一種復(fù)合型橡膠補(bǔ)強(qiáng)體系、使用該補(bǔ)強(qiáng)體系的丁苯橡膠及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及橡膠技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合型橡膠補(bǔ)強(qiáng)體系、使用該補(bǔ)強(qiáng)體系的丁苯橡膠及該丁苯橡膠的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]炭黑是一種廣泛應(yīng)用的工業(yè)材料，廣泛的應(yīng)用于橡膠、塑料和涂料等行業(yè)。由于炭黑顆粒之間具有很強(qiáng)的自聚作用，在聚合物基體中很難均勻的分散，限制了其應(yīng)用的范圍，因此通過對炭黑粒子表面存在的豐富的極性基團(tuán)進(jìn)行改性，降低炭黑顆粒間的吸附程度，提高炭黑在聚合物基體中的分散效率和穩(wěn)定程度，對于提高碳黑補(bǔ)強(qiáng)的聚合物的綜合性能具有十分重要的意義。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)通常采用活性表面劑、表面氧化處理或接枝改性來與炭黑表面的活性基團(tuán)進(jìn)行反應(yīng)，以組織炭黑粒子的團(tuán)聚，從而使炭黑的分散性及基體的相容性明顯增加。但使用上述的方法對炭黑進(jìn)行表面改性，具有成本高、工藝復(fù)雜的缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種復(fù)合型橡膠補(bǔ)強(qiáng)體系，在保證了橡膠制品力學(xué)性能的同時，具備成本低、環(huán)保、易用等諸多優(yōu)點。
[0005]本發(fā)明通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]—種復(fù)合型橡膠補(bǔ)強(qiáng)體系，包括重量比為1:4-1:20的甲殼素和炭黑。
[0007]優(yōu)選的，所述復(fù)合型橡膠補(bǔ)強(qiáng)體系還包括腰果油。
[0008]優(yōu)選的，所述腰果油與炭黑的重量比為1:4。
[0009]傳統(tǒng)的甲殼素分子的每個結(jié)構(gòu)單元上具有多個羥基和一個氨基，由于這些位于外圍的親水性基團(tuán)，以及分子內(nèi)部的氫鍵作用，導(dǎo)致其不易在橡膠中分散；炭黑表面雖然具備大量的高活性基團(tuán)，但活性基團(tuán)之間相互聚集，在橡膠內(nèi)部同樣不易分散；本發(fā)明將甲殼素和炭黑與橡膠進(jìn)行共混后，在高溫機(jī)械剪切過程中，甲殼素分子中的C6伯羥基和C3仲羥基會依次與炭黑表面的活性氫、活性羥基發(fā)生接枝反應(yīng)，使炭黑顆粒接枝于網(wǎng)絡(luò)狀的甲殼素上，降低了炭黑表面活性硅羥基數(shù)量，降低其表面基團(tuán)的聚集性，提高其在橡膠中的分散性；同時甲殼素外側(cè)的羥基通過反應(yīng)消耗掉，其親水能力大幅的降低，間接的提高了其與橡膠的相容性，在橡膠內(nèi)部形成一種以甲殼素分子鏈為骨架，炭黑粒子粘接于骨架上的通過化學(xué)鍵和氫鍵連接的柔性“葡萄串”結(jié)構(gòu)，在受到外界應(yīng)力作用的情況下，吸附于炭黑表面的橡膠大分子發(fā)生滑動和斷裂，同時還使吸附于甲殼素分子鏈與炭黑之間的橡膠分子連滑動和斷裂，復(fù)合型補(bǔ)強(qiáng)體系在橡膠中形成柔性骨架的作用，作為一個整體的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，承受更多的載荷達(dá)到整體補(bǔ)強(qiáng)的效果，提高橡膠制品的抗撕裂性能。同時甲殼素上帶有正電荷的氨基會吸附橡膠老化過程中產(chǎn)生的自由基，減少鏈斷裂的反應(yīng)速率，提高橡膠制品的耐老化性能。
