CN109593238A - 一种海水淡化设备橡胶衬里组合物及其应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于材料技术领域，特别涉及橡胶高分子材料领域。本发明公开了一种海水淡化设备低温低压硫化橡胶衬里组合物及其应用方法，所述组合物包括如下重量份的组分：天然橡胶60～80重量份、氯丁橡胶20～40重量份、纳米氧化锌3～8重量份、纳米炭黑10～30重量份、填料10～30重量份、硫磺1～2重量份、超速促进剂1～4重量份。本发明铺设在设备后，无需整体再进硫化釜进行硫化定型，可在设备本体内低温、低压硫化，从而解决了大型设备交通运输不便的问题，适应海水淡化设备大型化趋势，具有重要的经济效益和社会意义。另外，本发明可在‑30℃低温下运输且安装不开裂，解决了天然硬质橡胶衬里5℃以下运输和安装容易开裂的问题，也解决了氯丁橡胶低温下衬里材料***，施工难度大的问题，能有效阻止海洋生物吸附在衬里上。

Description

一种海水淡化设备橡胶衬里组合物及其应用方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，特别涉及橡胶高分子材料领域，具体涉及一种大型超高超长海水淡化设备橡胶衬里组合物及其应用方法。
背景技术
近年来，随着世界人口的不断增长、全球经济的快速发展以及气候的不断变化，作为经济社会发展的基础和保障的淡水资源短缺日益严重，并已逐渐成为制约全球经济和社会发展的突出问题之一，因此开发和合理利用淡水资源成为大多数国家需要思考的问题。随着科学技术的不断提高，众多水资源可持续利用的新技术不断涌现，其中海水淡化正是解决淡水资源紧缺的可选方法之一。海水淡化就是将海水中的盐份脱除从而得到可以利用的淡水的过程或工艺，是一种实现水资源可持续利用的开源增量技术，该方法可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响，可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水，同时所得淡水水质较好且价格合理。
但是海水的平均含盐量为3.5％，这也就意味着海水中氯离子含量很高，并且出于阻止水垢形成和消除微生物的需要，还需在海水中加入阻垢剂硫酸氢钠和硫酸以及杀菌剂次氯酸钠，这也增强了海水的腐蚀性。因此如果不对大多由碳钢和普通不锈钢制成的设备、管道和容器加以保护，海水会对其造成很强的腐蚀作用。防腐橡胶内村具有寿命较长和成本较低的特点，在国内外得到了广泛的应用，是目前海水淡化相关设备中使用最为广泛的内村材料，其中应用最多的天然硬质橡胶内衬。天然硬质橡胶内衬具有材料成本低、粘贴施工容易、防腐性能优良等优点。但天天然硬质橡胶内衬材料的断裂伸长率低，一般在2～15％，在5℃以下运输、安装和维修时存在因为震动和变形引起内衬开裂的问题。另外，天然橡胶中蛋白质容易吸附和滋长海洋生物，增加海水淡化设备清洁工作量。目前市场上虽有氯丁橡胶内衬应用到海水淡化设备，但在海水淡化核心设备-超大尺寸过滤器中还基本上没有使用氯丁橡胶内衬，因为氯丁橡胶内衬材料在存放过程中，特别是在23℃以下的环境中，内衬容易***，在拐角部位粘贴时容易弹起，这种材料在衬过滤器多孔板(有数百个孔)时，施工难度很大。
目前市面上的天然硬质橡胶内衬和氯丁橡胶内衬粘贴到金属设备上后，需要在高温度130～143℃,高压力0.2～6MPa的条件下硫化，而且主要是在硫化罐中硫化。大型超高超长的设备，陆上运输不能过桥梁和涵洞，不能进硫化罐硫化，只能在沿海的工厂衬胶，并本体硫化，在没有高压蒸汽的情况下，只能选择低温低压硫化方式，而且低温低压硫化方式生产安全性高。为解决上述技术问题，本发明由此而来。
