CN105670040A - 一种负载型橡胶防老剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于橡胶助剂及防老领域,具体涉及一种负载型橡胶防老剂及其制备方法与应用。本发明将防老剂和无机载体按质量比(0.5~2):15混合,加入有机锡催化剂,在40~100℃的条件下搅拌反应3~8h;然后干燥,得到负载型橡胶防老剂。本发明能明显克服液相法操作复杂,回收率低成本高的缺点,同时也具有如减少小分子防老剂的挥发迁移,改善基体和界面的结合等的优点,而且其制备过程环保,高效,节能,产品回收率高,是一种真正的环境友好的新型橡胶助剂,在橡胶工业生产中具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于橡胶助剂及防老领域,具体涉及一种负载型橡胶防老剂及其制备方法与应用。
背景技术
在申请者的前期研究中,液相法型负载型橡胶防老剂已经成功制备和应用(贾志欣等,ZL201310292284.1),但其合成方法和工艺的复杂性无法满足工业生产的要求。所以为了实现工业化应用,改善负载型橡胶防老剂的合成方法,优化合成合成的条件显得尤为重要。利用固相法制备负载型防老剂不仅能克服液相合成方法的复杂性,还能避免使用有机溶剂,提高防老剂的防老效率,真正达到绿色环保、节能高效、成本低的要求,也为负载型橡胶助剂的工业化生产提供了很大的可能性。
酚类防老剂有着其独特的优点:无毒,无害,无颜色污染,对环境的污染小,能广泛应用在塑料和橡胶行业中。其结构中所含的酚羟基也能直接与二氧化硅表面的硅羟基反应,从而制备出高性能的负载型酚类防老剂。利用固相法制备此类防老剂不仅具有液相法的优点,如促进填料在橡胶基体中的分散和界面结合、减少防老剂迁移等,还具有减少环境污染、操作简单、节能等优点,符合绿色环保、的可持续发展的理念。
发明内容
为了克服现有技术的不足和缺点,本发明的首要目的在于提供一种负载型橡胶防老剂的制备方法,即该方法采用固相法制备负载型橡胶防老剂,其合成工艺简单,同时也利于工业化生产和节能环保。
本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的负载型橡胶防老剂,该负载型橡胶防老剂具有与采用液相法制备的防老剂同样高效、多功能、环境友好、低迁移、低成本等优点。
本发明的第三个目的在于提供上述负载型橡胶防老剂的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现:
一种负载型橡胶防老剂的制备方法,包含如下步骤:
(1)将防老剂和无机载体按质量比(0.5~2):15混合,加入有机锡催化剂,在40~100℃的条件下搅拌反应3~8h;
(2)将步骤(1)制得的反应产物干燥,得到负载型橡胶防老剂;
步骤(1)中所述的防老剂为2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)(防老剂2246)、2-巯基苯并咪唑(防老剂MB)、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体(防老剂RD)和2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉(防老剂FR)中的一种;
步骤(1)中所述的防老剂优选为2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)(防老剂2246);
步骤(1)中所述的无机载体为微米级或纳米级无机粒子,表面含有活性的羟基;
步骤(1)中所述的无机载体优选为白炭黑、高岭土、蒙脱土、埃洛石纳米管、滑石粉和云母粉氧化锌中的至少一种;
步骤(1)中所述的无机载体进一步优选为白炭黑、高岭土、蒙脱土和埃洛石纳米管中的一种;
步骤(1)中所述的防老剂和无机载体的质量比优选为1:15;
步骤(1)中所述的有机锡催化剂优选为二月桂酸二丁基锡催化剂或二醋酸二丁基锡催化剂;
步骤(1)中所述的有机锡催化剂的用量优选为无机载体质量的0.5%;
步骤(1)中所述的有机锡催化剂优选用乙醇稀释后再通过滴加的方式加入反应体系中;
步骤(1)中所述的反应条件优选为:在40~80℃的条件下搅拌反应4~8h;
步骤(2)中所述的干燥的温度优选为50~100℃;
一种负载型橡胶防老剂通过上述制备方法制备得到;
所述的负载型橡胶防老剂在硫化橡胶制备领域中的应用;
所述的负载型橡胶防老剂作为橡胶助剂;
所述的橡胶为天然橡胶、丁苯橡胶或其他合成橡胶;
本发明的原理:以2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)(防老剂2246)直接与白炭黑反应制备负载型防老剂SiO2-2246为例,其制备原理如下:
采用不同份数的防老剂,在不同温度和反应时间下合成负载型防老剂;
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:
(1)高效:负载型橡胶防老剂中的无机载体对防老剂具有活化作用,同时具有较大的比表面积,为防老剂参加化学反应阻止橡胶老化进程提供了较大的反应场所,从而可提高橡胶老化防护性能,是一种高效防老剂。
(2)多功能:负载型橡胶防老剂选用橡胶材料中常用的无机填料作为载体,由于在无机填料表面引入了有机防老剂,防老剂羟基和二氧化硅的羟基反应,可以有效改善填料之间的氢键作用,减轻填料粒子之间的团聚现象,提高填料与橡胶基体的相容性,促进填料在橡胶基体中的分散,加强填料与橡胶的界面结合,从而改善填料对橡胶的补强作用。因此,负载型橡胶防老剂兼有防老剂、补强剂、界面改性剂等多重效果。
(3)操作简单:和液相制备法相比,无需使用价格昂贵的偶联剂作为载体与防老剂之间的化学桥梁,减少了反应步骤,降低制备成本,回收率高。
(4)成本低:此方法不需要添加溶剂,完全可以避免提纯物质,除去溶剂的复杂操作和能量消耗,也不会有溶剂的浪费和污染。
(5)节能环保:反应温度比较低,反应时间短是节能的一个表现,此外负载型橡胶防老剂选用无毒,无污染的酚类防老剂与无毒无害的无机填料白炭黑制成,通过共价键的结合,能有效降低小分子的挥发和迁移,提高防老剂的作用效率。
附图说明
图1是二氧化硅(SiO2)负载型橡胶防老剂(SiO2-2246)的热失重曲线图。
图2是硫化胶在用液氮脆断之后的扫描电镜图;其中,(a):SBR/SiO2/2246,(b)改性后的SBR/SiO2-2246。
图3是实施例1制得的丁苯橡胶硫化胶在100℃老化条件下,不同热氧老化天数对应的拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率分析图:(a)拉伸强度保持率;(b)断裂伸长率保持率。
图4是实施例2制得的丁苯橡胶硫化胶在100℃老化条件下,不同热氧老化天数对应的拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率分析图:(a)拉伸强度保持率;(b)断裂伸长率保持率。
图5是实施例3制得的丁苯橡胶硫化胶在100℃老化条件下,不同热氧老化天数对应的拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率分析图:(a)拉伸强度保持率;(b)断裂伸长率保持率。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)分别将0.5g2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)(防老剂2246)和15.0g白炭黑混合在500mL的三口烧瓶中,滴加用1mL乙醇稀释后的有机锡催化剂,催化剂的用量为白炭黑质量的0.5%;在40℃的条件下高速搅拌反应4h;
(2)将步骤(1)制得的反应产物放入真空烘箱中,在60℃的条件下烘至恒重,得到固相法制备的负载型橡胶防老剂(SiO2-2246)。图1为该防老剂的热失重(TGA)曲线;
(3)将步骤(2)制得的负载型橡胶防老剂制备丁苯橡胶/白炭黑橡胶复合材料,其基本配方见表1,各组分用量的单位为phr。根据橡胶基本配方,按照活化剂(ZnO+St)→无机填料(SiO2)→防老剂(2246或SiO2-2246)→促进剂(CZ+DM)→硫磺(S)的加料顺序,在开炼机中混炼,分别得到SBR/SiO2橡胶复合材料、SBR/SiO2/2246橡胶复合材料和SBR/SiO2-2246橡胶复合材料;
其中,图2是SBR/SiO2/2246橡胶复合材料和SBR/SiO2-2246橡胶复合材料的SEM图,从图中可以看出:加入负载型橡胶防老剂(SiO2-2246)后,填料之间的分散有了明显的改善。
图3是混炼后的橡胶复合材料在160℃的温度下,在平板硫化仪硫化后的丁苯橡胶硫化胶在100℃热氧老化不同天数的拉伸强度和断裂伸长率保持率的变化,从图中可以看出:含有负载型橡胶防老剂(SiO2-2246)的丁苯橡胶硫化胶的拉伸强度和断裂伸长率的保持率是最高的,明显高于未改性的防老剂2246小分子的丁苯橡胶硫化胶的保持率。这说明防老剂2246在负载之后防老化效率有明显的提高。
表2是丁苯橡胶/白炭黑硫化胶被热氧老化之后9天后的交联密度的变化情况,可以看出含有SiO2-2246的硫化胶的交联密度上升率最小,低于其相应小分子的上升率。表明其减缓老化过程的作用最强,交联密度的变化规律与前述力学性能保持率的变化规律一致。
表1实施例1制得的橡胶复合材料基本配方
表2实施例1制得的橡胶复合材料的交联密度
实施例2