[0010]進(jìn)一步的，腰果油為同時具備烯烴和酚類特性的物質(zhì)，其酚羥基在高溫剪切過程中會與甲殼素表面的氨基發(fā)生反應(yīng)，將不飽和脂鏈接枝與甲殼素的表面，大幅提高甲殼素炭黑網(wǎng)絡(luò)在橡膠中的擴(kuò)散效率；腰果油中的酚羥基會與炭黑表面的羧基發(fā)生反應(yīng)，將其分子鏈接枝于炭黑的表面；同時腰果油接枝于甲殼素上的不飽和鍵也會參與橡膠硫化反應(yīng)，形成橡膠與甲殼素之間的交聯(lián)鍵，提高復(fù)合型補(bǔ)強(qiáng)體系在橡膠中的穩(wěn)固性、同時增強(qiáng)互穿交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之間的結(jié)合力。
[0011]本發(fā)明還提供了一種采用本發(fā)明提供的復(fù)合型橡膠補(bǔ)強(qiáng)體系的丁苯橡膠，所述丁苯橡膠包括如下重量份的原料:丁苯橡膠100份、炭黑40份、甲殼素2-10份、腰果油10份、氧化鋅3份、硬脂酸1-3份、促進(jìn)劑1-3份、防老劑1-3份、硫黃1-3份。
[0012]優(yōu)選的，所述丁苯橡膠包括如下重量份的原料:丁苯橡膠100份、炭黑40份、甲殼素6份、腰果油10份、氧化鋅3份、硬脂酸I份、促進(jìn)劑2.5份、防老劑2份、硫黃2份。
[0013]優(yōu)選的，所述促進(jìn)劑為促進(jìn)劑NS。
[0014]優(yōu)選的，所述防老劑為防老劑RD。
[0015]優(yōu)選的，所述炭黑為炭黑N660。
[0016]丁苯橡膠具有較好的耐磨性、耐熱性和耐油性，廣泛的應(yīng)用于輪胎等橡膠行業(yè)中，其較大的缺點在于丁苯橡膠具有較差的耐屈撓龜裂和耐撕裂性能。通過在丁苯橡膠的配方中加入本發(fā)明中所提供的復(fù)合型補(bǔ)強(qiáng)體系，復(fù)合型補(bǔ)強(qiáng)體系在丁苯橡膠的內(nèi)部形成柔性骨架結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)體系，在其他性能無明顯降低的前提下，可大幅度的提高了丁苯橡膠的耐撕裂性能和耐屈撓龜裂。
[0017]本發(fā)明還提供了上述含有復(fù)合型橡膠補(bǔ)強(qiáng)體系的丁苯橡膠的制備方法，包括如下步驟:
[0018]I)將丁苯橡膠加入密煉機(jī)，在60°C的條件下密煉2分鐘，依次加入炭黑、甲殼素、腰果油、氧化鋅、硬脂酸、防老劑，在110°C條件下密煉6分鐘，排料冷卻備用；
[0019]2)將混煉后的物料投入開煉機(jī)，待膠料完全包輥后，加入促進(jìn)劑和硫黃，混煉均勻后，薄通下片。
[0020]本發(fā)明中提供的復(fù)合型補(bǔ)強(qiáng)體系，利用甲殼素和炭黑表面基團(tuán)的相互反應(yīng)，使兩者通過化學(xué)鍵和氫鍵結(jié)合到一起，形成以甲殼素網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，附著與其上的炭黑為補(bǔ)強(qiáng)點的特殊補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，這種特殊的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)適用于多種橡膠材料的補(bǔ)強(qiáng)，尤其適用于撕裂性能和耐屈撓性能差的橡膠制品。通過腰果油的配合，大幅改善復(fù)合型補(bǔ)強(qiáng)體系與橡膠內(nèi)部的結(jié)合力，使補(bǔ)強(qiáng)體系的骨架通過交聯(lián)鍵與橡膠大分子鏈結(jié)合到一起，提高了橡膠性能的同時，無需在使用前對炭黑進(jìn)行改性處理，提高了制品的環(huán)保性能，降低了使用成本。