发明内容
本发明旨在解决现有技术海水设备的橡胶内衬制备工艺复杂的情况，提供一种大型超高超长海水淡化设备橡胶衬里及其低温低压硫化的制备方法。本发明所述的一种大型超高超长海水淡化设备橡胶衬里符合海水淡化防腐设备衬胶和反渗透工艺的耐压要求，并符合生活用水接触材料要求。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：海水淡化设备橡胶衬里组合物，其包括如下重量份的组分：
天然橡胶60～80重量份、氯丁橡胶20～40重量份、纳米氧化锌3～8重量份、纳米炭黑10～30重量份、填料10～30重量份、硫磺1～2重量份、超速促进剂1～4重量份。
所述的氯丁橡胶优选为硫磺调节型氯丁橡胶。
所述填料为陶土、煅烧陶土、滑石粉、云母、蒙脱土、高岭土、木素、硅灰石、硅藻土、凹凸棒土、埃洛石、海泡石中的一种或多种的混合体。
所述超速促进剂选自秋兰姆类促进剂、二硫代氨基甲酸盐类促进剂、黄原酸盐类促进剂中的一种或多种的混合体。
其中，所述秋兰姆类促进剂选自TMTM(一硫化四甲基秋兰姆)、TMTD(二硫化四甲基秋兰姆)、TETD(二硫化四乙基秋兰姆)、BTD(二硫化四丁基秋兰姆)、DPTT(四硫化双戊撑秋兰姆)、TE(二硫化二乙基二苯基秋兰姆)、TBzTD(二硫化四苄基秋兰姆)中的一种或多种的混合体；
二硫代氨基甲酸盐类促进剂选自ZnMDC(二甲基二硫代氨基甲酸锌)、ZnEDC(二乙基二硫代氨基甲酸锌)、ZnBDC(二丁基二硫代氨基甲酸锌)、ZnBzDC(乙基苯基二硫代氨基甲酸锌)、ZnBzDC(二苄基二硫代氨基甲酸锌)、TeEDC(二乙基二硫代氨基甲酸碲)、FeMDC(二甲基二硫代氨基甲酸铁)、CuMDC(二甲基二硫代氨基甲酸铜)中的一种或多种的混合体；
黄原酸盐类促进剂选自ZnBX(正丁基黄原酸锌)、ZnPX(异丙基黄原酸锌)中的一种或多种的混合体。
所述天然橡胶的灰分不大于1.0％，氮含量不大于0.6％，挥发分不大于0.8％，塑性初值(P6)不小于39，塑性保持率(PRI)不小于40。
所述纳米氧化锌的平均粒径不大于100nm，XRD线宽化法平均晶粒不大于100nm，比表面积不小于15m2/g，团聚指数不大于100，铅含量不大于0.001％，锰含量不大于0.001％，铜含量不大于0.0005％，镉含量不大于0.0015％，汞含量不大于0.0001％，砷含量不大于0.0003％，105℃挥发物不大于0.5％，水溶物不大于0.10％，盐酸不溶物不大于0.02％，灼烧失重不大于2％。
所述纳米炭黑的吸碘值为15±4g/kg，吸油值为(120±5)×10-5m3/kg，压缩样吸油值为(11～19)×10-5m3/kg，加热减量不大于1.0％，灰分不大于0.3％，500μm筛余物不大于10mg/kg，45μm筛余物不大于1000mg/kg。
所述硫磺中硫的质量分数不小于99.95％，水分不大于2.0％，灰分不大于0.03％，酸度(以H2SO4计)不大于0.003％，有机物含量(以C计)不大于0.03％，砷含量不大于0.0001％，铁含量不大于0.003％，筛余物(75～150μm)质量分数不大于0.5％。
本发明的第二方面的技术方案提供海水淡化设备橡胶衬里组合物制备橡胶的方法，包括以下步骤：将天然橡胶在密炼机中塑炼后，投入塑解剂，继续塑炼，然后转运到开炼机上压成片，停放一段时间后；将停放过的天然橡胶塑炼胶加到密炼机中，再将氯丁橡胶加到密炼机中，密炼1～10min后，添加纳米炭黑、纳米氧化锌和填料，密炼然后转运到开炼机上，压成片，再添加硫磺和超速促进剂，继续开炼机混合，然后薄通、切成条，最后挤出胶板，裁剪成一定宽度和长度的橡胶片。
