質,但造成該橡膠組成物的抗拉強度和硬度不合乎需求。於是,實施例7進一步將比較例3的配方進行調整,提高(E)補強劑的添加比例,使所製得的橡膠組成物確實具有良好物性並能夠防止老化及表面黃化,且以溶劑浸漬一個月後,該橡膠組成物的密度及硬度的變化均小於等於0.25%。
實施例1至7的評估結果顯示本發明橡膠組成
物透過(C)氯化乙烯的極性,使兩種異質橡膠均勻混摻且相容良好,再經(D)硫化劑共硫化後,該橡膠組成物確實可以兼具(A)乙烯-丙烯三元共聚物及(B)聚氨酯的優良機械性質。
綜上所述,本發明橡膠組成物透過(C)氯化乙烯
使(A)乙烯-丙烯三元共聚物及(B)聚氨酯間相容良好,並配合其他組份,所製得的橡膠輥輪耐磨耗性及塗覆性佳,特別適用於作為汽車鋼板廠的塗覆用輥輪,故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者,僅為本發明之較佳實施例而
已,當不能以此限定本發明實施之範圍,即大凡依本發明
申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾,皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
Claims (9)
- 一種用於製備橡膠輥輪的橡膠組成物,是由一反應混合物聚合而成,該反應混合物包含:(A)乙烯-丙烯三元共聚物;(B)聚氨酯;(C)氯化乙烯;(D)硫化劑;(E)補強劑;(F)硬酯酸鋅;(G)加工助劑;及(H)硫化促進劑;其中,以(A)乙烯-丙烯三元共聚物與(B)聚氨酯之總重量為100重量份計,該(A)乙烯-丙烯三元共聚物之用量範圍為60至80重量份,該(B)聚氨酯之用量範圍為20至40重量份,該(C)氯化乙烯之用量範圍為5至15重量份,該(D)硫化劑的用量為1至3重量份,及該(E)補強劑的用量範圍為11至38.5重量份,該(F)硬酯酸鋅的用量範圍為2至3重量份,該(G)加工助劑的用量範圍為0.5至1.5重量份,及該(H)硫化促進劑的用量範圍為2至4。
- 如請求項1所述的用於製備橡膠輥輪的橡膠組成物,其中,該(H)硫化促進劑是選自於氧化鋅、氧化鎂,及此等之一組合。
- 如請求項1所述的用於製備橡膠輥輪的橡膠組成物,其 中,該(D)硫化劑是選自於過氧化二異丙苯、硫磺,及此等之一組合。
- 如請求項1所述的用於製備橡膠輥輪的橡膠組成物,其中,該(E)補強劑是選自於白煙、矽烷偶合劑、碳黑,及此等之一組合。
- 如請求項1所述的用於製備橡膠輥輪的橡膠組成物,其中,該(E)補強劑是重量比例為10:1的白煙及碳黑。
- 如請求項1所述的用於製備橡膠輥輪的橡膠組成物,其中,該(G)加工助劑是聚乙二醇。
- 如請求項1所述的用於製備橡膠輥輪的橡膠組成物,其中,該反應混合物還包含(I)添加劑,該(I)添加劑是選自於蠟、二氧化鈦、群青、抗氧化劑,及此等之一組合。
- 一種橡膠輥輪,包含一軸桿,及至少一包覆於該軸桿外周圍的橡膠層,其中,該橡膠層是由如請求項1至7中任一項所述之用於製備橡膠輥輪的橡膠組成物所構成。
- 一種橡膠輥輪的製備方法,是包含以下步驟:一壓延步驟,是將一如請求項1至7中任一項所述之反應混合物進行壓延,得到一橡膠薄片;一被覆步驟,將該橡膠薄片被覆於一軸桿的表面,製得一被覆有橡膠薄片的軸桿;及一硫化步驟,將該被覆有橡膠薄片的軸桿置於140至160℃環境下,使該橡膠薄片進行硫化反應並於該軸桿外周圍形成一橡膠層,製得該橡膠輥輪。
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