【具體實施方式】
[0021]下面通過具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明，但是本發(fā)明的范圍不受這些實施例的限制。
[0022]對比例
[0023]本對比例提供了一種炭黑補(bǔ)強(qiáng)的丁苯橡膠，包括如下重量份的原料:丁苯橡膠100份、炭黑N66040份、腰果油10份、氧化鋅3份、硬脂酸I份、促進(jìn)劑NS 2份、防老劑RD3份、硫黃2份。
[0024]本對比例通過如下的方法制備而成:I)將丁苯橡膠加入密煉機(jī)，在60°C的條件下密煉2分鐘，依次加入炭黑N660、腰果油、氧化鋅、硬脂酸、防老劑RD，在110°C條件下密煉6分鐘，排料冷卻備用；2)將混煉后的物料投入開煉機(jī)，帶膠料完全包輥后，加入促進(jìn)劑和硫黃，混煉均勻后，薄通下片。
[0025]混煉膠硫化溫度160°C，硫化時間15分鐘，停放24小時進(jìn)行性能測試。
[0026]性能參數(shù)如下:門尼粘度MLu+4)100°C 40 ;拉伸強(qiáng)度16.8MPa ;斷裂伸長率873% ；100%定伸1.1MPa ;300%定伸3.4MPa ;撕裂強(qiáng)度43kN/m ;邵爾A硬度47 ;老化100°C X48后拉伸強(qiáng)度13.2MPa;老化100°C X48后的斷裂伸長率528%;老化100°C X48后邵爾A硬度70。
[0027]實施例1
[0028]本實施例提供了一種復(fù)合型補(bǔ)強(qiáng)劑，所述復(fù)合型補(bǔ)強(qiáng)劑包括炭黑40份、甲殼素2份。
[0029]本實施例還提供了采用復(fù)合型補(bǔ)強(qiáng)劑的丁苯橡膠，包括如下重量份的原料:丁苯橡膠100份、炭黑N66040份、甲殼素2份、氧化鋅3份、硬脂酸3份、促進(jìn)劑NS 2.5份、防老劑RD 3份、硫黃1.5份。
[0030]本實施例還提供了上述含有復(fù)合型橡膠補(bǔ)強(qiáng)體系的丁苯橡膠的制備方法，包括如下步驟:
[0031]I)將丁苯橡膠加入密煉機(jī)，在60°C的條件下密煉2分鐘，依次加入炭黑N660、甲殼素、腰果油、氧化鋅、硬脂酸、防老劑RD，在110°C條件下密煉6分鐘，排料冷卻備用；
[0032]2)將混煉后的物料投入開煉機(jī)，待膠料完全包輥后，加入促進(jìn)劑NS和硫黃，混煉均勻后，薄通下片。
[0033]混煉膠硫化溫度160°C，硫化時間15分鐘，停放24小時進(jìn)行性能測試。
[0034]性能參數(shù)如下:門尼粘度MLu+4)100°C 43.2 ;拉伸強(qiáng)度16.2MPa ;斷裂伸長率913%;100%定伸 1.27MPa ;300%定伸 3.3MPa ;撕裂強(qiáng)度 49kN/m ;邵爾 A硬度 50 ;老化 100°C X48h后拉伸強(qiáng)度13.4MPa ;老化100°C X48h后的斷裂伸長率518%;老化100°C X48h后邵爾A硬度74。
[0035]實施例2
[0036]本實施例提供了一種復(fù)合型補(bǔ)強(qiáng)劑，所述復(fù)合型補(bǔ)強(qiáng)劑包括炭黑40份、甲殼素6份、腰果油10份。
[0037]本實施例還提供了采用復(fù)合型補(bǔ)強(qiáng)劑的丁