CN116855004B - 一种橡胶组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于橡胶技术领域,具体涉及一种橡胶组合物及其制备方法,橡胶组合物包括以下重量份数的组分:橡胶100份,交联补强剂15~30份,硫化剂为1‑15份,促进剂2‑8份,增塑剂10‑20份,填充剂50‑100份,防老剂2‑8份。制备方法为:按配比先将橡胶和交联补强剂加入密炼室进行混合后,加入硫化剂、促进剂、增塑剂、填充剂、防老剂一并混炼,将混炼后的原料进行硫化处理即可。本发明采用特定结构的交联补强剂,通过其特殊的分子结构,来提升产品的性能,同时还可与改性的胺化木质素相互配合,赋予产品更好的性能。
Description
技术领域
本发明属于橡胶技术领域,具体涉及一种橡胶组合物及其制备方法。
背景技术
天然橡胶是从橡胶树流出的胶乳经凝聚后制成的,天然橡胶弹性超强,且具有较高的机械强度,耐曲挠性、透气性都具有天然的优势,因此天然橡胶至今仍是主要的一种橡胶原料。丁腈橡胶是被广泛应用于各个领域的合成橡胶,具有耐高温、耐磨损的特点。但是不论是天然橡胶还是合成橡胶国内的加工技术相对于国外的企业来说技术落后,产品质量稳定性差,通常难以满足严格的使用途径对于橡胶组合物的要求。另外,炭黑是目前使用较多的填充剂,使用炭黑作为填料生产得到的橡胶其性质稳定、性能优异,但是炭黑是石油化工产品,它的原料主要来自石油、天然气,其成本也随着国际原油价格的不断上涨而节节攀升。目前,如何提升国产橡胶的品质、降低生产成本,是国内诸多橡胶企业的发展方向。
发明内容
针对上述目前橡胶行业所存在的产品品质不稳定、性能不突出以及成本高等问题,本发明提供橡胶组合物,通过添加特定结构的交联补强剂并添加改性木质素代替炭黑作为填料,在降低成本的同时,还对产品的品质和性能有了一定提高。
为了解决上述问题,实现本发明的发明目的,本发明提供以下技术方案:
一种橡胶组合物,包括以下重量份数的组分:橡胶100份,交联补强剂15~30份,硫化剂为1-15份,促进剂2-8份,增塑剂10-20份,填充剂50-100份,防老剂2-8份,所述交联补强剂具有如下结构:
所述促进剂为吗啉基苯并噻唑酰胺;
所述增塑剂为环烷基橡胶增塑剂;
所述硫化剂为2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷;
所述填充剂为胺化改性木质素;
所述防老剂为N-苯基-N'-环己基对苯二胺;
进一步地,所述胺化改性木质素的制备方法为:
S1.提取并纯化:从农作物废弃料中提取木质素,并对其进行纯化处理;
S2.磺化改性:取纯化后的木质素加入水,用NaOH溶液调整溶液pH为10,加入亚硫酸钠,将溶液加热至90℃,反应8h,分离纯化,取沉淀干燥;
S3.取磺化后的木质素加水配置成水溶液,加入十二胺,混合均匀后80℃反应2h;反应结束后,用NaOH溶液调节pH=12,静置后过滤,滤液于50℃恒温加热,并用HCl溶液调节pH=2,静置后过滤,沉淀经酸洗、水洗中和后进行低温干燥即可获得胺化木质素。
进一步地,所述步骤S3中磺化后的木质素与十二胺的摩尔比为1:1。
进一步地,所述步骤S2以及步骤S3中NaOH溶液的浓度为1%。
进一步地,所述农作物废弃料为麦秆、玉米秆。
进一步地,所述橡胶为丁腈橡胶。
本发明还提供了所述橡胶组合物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.按配比先将橡胶和交联补强剂加入密炼室进行混合后,再加入硫化剂、促进剂、增塑剂、填充剂、防老剂一并混炼,混炼温度为80-180℃,时间为3-8min;
S2.将混炼后的原料进行硫化处理,硫化温度为130-220℃,硫化时间为10-60min。
本发明提供了一种橡胶组合物及其制备方法,通过加入特定结构的交联补强剂使得产品的性能大大提升,交联补强剂中的α-甲基可提高产品的耐高温性能,使得产品即便在较为苛刻的高温环境中依然保持稳定的性能和品质;胺基上连接苯环结构可增强产品的刚性,提高耐磨性能,且还可使得分子链构象不再是单一的碳链结构,增强了分子链构象的不规整性,从而进一步提升产品的弹性性能;且橡胶主体***能与作为填料的改性胺化木质素充分融合,提高分散性,从而提升产品的整体性能。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
(1)采用来源广泛的木质素作为填充料的起始原料,相对于来源于石油加工的炭黑,来源于麦秆、玉米秆等的木质素和纤维素其成本更为低廉,且上述均是农业生产中的废弃原料,将低成本废弃原料变废为宝,为农业废弃原料的综合利用提供了一条有效途径。
(2)采用特定结构的交联补强剂,通过其特殊的分子结构,来提升产品的性能,同时还可与填充料相互配合,赋予产品更好的性能。
