一種多功能納米ZnO增強橡膠的製作方法
2023-09-21 12:41:10 1
專利名稱：一種多功能納米ZnO增強橡膠的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於石油井控裝置、特種機械設備以及化學化工領域的多功能納 米ZnO增強橡膠。
背景技術：
丁腈橡膠是目前油封及0型圈最常用的橡膠材料之一。但依然存在諸多問題① 不適合用於極性溶劑之中，例如酮類、臭氧、硝基烴和氯仿等用於製作燃油箱、潤滑油箱類 部件；②不能滿足石油系液壓油、汽油、水、矽油、二酯系潤滑油等流體介質中使用的橡膠零 件的性能需求。為克服橡膠部件性能瓶頸問題，本發明提供一種多功能納米ZnO增強橡膠配方， 通過納米ZnO對NBR進行改性，獲得力學性能、穩定性、物理化學性能及其綜合性能更優異 的橡膠製品，進而延長製品的使用壽命，以更好的應用於實際。用納米粒子填充增強高分子材料時，納米粒子的粒徑，用量及表面處理方法都會 對複合材料的性能產生很大的影響。使用納米級填料，由於粒子的尺寸下降，粒子的表面 積增大，因而填料與基體接觸面積增大，而且納米粒子表面活性中心多，可以和基體緊密結 合，相容性比較好，當受外力時，粒子不易與基體脫離，而且因為外力場的相互作用，在基體 內產生很多微變形區，吸收大量的能量，這也就決定了其既能較好地傳遞所承受的外應力， 又能引發基體屈服，消耗大量衝擊能，從而達到同時增韌並增強的作用。目前，已有多種類 型的納米粒子用來填充高分子材料，以實現高分子材料的高性能化和多功能化。
發明內容
本發明的目的是為了綜合提升橡膠製品的強度、硬度及力學性能，提高橡膠的分 散性、縮短混煉時間及生產周期、提高生產效率及經濟效益，特提供一種多功能納米ZnO增 強橡膠。為了達到上述目的，本發明採用以下技術方案一種多功能納米ZnO增強橡膠，其 特徵是製備該增強橡膠所用原料的成分和用量如下，其中用量為質量百分比、質量的單位 為克或千克；丁腈橡膠、代號NBR、67% ；硫磺、；改性納米氧化鋅、代號Zn0、8% ；防老劑 264、即雙二苯胺、0.8% ；炭黑、20% ；鄰苯二甲酸二辛酯、代號D0P、1% ；硬脂酸、即十八烷 酸、0. 7%;促進劑-DM、即二硫化二苯駢噻唑、0. 5%;促進劑-CZJP N-環己基-2-苯駢噻唑 次磺醯胺、；納米氧化鋅的改性顆粒直徑在Inm至IOOnm之間的ZnO粉末在200-210 V 溫度下、烘乾1. 5h，充分乾燥得活性納米ZnO ；再用丙酮稀釋表面活性劑矽烷偶聯劑即 雙-[Y-(三乙氧基矽)丙基]_四硫化物、或乳化劑0P-10即烷基酚與環氧乙烷的縮合物， 其體積比為20 1 ；在均勻攪拌下、壓力控制在0.3 0.5MPa，採用噴霧法用丙酮稀釋的矽 烷偶聯劑處理前面製得的納米ZnO ；最後在70-9(TC溫度下，將上述處理混合物乾燥、蒸發 丙酮溶劑、製得改性納米ZnO。
本發明的有益效果是該多功能納米ZnO增強橡膠配方體系為熱力穩定性和各向 同性的多組分分散體系，貯存過程中不易發生聚結。加入納米助劑後橡膠強度有所增加、塑 性提高明顯，從而提高橡膠材料使用壽命，使得該配方的適應範圍也被大大拓寬。較大程度 提高橡膠穩定性的同時，提升其綜合性能及其使用壽命，最大限度地發揮藥劑之間的協同 作用並達到增強橡膠性能的目的。
