三種聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)彈性體的制備及性能的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了三種聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)彈性體的制備及其性能，所述制備是在煉膠機(jī)里控制輥溫為120℃，先使兩種柔性聚合物通過煉膠機(jī)強(qiáng)大的剪切力使之形成物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，再使一種剛性聚合物熔化后以線型分子進(jìn)入柔性聚合物物理網(wǎng)絡(luò)中。再在比柔性聚合物交聯(lián)溫度低的條件下，在引發(fā)劑的作用下先行交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)；再升高20℃溫度，使二種柔性聚合物同時發(fā)生交聯(lián)形成三種連續(xù)相網(wǎng)絡(luò)相互貫穿，相互纏結(jié)成為穩(wěn)固的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。從而使這種新型互穿網(wǎng)絡(luò)彈性體性能優(yōu)異，特別表現(xiàn)在耐高溫、耐強(qiáng)酸腐蝕，耐磨和機(jī)械強(qiáng)度高等性能上，由于三種網(wǎng)絡(luò)互穿厚度是以往互穿網(wǎng)絡(luò)的7倍，因此超越了以往的聚合物的性能指標(biāo)，三種聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)彈性體在冶煉、化工、礦山、工程機(jī)械等領(lǐng)域有著廣泛的用途。
【專利說明】三種聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)彈性體的制備及性能
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及二種及二種以上高分子聚合物發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)時形成的互穿網(wǎng)絡(luò)彈性體新材料的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及到三種聚合物形成互穿網(wǎng)絡(luò)彈性體新材料的制備及性能。
【背景技術(shù)】
[0002]互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)的研究工作我國是上世紀(jì)80年代開始，至今已研制了聚氨脂、聚丁烯(IPN)互穿網(wǎng)絡(luò)，環(huán)氧樹脂、聚丙烯酸脂互穿網(wǎng)絡(luò)等，而且大部份只局限于二種聚合物的互穿網(wǎng)絡(luò)，一般以柔性聚合物為連續(xù)相，以剛性聚合物為分散相，這個分散相多呈胞狀，這兩種聚合物發(fā)生互穿網(wǎng)絡(luò)是在兩相界面上，即在胞體的表面上，互穿網(wǎng)絡(luò)的厚度為0.01 μ m左右?；ゴ┏潭炔桓撸虼?，這些聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)彈性體物理機(jī)械性能不理想，耐溫不高，耐腐蝕性不強(qiáng)，耐磨性不突出且隨溫度升高各項(xiàng)性能就下降。因此，不能滿足冶煉、礦山、化工、工程機(jī)械等領(lǐng)域日益苛刻工況的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供能使三種聚合物發(fā)生互穿網(wǎng)絡(luò)時的新型交聯(lián)方式，不再以剛性聚合物以分散相呈胞狀貫穿，而是三者都是連續(xù)相且無分散相。以剛性聚合物先熔化進(jìn)入兩柔性聚合物的物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中再在引發(fā)劑的作用下專用交聯(lián)到與剛性聚合物發(fā)生化學(xué)交鏈先形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，然后在高于剛性交聯(lián)溫度20度左右，兩柔性聚合物才在各自互不干擾的引發(fā)劑作用下，各自的交聯(lián)劑與之交鏈同時生成互穿網(wǎng)絡(luò)，且與剛性聚合物網(wǎng)絡(luò)相互纏繞集結(jié)，相互貫穿 。三種聚合物通過物理和化學(xué)的交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)鏈段間相互貫穿形成具有不同相容性的微區(qū)結(jié)構(gòu)的多相互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)。