(3)本发明提供的橡胶组合物经对比试验发现,比已经授权的申请号CN201711475831.4制备得到的橡胶,其在拉伸性能以及耐磨耗性能方面的表现更好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明提供的橡胶组合物及其制备进行说明,但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种橡胶组合物,包括以下重量份数的组分:橡胶100份,交联补强剂15份,硫化剂为1份,促进剂2份,增塑剂10份,填充剂50份,防老剂2份,所述交联补强剂具有如下结构:
所述促进剂为吗啉基苯并噻唑酰胺;
所述增塑剂为环烷基橡胶增塑剂;
所述硫化剂为2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷;
所述填充剂为胺化改性木质素;
所述防老剂为N-苯基-N'-环己基对苯二胺;
所述橡胶为丁腈橡胶;
所述胺化改性木质素的制备方法为:
S1.提取并纯化:从废弃麦秆中提取木质素,并对其进行纯化处理;
S2.磺化改性:取纯化后的木质素加入水,用1%的NaOH溶液调整溶液pH为10,加入亚硫酸钠,将溶液加热至90℃,反应8h,分离纯化,取沉淀干燥;
S3.取磺化后的木质素加水配置成水溶液,加入十二胺,混合均匀后80℃反应2h;反应结束后,用1%的NaOH溶液调节pH=12,静置后过滤,滤液于50℃恒温加热,并用HCl溶液调节pH=2,静置后过滤,沉淀经酸洗、水洗中和后进行低温干燥即可获得胺化木质素;所述步骤S3中磺化后的木质素与十二胺的摩尔比为1:1。
橡胶组合物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.按配比先将橡胶和交联补强剂加入密炼室进行混合后,加入硫化剂、促进剂、增塑剂、填充剂、防老剂一并混炼,混炼温度为80℃,时间为8min;
S2.将混炼后的原料进行硫化处理,硫化温度为130℃,硫化时间为60min。
实施例2
一种橡胶组合物,包括以下重量份数的组分:橡胶100份,交联补强剂30份,硫化剂为15份,促进剂8份,增塑剂20份,填充剂100份,防老剂8份,所述交联补强剂具有如下结构:
所述促进剂为吗啉基苯并噻唑酰胺;
所述增塑剂为环烷基橡胶增塑剂;
所述硫化剂为2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷;
所述填充剂为胺化改性木质素;
所述防老剂为N-苯基-N'-环己基对苯二胺;
所述橡胶为丁腈橡胶;
所述胺化改性纤维素的制备方法与实施例1相同。
所述橡胶组合物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.按配比先将橡胶和交联补强剂加入密炼室进行混合后,加入硫化剂、促进剂、增塑剂、填充剂、防老剂一并混炼,混炼温度为180℃,时间为3min;
S2.将混炼后的原料进行硫化处理,硫化温度为220℃,硫化时间为10min。
实施例3
一种橡胶组合物,包括以下重量份数的组分:橡胶100份,交联补强剂22份,硫化剂为8份,促进剂5份,增塑剂15份,填充剂75份,防老剂5份,所述交联补强剂具有如下结构:
所述促进剂为吗啉基苯并噻唑酰胺;
所述增塑剂为环烷基橡胶增塑剂;
所述硫化剂为2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷;
所述填充剂为胺化改性木质素;
所述防老剂为N-苯基-N'-环己基对苯二胺;
所述橡胶为丁腈橡胶;
所述胺化改性纤维素的制备方法与实施例1相同。
所述橡胶组合物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.按配比先将橡胶和交联补强剂加入密炼室进行混合后,加入硫化剂、促进剂、增塑剂、填充剂、防老剂一并混炼,混炼温度为130℃,时间为5min;
S2.将混炼后的原料进行硫化处理,硫化温度为175℃,硫化时间为35min。
对比例1
与实施例3相比,交联补强剂采用常见的二甲基丙烯酸乙二醇酯代替。
对比例2
采用申请号CN201711475831.4实施例10所记载的原料以及制备方法进行制备。
对比例3
与实施例3相比,采用普通木质素代替改性胺化木质素。
性能测试所采用的测试标准以及指标:
采用测试标准ASTMD1646-07对橡胶组合物的门尼粘度进行表征;采用测试标准ASTMD412-2006表征拉伸强度;采用ASTMD573-04(2015)测试橡胶组合物的老化性能;采用GB/T1689-2014测试橡胶组合物的耐磨性能;采用GB/T7759-2015测试橡胶组合物的恒定形变压缩永久变形性能。
测试结果如下:
处理 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 |