具體實施例方式實例1 增強橡膠的配方及製備過程丁腈橡膠的塑煉與一般通用膠不同，它需要採用低溫、小輥距、低容量薄通法，這 樣才能有效地獲得一定的可塑度。在常溫條件下，將丁腈橡膠生膠於開煉機上塑煉IOmin 左右至包輥。輥溫45-55°C，注意雙輥塑煉機前輥溫度必須高於後輥溫度大約10°C，輥距 1mm。將塑煉後的丁腈橡膠在空氣中靜置2 6小時，方可進行混煉。丁腈橡膠的混煉時採 用低溫混煉，輥溫一般為40 60°C。將塑煉後的67%丁腈橡膠置於混煉機上，薄通多次後 緩慢加入上述過程中已製備好的8%改性納米ZnO，完全混煉均勻後按順序依次加入0. 8% 防老劑264、鄰苯二甲酸二辛酯、0. 7%硬脂酸、0. 5%促進劑-DM、促進劑-CZ。混煉 均勻後，將所得混煉膠停放16小時後進行硫化。硫化前將混煉膠返煉，薄通6次出片，混 煉膠經過硫化成型得到納米ZnO增強橡膠材料。其硫化條件為硫化時間2100s，硫化溫度 150°C，硫化壓力 12. 5MPa。實例2:納米ZnO的改性本發明提供的多功能納米ZnO增強橡膠配方其特徵在於，實驗過程中採用矽烷偶 聯劑和乳化劑0P-10噴霧處理納米材料對其進行改性。實驗所涉及的內容包括表面改性 和防聚集機理、表面活性劑的選擇與合成、分散劑的搭配等。設計的主要原理有降低粒子表 面能態、消除粒子的表面電荷、提高粒子與有機相的親和力。納米ZnO改性步驟如下在20(TC 210°C溫度條件下，烘乾1. 5h，充分乾燥活性 納米助劑；用丙酮稀釋表面活性劑矽烷偶聯劑即雙-[Y-(三乙氧基矽)丙基]-四硫化物、 或乳化劑0P-10即烷基酚與環氧乙烷的縮合物，其體積比為20 1;在均勻攪拌的條件下， 壓力控制在0. 4MPa左右，採用噴霧法運用稀釋後的表面活性劑處理充分乾燥的納米ZnO ； 在70V 90°C溫度條件下，將上述所得試劑中的丙酮揮發完全得到改性納米ZnO。實例3 納米ZnO對橡膠的增強效果納米ZnO的加入使得粉末填料的添加量進一步增大。但通過雙輥塑煉機強烈的剪 切作用，粉料仍然可以均勻的加入NBR混煉膠中，並且對改善膠料的表面光澤度有較好的 效果。納米ZnO的加入有效提升橡膠製品綜合性能，上述所說的多功能納米增強橡膠配方 其特徵在於，其室內檢測其性能如表1。表1納米ZnO對橡膠的增強效果
權利要求
一種多功能納米ZnO增強橡膠，其特徵是製備該增強橡膠所用原料的成分和用量如下，其中用量為質量百分比、質量的單位為克或千克；丁腈橡膠、代號NBR、67％；硫磺、1％；改性納米氧化鋅、代號ZnO、8％；防老劑264、即雙二苯胺、0.8％；炭黑、20％；鄰苯二甲酸二辛酯、代號DOP、1％；硬脂酸、即十八烷酸、0.7％；促進劑 DM、即二硫化二苯駢噻唑、0.5％；促進劑 CZ、即N 環己基 2 苯駢噻唑次磺醯胺、1％；納米氧化鋅的改性粒徑分布範圍在1nm至100nm之間的氧化鋅粉末在200 210℃溫度下、烘乾1.5h，使其充分乾燥；再用丙酮稀釋表面活性劑矽烷偶聯劑即雙 [Y (三乙氧基矽)丙基] 四硫化物、或乳化劑OP 10，即烷基酚與環氧乙烷的縮合物，其體積比為20∶1；在均勻攪拌下、壓力控制在0.3MPa～0.5MPa，採用噴霧法用丙酮稀釋的矽烷偶聯劑處理充分乾燥的納米ZnO；最後在70 90℃溫度下，將上述處理混合物乾燥、蒸發丙酮溶劑、製得改性納米ZnO。
全文摘要
本發明涉及一種用於石油井控裝置、特種機械設備及化學化工領域的多功能納米ZnO增強橡膠。其技術方案是製備該增強橡膠所用原料的成分和用量如下丁腈橡膠、67％；硫磺、1％；改性納米氧化鋅、8％；防老劑264、0.8％；炭黑、20％；鄰苯二甲酸二辛酯、1％；硬脂酸、0.7％；促進劑-DM、0.5％；促進劑-CZ、1％；納米ZnO改性是先將納米ZnO在200℃烘乾，再用丙酮分別稀釋表面活性劑矽烷偶聯劑或乳化劑OP-10，在攪拌下，用丙酮稀釋後的表面活性劑處理納米ZnO，在70℃-90℃下充分乾燥，蒸發丙酮得改性納米ZnO。加入納米ZnO後橡膠強度增加，塑性提高，用於油田井控設備及化學化工行業。
文檔編號C08K5/47GK101891907SQ201010230760
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月14日 優先權日2010年7月14日
發明者侯鐸, 劉承傑, 張建國, 王霞, 陳玉祥 申請人:西南石油大學