本发明的海水淡化设备橡胶衬里组合物制备橡胶的方法，其包括以下步骤：
(1)按配方比例称好原料，将天然橡胶在密炼机中塑炼1～3min后，投入塑解剂，继续塑炼，至80～100℃将胶料排到运料斗中，然后转运到开炼机上，压成片，切割成小卷，每卷重量按配方中规定的重量，停放4～24h后用于混炼；
(2)将停放过的天然橡胶塑炼胶加到密炼机中，密炼0.5～1min后将氯丁橡胶加到密炼机中，密炼1～3min，然后按配方添加纳米炭黑、纳米氧化锌和填料，密炼至55～75℃将胶料排到运料斗中，然后转运到开炼机上，压成片，再添加硫磺和超速促进剂，在硫磺和超速促进剂全部进入胶料后，调整开炼机辊距，薄通3～5遍，然后再调整开炼机辊距至8～12mm,压胶料，然后切成宽为100～130mm的条状，经胶料冷却机冷却风干，放置4～24h后挤出；
(3)将停放好的胶料在销钉式冷喂料挤出上挤出胶板；
(4)按照设计图纸要求，裁剪成一定宽度和长度的橡胶片。
本发明的第三方面的技术方案提供海水淡化设备橡胶衬里组合物的应用方法，包括如下步骤：
(1)将海水淡化设备橡胶衬里组合物制备得到橡胶片备用；
(2)在需要衬橡胶的设备进行表面喷砂除锈后，涂刷双组分的SP-2D粘合剂作为底层粘合剂，风干后涂刷双组分的SP-2L粘合剂，风干后再涂刷单组份SP-2粘合剂作为面层粘合剂；
(3)将步骤(1)得到的橡胶片表面刷SP-2粘合剂，风干后平铺到步骤(2)的设备粘合剂表面，用压辊辊压橡胶衬里，使紧密地贴在设备上；
(4)通过法兰孔，将步骤(3)的衬胶设备进行硫化，硫化条件：压力0.06～0.08MPa，温度110～116℃。
SP-2D粘合剂由如下组份制备而成：氯化橡胶50～80重量份、酚醛树脂10～35重量份、炭黑5～10份、二甲苯/乙酸乙酯400～600重量份。制造工艺过程是，先按配方称量各组份，将固体组份加入高速分散机中，然后加入二甲苯/乙酸乙酯，合上分散机密封盖板，启动分散机搅拌，缓慢调高转速至200～300转/min，搅拌后5-60分钟后，提高转速至800～1000转/min，搅拌至分散均匀，无未溶解物，然后放入到粘合剂桶中，包装待用。所述二甲苯/乙酸乙酯的二甲苯：乙酸乙酯重量比为1-10:0.5-5。
SP-2L粘合剂为SP-2粘合剂和聚异氰酸酯溶液按照重量比100：3～6的混合物。其制备方法是按比例将聚异氰酸酯加入到SP-2粘合剂中，用木棒或类似工具搅拌2～4min，至均匀状态，待用，配制后有效使用期3h。
SP-2粘合剂为优质天然橡胶粘合剂，可以从国内外主要橡胶衬里厂家购买。
所述步骤(4)的低温低压硫化方法为：通过法兰孔，将步骤(3)的衬胶设备内布置压缩空气进气管道、蒸汽进气管道和排气排水阀，然后用适当的盖板密封设备，降低设备内压力，然后缓慢通蒸汽至0.06～0.08MPa，温度110～116℃，保温保压1～24h，然后停止通蒸汽，缓慢排气，降温至60℃后排空压力，结束硫化过程。
综上所述，本发明提出一种大型超高超长海水淡化设备橡胶衬里及其低温低压硫化的制备方法，不再拘泥于以往的硫化釜高压高温硫化，该发明铺设在设备后，无需整体再进硫化釜进行硫化定型，可在设备本体内低温、低压硫化，从而解决了大型设备交通运输不便的问题，使橡胶衬里工艺更为高效，适应海水淡化设备大型化趋势，具有重要的经济效益和社会意义。
另外，本发明提供的橡胶衬里主要成分是天然橡胶和氯丁橡胶，是一种软质橡胶衬里，衬里延伸率≥350％,可在-30℃低温下运输和安装不开裂，解决了天然硬质橡胶衬里5℃以下运输和安装容易开裂的问题。天然橡胶中并用氯丁橡胶，能有效阻止海洋生物吸附在衬里上。氯丁橡胶中并用天然橡胶，解决了氯丁橡胶低温下衬里材料***，施工难度大的问题。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1