[0004]本發(fā)明是選擇兩種極性相近的柔性聚合物，和一種與柔性聚合物相溶性好的剛性聚合物，再選擇三種聚合物各自的互不干擾引發(fā)劑、交聯(lián)劑。前題是這三種引發(fā)劑用機(jī)械混合后各自只對它敏感的交聯(lián)劑有引發(fā)作用，而各自交聯(lián)劑同聚合物機(jī)械混合后也是互不干擾，只同各自的聚合物發(fā)生交聯(lián)化合生成網(wǎng)絡(luò)。
[0005]本發(fā)明中的柔性聚合物選擇橡膠，剛性聚合物為塑料，其中橡膠有氯磺化聚乙烯膠、氯丁膠、羧基丁苯膠、丁腈膠。塑料是選擇高苯乙烯、聚氯乙烯、酚醛樹脂等，引發(fā)劑有過氧化二異丙苯(DCP)、二叔丁基過氧化物(DTBP)、活性氧化鋅，2 —硫醇基咪唑啉(乙烯硫脲)，甲基丙烯酸鋅等。交聯(lián)劑有硫磺、一硫化四甲基秋蘭姆(TMTM)，四硫化四甲基秋蘭姆(TMTM)、六甲基四胺(HMTA)等。補(bǔ)強(qiáng)劑有噴霧碳黑、白炭黑等。
[0006]上述原料的重量配比為:兩種橡膠共計(jì)100，極性強(qiáng)的為60，極性弱的為40，塑料為30-70，引發(fā)劑2-3，交聯(lián)劑1.5-2，補(bǔ)強(qiáng)劑40-50。
[0007]本發(fā)明的工藝過程是這樣的:
[0008]先控制混煉設(shè)備輥筒的溫度為120°C，把配合稱量好的丁腈膠、羧基丁苯膠混合塑煉均勻，再加入熔點(diǎn)為115°C的酚醛樹脂，并加入該剛性聚合物的引發(fā)劑乙烯硫脲，再加交聯(lián)劑六亞甲基四胺，然后加入補(bǔ)強(qiáng)劑、防老劑，最后加入二種橡膠的引發(fā)劑，甲基丙烯酸鋅和過氧化二異丙苯(DCP)，及交聯(lián)劑硫磺、一硫化四甲基秋蘭姆(TMTM)，四硫化四甲基秋蘭姆(TMTT)，混合均勻后下片冷卻。這就成了三種聚合物網(wǎng)絡(luò)彈性體的預(yù)硫化體(俗稱混煉膠)。停放24小時后把它放入硫化機(jī)的模型中加熱加壓硫化，使之生成三種聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)。
[0009]本發(fā)明的工藝條件是:
[0010]混煉機(jī)輥溫120°C，硫化溫度升至135°C，約10分鐘后，逐漸升到145°C，約10分鐘后，升至160°C，保持20分鐘，總硫化時間為40分鐘，壓力為12±2KNf。
[0011]本發(fā)明的關(guān)鍵就是在嚴(yán)格控制輥溫要比剛性聚合物的熔化溫度高10°C，使剛性聚合物熔化，熔化點(diǎn)要低于輥溫，使熔化的線狀分子進(jìn)入到二種柔性聚合物因煉膠機(jī)的強(qiáng)大剪切力形成的相互纏結(jié)的物理交鏈的網(wǎng)絡(luò)中。剛性聚合物線型分子進(jìn)入到二柔性聚合物的物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中后,先行柔性聚合物交聯(lián),剛性聚合物的交聯(lián)劑的交聯(lián)溫度要低于柔性聚合物交聯(lián)劑的交聯(lián)溫度，這至關(guān)重要。開始為剛性聚合物交聯(lián)溫度，待剛性聚合物網(wǎng)絡(luò)形成后，再升至柔性聚合物發(fā)生交聯(lián)的起始溫度，直至交聯(lián)完成前20分鐘再升至最終溫度。
[0012]本發(fā)明只要嚴(yán)格按工藝條件執(zhí)行，所制備的互穿網(wǎng)絡(luò)彈性體鏈能達(dá)至高值為116千卡/克分子，互穿網(wǎng)絡(luò)的厚度達(dá)到0.07 μ m,改變了過去剛性聚合物以胞體作分散相，在胞體表面上作為互穿界面、互穿厚度只有0.01 μ m的穩(wěn)固性欠佳的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0013]本發(fā)明的三種聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)彈性體其性能特別優(yōu)異，經(jīng)測試同時具有下列幾項(xiàng)物理機(jī)械性能:(I)耐溫長期達(dá)到170°C，短期可耐200°C ；(2)耐強(qiáng)腐蝕(強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑等)如浸泡在85%硫酸中在70°C的溫度下經(jīng)67天后的重量損失只為0.3%; (3)耐磨性好，阿克隆磨耗為0.007c m3 / 1.61km。同時還具有機(jī)械強(qiáng)度高，扯斷強(qiáng)度達(dá)到57mpa。
【具體實(shí)施方式】:
[0014]實(shí)施比例:在輥溫為120°C的開煉機(jī)內(nèi)，依次按重量配比加入原料:丁腈膠60、羧基丁苯膠40、酚醛樹脂30、防老劑RDl.5、噴霧碳黑40、白炭黑20、硫化四甲基秋蘭姆2、過氧化二異丙苯2、硫磺1.5、甲基丙烯酸鋅7，以上原料依次加入并混煉均勻后，下片冷卻停放24小時，再將混合料裁剪后投入硫化機(jī)中進(jìn)行交鏈反應(yīng)生成聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)彈性體，其磨耗(阿克隆)達(dá)到0.007cm3 / 1.61km。
[0015]下表為實(shí)施例2-8，列出了原料配比、工藝指標(biāo)及主要物理機(jī)械性能:
[0016]
【權(quán)利要求】
1.三種聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)彈性體的制備方法，其特征在于三種聚合物交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的先后秩序，選擇助劑、配比及工藝條件。 A.三種聚合物生成互穿網(wǎng)絡(luò)，其中二種為柔性聚合物，另一種為剛性聚合物。剛性聚合物先在開煉機(jī)里達(dá)到熔點(diǎn)，以線型分子進(jìn)入兩種柔性聚合物的物理交鏈網(wǎng)絡(luò)中，在溫度達(dá)到135°C時在引發(fā)劑和交聯(lián)劑的作用下生成網(wǎng)絡(luò)，然后到145°C時二種柔性聚合物也在其專用的引發(fā)劑和交聯(lián)劑的作用下開始起步交聯(lián)，生成網(wǎng)絡(luò)，先分步，后同步。通過物理和化學(xué)交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)鏈段間相互貫穿纏結(jié)，形成三種聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)，最高鍵能為116千卡/克分子。 B.剛性聚合物的熔點(diǎn)溫度比開煉機(jī)輥溫低5-10°C，其交聯(lián)溫度比輥溫高20°C，柔性聚合物的交聯(lián)溫度又比剛性聚合物的交聯(lián)溫度高10-20°C。 C.三種聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)的工藝條件為輥溫120°c，硫化溫度由135°C逐漸升至145°C，最后達(dá)到160°C，壓力為12±2knf，塑料熔點(diǎn)115°C，交聯(lián)溫度為135°C，兩種柔性聚合物起步交聯(lián)溫度為145 °C。 D.所述原料的重量配比為:兩種橡膠共計(jì)100，一般極性強(qiáng)的為60，極性弱的為40;塑料為30-70，引發(fā)劑2-3，交聯(lián)劑1.5-2，補(bǔ)強(qiáng)劑40-50，硫磺1.5-2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述剛性聚合物熔化后進(jìn)入柔性線狀物理交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)中，待溫度達(dá)到 135°C時，在引發(fā)劑作用下交聯(lián)劑與剛性聚合物發(fā)生交聯(lián)化合生成網(wǎng)絡(luò)。然后兩種柔性聚合物在各自互不干涉的引發(fā)劑作用下，交聯(lián)劑在145°C溫度下同時發(fā)生交聯(lián)化合，生成化學(xué)鍵的互穿網(wǎng)絡(luò)。
3.三種聚合物網(wǎng)絡(luò)彈性體其特征在于三種聚合物網(wǎng)絡(luò)都是連續(xù)相，其中二種柔性聚合物網(wǎng)絡(luò)及一種剛性聚合物網(wǎng)絡(luò)，剛性聚合物網(wǎng)絡(luò)也是連續(xù)相，不以胞體形式分散，形成的互穿網(wǎng)絡(luò)厚度為0.07 μ m,是胞體互穿網(wǎng)絡(luò)厚度的7倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三種聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)彈性體的互穿程度較厚的優(yōu)勢，使其同時具有三大特性:(I)耐磨性優(yōu)異，其阿克隆磨耗達(dá)到0.007cm3 / 1.61km ； (2)耐腐蝕性強(qiáng)，如浸泡在85%硫酸在·溫度70°C經(jīng)67天后重量損失為0.3% ； (3)耐高溫長期可耐170°C，短期可耐200°C。同時還具有機(jī)械強(qiáng)度高，扯斷強(qiáng)度達(dá)到57mpa等優(yōu)異性能。
【文檔編號】C08L13/00GK103819695SQ201410068107
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月27日
【發(fā)明者】單東成 申請人:單東成