一種多功能納米CaCO₃增強丁腈橡膠的製作方法

2023-09-21 12:47:00 1

專利名稱：一種多功能納米CaCO3增強丁腈橡膠的製作方法
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CaCO3增強丁腈橡膠。
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CaCO3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解決油田井控設備及化學化工行業中橡膠性能的不足，利 用納米粒子具有的獨有特性，克服橡膠塑性差、彈性差、耐磨性能不足的缺陷，特提供一種 多功能納米CaCO3增強丁腈橡膠。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CaCO3增強丁腈橡 膠，其特徵在於製備該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 單位是用克或千克；丁腈橡膠、代號NBR、65% ；硫磺；純度為99. 7%的活性氧化鋅是將 ZnO粉末在200-210°C下，烘乾1. 5h，充分乾燥得活性Zn0、5% ；改性納米CaCO3是指粒徑分 布範圍在Inm到IOOnm之間經過改性的納米CaCO3>25% ；防老劑D，即N-苯基-2-萘胺、 0.6% ；鄰苯二甲酸二辛酯、代號D0P、1% ；硬脂酸、即十八烷酸、0.6% ；促進劑-DM、即二硫 化二苯駢噻唑、0. 8% ；促進劑-CZ、即N-環己基-2-苯駢噻唑次磺醯胺、1 %。納米CaCO3的改性先將納米CaCO3粉末在200-210°C溫度條件下，烘乾1. 5h，使 其充分乾燥；然後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;壓力控制在 0. 3MPa 0. 5MPa，在均勻攪拌的條件下，採用噴霧法用丙酮稀釋的表面活性劑矽烷偶聯劑 處理充分乾燥後的納米CaCO3 ；最後在70-90°C溫度下，乾燥上述混合物，使丙酮揮發完全，製得改性納米CaCO3。納米CaCOjI強丁腈橡膠的製備方法，其特徵在於在常溫條件下，將丁腈橡膠生 膠在開煉機上塑煉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Imm)，將塑煉之後的丁腈橡膠在空氣中靜置2 6小時進行混煉。 丁腈橡膠的混煉時一般採用低溫混煉，先加入65%丁腈橡膠、依次加入硫磺、5%活性 氧化鋅、25%改性納米碳酸鈣、0. 6%防老劑D、l%鄰苯二甲酸二辛酯、0. 6%硬脂酸、0. 8% 促進劑-DM、1 %促進劑-CZ。混煉輥溫為40 60°C，否則會出現粘輥現象。當出現粘輥時， 加入少量硬脂酸。混合均勻後，製得混煉膠並停放16-18小時。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CaCO3增強丁腈橡膠材料。其硫化條件為硫化時 間2100s，硫化溫度150°C，硫化壓力12. 5MPa。本發明的有益效果是該多功能納米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65%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，輥溫為40 60°C。將塑煉後的丁腈橡膠置於混煉機上，薄通多次後緩慢 按順序依次加入硫磺、5%活性氧化鋅、25%改性納米碳酸鈣、0.6%防老劑D、l%鄰苯 二甲酸二辛酯、0. 6%硬脂酸、0. 8%促進劑-DM、1 %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CaCO3增強丁臘橡膠材料。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 橡膠補強助劑納米CaCO3的改性方法先將納米CaCO3粉末在200-210°C溫度條件下，烘乾1. 