(1)按以下配比称取各组分：天然橡胶50kg、氯丁橡胶10kg纳米氧化锌5.5kg、纳米炭黑12.2kg、填料8.5kg、硫磺1kg、促进剂1.55kg。
(2)将天然橡胶置于密炼机中塑炼1min后，投入塑解剂，继续塑炼，至85℃将胶料排到运料斗中，然后转运到开炼机上，压成片，切割成小卷，每卷重量按配方中规定的重量，停放8h后用于混炼；
(3)将停放过的天然橡胶塑炼胶加到密炼机中，密炼0.5～1min后将氯丁橡胶加到密炼机中，密炼1～3min，然后按配方添加纳米炭黑、纳米氧化锌和填料密炼，密炼至55～75℃将胶料排到运料斗中，然后转运到开炼机上，压成片，再添加硫磺和超速促进剂，在硫磺和超速促进剂全部进入胶料后，调整开炼机辊距，薄通3～5遍，然后再调整开炼机辊距至8～12mm,压胶料，然后切成宽为100～130mm的条状，经胶料冷却机冷却风干，放置4～24h后挤出；
(4)将停放好的胶料在销钉式冷喂料挤出上挤出胶板；按照客户要求和设计图纸要求粘贴施工，按规格裁剪、贴合成一定宽度，定长。根据设备尺寸裁橡胶片，
(5)需要衬橡胶的设备进行金属表面喷砂，喷砂等级为Sa 2.5，清扫干净后，3.5h内刷SP-2D粘合剂1遍，风干1.5h后，刷SP-2L胶黏剂，风干2h后，再刷SP-2红色胶黏剂，风干12h；在橡胶片表面刷SP-2红色胶黏剂，风干6h后平铺到刷有胶黏剂的设备表面，用压辊辊压橡胶衬里，使紧密地贴在设备上；
(6)通过法兰孔，用适当的方式在衬胶设备内布置压缩空气进气管道、蒸汽进气管道和排气排水阀，然后用适当的盖板密封设备，向设备内通压缩空气，至0.1MPa，检测设备密封性能，无明显漏气现象则开排气阀，降低设备内压力至0.06MPa，然后缓慢通蒸汽，至0.06MPa，温度110℃，保温保压2h，停止通蒸汽，缓慢排气，通空压机补充压力维持在0.06MPa，约2h内降温至60℃，然后停止加压缩空气，排空压力，结束硫化过程。
实施例2
与实施例1相比，将步骤(1)天然橡胶用量变为40kg，氯丁橡胶用量变为20kg，其他条件保持不变。
实施例3
与实施例1相比，将步骤(1)中纳米氧化锌用量变为7.5kg，纳米炭黑用量变为10.5kg，其他条件保持不变。
实施例4
与实施例1相比，将步骤(1)中填料用量变为8.7kg，硫磺用量变为0.8kg，超速促进剂用量变为2.5kg，其他条件保持不变。
实施例5
与实施例1相比，将步骤(2)中塑炼时间变为3min，其他条件保持不变。
实施例6
与实施例1相比，将步骤(2)中塑炼温度变为90℃，其他条件保持不变。
实施例7
与实施例1相比，将步骤(2)中停放时间变为12h，其他条件保持不变。
实施例8
与实施例1相比，将步骤(3)中薄通次数变为3遍，其他条件保持不变。
实施例9
与实施例1相比，将步骤(3)中开炼机辊距变为10.5mm，其他条件保持不变。
实施例10
与实施例1相比，将步骤(4)中第一次刷SP-2红色胶黏剂后的风干时间变为8h，其他条件保持不变。
实施例11
与实施例1相比，将步骤(4)中喷砂后的风干时间变为3h，其他条件保持不变。
实施例12
与实施例1相比，将步骤(4)中第二次刷SP-2红色胶黏剂后的风干时间变为36h，其他条件保持不变。
实施例13
与实施例1相比，将步骤(5)中保温保压时间变为4h，其他条件保持不变。
实施例14
与实施例1相比，将步骤(5)中维持压力变为0.08MPa，其他条件保持不变。
实施例15
与实施例1相比，将步骤(5)中降温时间变为3h，其他条件保持不变。