(1)分别将1.0g2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)(防老剂2246)和15.0g白炭黑混合在500mL的三口烧瓶中,滴加用1mL乙醇稀释后的有机锡催化剂,催化剂的用量为白炭黑质量的0.5%;在60℃的条件下高速搅拌反应6h;
(2)将步骤(1)制得的反应产物放入真空烘箱中,在60℃的条件下烘至恒重。得到固相法制备的负载型橡胶防老剂SiO2-2246;
(3)参照实施例1制备SBR/SiO2橡胶复合材料、SBR/SiO2/2246橡胶复合材料和SBR/SiO2-2246橡胶复合材料,其基本配方见表3;
表3实施例2制得的橡胶复合材料基本配方
图4是混炼后的橡胶复合材料在160℃的温度下,在平板硫化仪硫化后的丁苯橡胶硫化胶在100℃热氧老化不同天数的拉伸强度和断裂伸长率保持率的变化,从图中可以看出:含有负载型橡胶防老剂(SiO2-2246)的丁苯橡胶硫化胶的拉伸强度和断裂伸长率的保持率是最高的,明显高于未改性的防老剂2246小分子的丁苯橡胶硫化胶的保持率。这说明防老剂2246在负载之后防老化效率有明显的提高。
实施例3
(1)分别将2.0g2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)(防老剂2246)和15.0g白炭黑混合在500mL的三口烧瓶中,滴加用1mL乙醇稀释后的有机锡催化剂,催化剂的用量为白炭黑质量的0.5%;在80℃的条件下高速搅拌反应8h;
(2)将步骤(1)制得的反应产物反应完之后将其放入真空烘箱中,在80℃的条件下烘至恒重。得到固相法制备的负载型橡胶防老剂SiO2-2246;
(3)参照实施例制备SBR/SiO2橡胶复合材料、SBR/SiO2/2246橡胶复合材料和SBR/SiO2-2246橡胶复合材料;
(3)参照实施例制备SBR/SiO2橡胶复合材料、SBR/SiO2/2246橡胶复合材料和SBR/SiO2-2246橡胶复合材料,其基本配方见表4;
表4实施例3制得的橡胶复合材料基本配方
图5是混炼后的橡胶复合材料在160℃的温度下,在平板硫化仪硫化后的丁苯橡胶硫化胶在100℃热氧老化不同天数的拉伸强度和断裂伸长率保持率的变化,从图中可以看出:含有负载型橡胶防老剂(SiO2-2246)的丁苯橡胶硫化胶的拉伸强度和断裂伸长率的保持率是最高的,明显高于未改性的防老剂2246小分子的丁苯橡胶硫化胶的保持率。这说明防老剂2246在负载之后防老化效率有明显的提高。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种负载型橡胶防老剂的制备方法,其特征在于包含如下步骤:
(1)将防老剂和无机载体按质量比(0.5~2):15混合,加入有机锡催化剂,在40~100℃的条件下搅拌反应3~8h;
(2)将步骤(1)制得的反应产物干燥,得到负载型橡胶防老剂。
2.根据权利要求1所述的负载型橡胶防老剂的制备方法,其特征在于:
步骤(1)中所述的防老剂为2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、2-巯基苯并咪唑、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体和2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉中的一种。
3.根据权利要求1所述的负载型橡胶防老剂的制备方法,其特征在于:
步骤(1)中所述的无机载体为白炭黑、高岭土、蒙脱土、埃洛石纳米管、滑石粉和云母粉氧化锌中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的负载型橡胶防老剂的制备方法,其特征在于:
步骤(1)中所述的防老剂和无机载体的质量比为1:15。
5.根据权利要求1所述的负载型橡胶防老剂的制备方法,其特征在于:
步骤(1)中所述的有机锡催化剂为二月桂酸二丁基锡催化剂或二醋酸二丁基锡催化剂。
6.根据权利要求1所述的负载型橡胶防老剂的制备方法,其特征在于:
步骤(1)中所述的有机锡催化剂的用量为无机载体质量的0.5%。
7.根据权利要求1所述的负载型橡胶防老剂的制备方法,其特征在于:
步骤(1)中所述的反应条件为:在40~80℃的条件下搅拌反应4~8h。
8.根据权利要求1所述的负载型橡胶防老剂的制备方法,其特征在于:
步骤(2)中所述的干燥的温度为50~100℃。
9.一种负载型橡胶防老剂,其特征在于:通过权利要求1~8任一项所述的制备方法制备得到。
10.权利要求9所述的负载型橡胶防老剂在硫化橡胶制备领域中的应用。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160615 |