焦烧时间130℃(min) | 6.4 | 7.4 | 7 | 7.1 |
T0min | 0.8 | 1.3 | 1 | 1.1 |
T90min | 4.9 | 5.6 | 5.5 | 5.2 |
最小扭矩(dNm) | 1.4 | 1.8 | 1.7 | 1.6 |
最大扭矩(dNm) | 28.5 | 27.9 | 28.4 | 28.4 |
扭矩差值(dNm) | 27.1 | 26.1 | 26.7 | 26.8 |
硬度(ShoreA) | 72.5 | 69.6 | 71.3 | 71.3 |
拉伸强度(MPa) | 21.8 | 19.6 | 20.5 | 20.7 |
断裂伸长率(%) | 328 | 306 | 320 | 318 |
Akron重量磨耗损失(g/1.61Km) | 0.151 | 0.192 | 0.162 | 0.163 |
压缩永久变形160℃*72h(A型)% | 16.9 | 22.1 | 17.6 | 17.8 |
动态损耗因子 | 0.138 | 0.172 | 0.149 | 0.15 |
根据上述测量结果可以看出,实施例3相对于对比例1在橡胶的产品的粘度、硬度、交联程度以及填料分散程度等性能都有显著提高,动态损耗因子降低了19.8%,Akron重量磨耗损失降低了21.4%,压缩永久变形降低了23.4%;且相对于对比例2也分别降低了7.4%、6.8%、4.0%,由此可知通过本发明实施例3所提供的橡胶组合物,相对目前已有的高性能产品也有了明显的提高;同时相对于对比例3也分别降低了8.0%、7|.4%、5.0%,该对比试验结果则表明,添加的改性木质素作为填充剂,与橡胶主体的融合性较好,也有效提升了产品的综合性能。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,本发明的专利保护范围以权利要求书为准,凡是运用本发明的说明书内容所作的等同结构变化,同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种橡胶组合物,包括以下重量份数的组分:橡胶100份,交联补强剂15~30份,硫化剂为1-15份,促进剂2-8份,增塑剂10-20份,填充剂50-100份,防老剂2-8份,所述交联补强剂具有如下结构:
所述促进剂为吗啉基苯并噻唑酰胺;
所述增塑剂为环烷基橡胶增塑剂;
所述硫化剂为2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷;
所述填充剂为胺化改性木质素;
所述防老剂为N-苯基-N'-环己基对苯二胺。
2.根据权利要求1所述的组合物,其特征在于,所述胺化改性木质素的制备方法为:
S1.提取并纯化:从农作物废弃料中提取木质素,并对其进行纯化处理;
S2.磺化改性:取纯化后的木质素加入水,用NaOH溶液调整溶液pH为10,加入亚硫酸钠,将溶液加热至90℃,反应8h,分离纯化,取沉淀干燥;
S3.取磺化后的木质素加水配置成水溶液,加入十二胺,混合均匀后80℃反应2h;反应结束后,用NaOH溶液调节pH=12,静置后过滤,滤液于50℃恒温加热,并用HCl溶液调节pH=2,静置后过滤,沉淀经酸洗、水洗中和后进行低温干燥即可获得胺化木质素。
3.根据权利要求2所述的组合物,其特征在于,所述步骤S3中磺化后的木质素与十二胺的摩尔比为1:1。
4.根据权利要求2或3所述的组合物,其特征在于,所述步骤S2以及步骤S3中NaOH溶液的浓度为1%。
5.根据权利要求2或3所述的组合物,其特征在于,所述农作物废弃料为麦秆、玉米秆。
6.根据权利要求1-3任一项所述的组合物,其特征在于,所述橡胶为丁腈橡胶。
7.根据权利要求1-6任一项所述橡胶组合物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.按配比先将橡胶和交联补强剂加入密炼室进行混合后,加入硫化剂、促进剂、增塑剂、填充剂、防老剂一并混炼,混炼温度为80-180℃,时间为3-8min;
S2.将混炼后的原料进行硫化处理,硫化温度为130-220℃,硫化时间为10-60min。
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Preparation and characterization of amphiphilic copolymer PVDF-g-PMABS and its application in improving hydrophilicity and protein fouling resistance of PVDF membrane;Chen, FT;《Applied surface science》;第427卷;第787-797页 * |
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