5h，使其充分乾燥；然後用 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 ；壓力控制在0. 3MPa 0. 5MPa, 在均勻攪拌的條件下，採用噴霧法用丙酮稀釋的表面活性劑矽烷偶聯劑處理充分乾燥後 的納米CaCO3 ；最後在70-9(TC溫度下，乾燥上述混合物，使丙酮揮發完全，製得改性納米 CaCO3O實例3 橡膠混煉工藝方法丁腈橡膠採用低溫混煉，輥溫控制在45 55°C 5。將塑煉後的丁腈橡膠置於混煉 機上，薄通多次後緩慢按順序依次加入硫磺、活性氧化鋅、改性納米碳酸鈣、防老劑264、鄰 苯二甲酸二辛酯、硬脂酸、促進劑-DM、促進劑-CZ。混煉過程中，若出現粘輥現象時，則適量
4交替加入鄰苯二甲酸二辛酯或硬脂酸，但其總量必須與配方相符合。混煉均勻後，將所得混 煉膠停放16小時後便可進行硫化。實例4 納米CaCO3對NBR的增強效果上述多功能CaCO3晶須增強橡膠配方其特徵在於，其室內檢測綜合性能如表1。表1納米碳酸鈣對丁腈橡膠的增強效果
權利要求
一種多功能納米CaCO3增強丁腈橡膠，其特徵是製備該橡膠所用原料的成分和用量如下，其中用量為質量百分比，質量的單位是用克或千克；丁腈橡膠、代號NBR、65％；硫磺1％；活性氧化鋅5％；改性納米碳酸鈣、代號CaCO3、是指粒徑分布範圍在1nm到100nm之間的經過改性的納米CaCO3、25％；防老劑D，即N 苯基 2 萘胺、0.6％；鄰苯二甲酸二辛酯、代號DOP、1％；硬脂酸、即十八烷酸、0.6％；促進劑 DM、即二硫化二苯駢噻唑、0.8％；促進劑 CZ、即N 環己基 2 苯駢噻唑次磺醯胺、1％；納米CaCO3的改性先將納米CaCO3粉末在200 210℃溫度條件下，烘乾1.5h使其充分乾燥；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表面活性劑矽烷偶聯劑處理納米CaCO3後製得活性納米CaCO3；最後在70 90℃溫度下，乾燥上述混合物，使丙酮揮發完全，製得改性納米CaCO3。
2.根據權利要求1所述的納米CaCO3增強丁腈橡膠，其特徵是該橡膠的製備方法是 在常溫下，將丁腈橡膠生膠在開煉機上塑煉IOmin至包輥，輥溫45-55°C，前輥溫度高於後 輥溫度10°C、輥距1mm，將塑煉後的丁腈橡膠在空氣中靜置2_6小時；採用低溫混煉，先加入 65%經塑煉的丁腈橡膠，再依次加入1 %的硫磺、5%的活性氧化鋅、25%的改性納米CaC03、 0. 6 %的防老劑D、1 %的鄰苯二甲酸二辛酯、0. 6 %的硬脂酸、0. 8 %的促進劑-DM、1 %的促 進劑-CZ，混煉輥溫40-6(TC，製得混煉膠停放16-18h ；硫化前將上述混煉膠返煉、薄通6次 出片，混煉膠經硫化成型、硫化時間為2100s、硫化溫度為150°C、硫化壓力為12. 5MPa，最後 製得納米CaCO3增強丁腈橡膠。
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CaCO3增強丁腈橡膠。它用納米粒子具有的獨有特性，克服橡膠塑性差、彈性差、耐磨性能不足的缺陷。其技術方案是製備該橡膠所用原料的成分和用量為丁腈橡膠、65％；硫磺、1％；活性氧化鋅、5％；改性納米CaCO3、25％；防老劑D、0.6％；鄰苯二甲酸二辛酯、1％；硬脂酸、0.6％；促進劑-DM、0.8％；促進劑-CZ、1％。該橡膠用納米CaCO3和鄰苯二甲酸二辛酯為原料、採用塑煉、混煉及硫化成型製得。本橡膠為熱力穩定性和各向同性的多組分分散體系、不易發生聚結、加入納米助劑後橡膠強度增加、塑性提高，從而提高其使用壽命，拓寬使用範圍，用於油田井控設備及化學化工行業中。
文檔編號C08K3/06GK101891909SQ20101023077
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, 王霞, 趙竹軒, 陳玉祥 申請人:西南石油大學