实施例2-15中获得的大型超高超长海水淡化设备橡胶衬里与实施例1的产品具有类似的性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.海水淡化设备橡胶衬里组合物，其包括如下重量份的组分：天然橡胶60～80重量份、氯丁橡胶20～40重量份、纳米氧化锌3～8重量份、纳米炭黑10～30重量份、填料10～30重量份、硫磺1～2重量份、超速促进剂1～4重量份。
2.根据权利要求1所述的海水淡化设备橡胶衬里组合物，其特征在于，所述氯丁橡胶为硫磺调节型氯丁橡胶。
3.根据权利要求1所述的海水淡化设备橡胶衬里组合物，其特征在于，所述填料选自陶土、煅烧陶土、滑石粉、云母、蒙脱土、高岭土、木素、硅灰石、硅藻土、凹凸棒土、埃洛石、海泡石中的一种或多种的混合体。
4.根据权利要求1所述的海水淡化设备橡胶衬里组合物，其特征在于，所述超速促进剂选自秋兰姆类促进剂、二硫代氨基甲酸盐类促进剂和黄原酸盐类促进剂中的一种或多种的混合体。
5.根据权利要求4所述的海水淡化设备橡胶衬里组合物，其特征在于，所述秋兰姆类促进剂选自一硫化四甲基秋兰姆、二硫化四甲基秋兰姆、二硫化四乙基秋兰姆、二硫化四丁基秋兰姆、四硫化双戊撑秋兰姆、二硫化二乙基二苯基秋兰姆、二硫化四苄基秋兰姆中的一种或多种的混合体；
所述二硫代氨基甲酸盐类促进剂选自二甲基二硫代氨基甲酸锌、二乙基二硫代氨基甲酸锌、二丁基二硫代氨基甲酸锌、乙基苯基二硫代氨基甲酸锌、二苄基二硫代氨基甲酸锌、二乙基二硫代氨基甲酸碲)、二甲基二硫代氨基甲酸铁、二甲基二硫代氨基甲酸铜中的一种或多种的混合体；
所述黄原酸盐类促进剂选自正丁基黄原酸锌、异丙基黄原酸锌中的一种或多种的混合体。
6.用如权利要求1-5任一项所述海水淡化设备橡胶衬里组合物制备橡胶的方法，包括以下步骤：将天然橡胶在密炼机中塑炼后，投入塑解剂，继续塑炼，然后转运到开炼机上压成片，停放一段时间后；将停放过的天然橡胶塑炼胶加到密炼机中，再将氯丁橡胶加到密炼机中，密炼1～10min后，添加纳米炭黑、纳米氧化锌和填料，密炼然后转运到开炼机上，压成片，再添加硫磺和超速促进剂，继续开炼机混合，然后薄通、切成条，最后挤出胶板，裁剪成一定宽度和长度的橡胶片。
7.如权利要求1-5任一项所述的海水淡化设备橡胶衬里组合物的应用方法，其包括如下步骤：
(1)将海水淡化设备橡胶衬里组合物制备得到橡胶片备用；
(2)在需要衬橡胶的设备进行表面喷砂除锈后，涂刷双组分的SP-2D粘合剂作为底层粘合剂，风干后涂刷双组分的SP-2L粘合剂，风干后再涂刷单组份SP-2粘合剂作为面层粘合剂；
(3)将步骤(1)得到的橡胶片表面刷SP-2粘合剂，风干后平铺到步骤(2)的刷有粘合剂的设备表面，用压辊辊压橡胶衬里，使紧密地贴在设备上；
(4)通过法兰孔，将步骤(3)的衬胶设备进行硫化，硫化条件：压力0.06～0.08MPa，温度110～116℃。
8.根据权利要求7所述的应用方法，其特征在于，SP-2L粘合剂为SP-2粘合剂和聚异氰酸酯溶液按照重量比100：3～6的混合物。
9.根据权利要求7所述的应用方法，其特征在于，SP-2D粘合剂由如下组份制备而成：氯化橡胶50～80重量份、酚醛树脂10～35重量份、炭黑5～10份、二甲苯/乙酸乙酯400～600重量份。
10.根据权利要求9所述的应用方法，其特征在于，SP-2D粘合剂制备方法为：先按配方称量各组份，将固体组份加入高速分散机中，然后加入二甲苯/乙酸乙酯，合上分散机密封盖板，启动搅拌，调高转速至200～300转/min，搅拌后5-60分钟后，提高转速至800～1000转/min，搅拌至分散均匀，无未溶解物，然后包装待用。
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