高性能橡膠的製備方法與流程
2024-02-23 19:51:15 1
本發明涉及材料合成領域，尤其涉及高性能橡膠製品的製備方法。
背景技術：
硫磺作為天然橡膠和二烯烴類合成橡膠的硫化劑，但一般硫磺粉在膠料中很難分散均勻。其是與一些補強填料並用時更易出現硫磺遷移，導致橡膠加工過程中易出現製品噴霜或有麻點(凝集物)等問題。為解決這一問題，廣大相關工作者做了大量的努力，如：製備不溶性硫磺(減少硫磺在橡膠母膠中溶解、析出、團聚問題)、製備硫磺母煉膠(減小硫磺間的團聚)等，東洋化學公司製造了一種稱之為多硫化物的樹脂狀硫黃，防止淺色硫化膠表面出現褐色硫磺斑點，減少製品缺陷。但是這些方法僅適用於某些特定的產品或者膠種，不能夠徹底解決橡膠加工過程中硫磺分散不均勻的問題。
技術實現要素：
本發明目的在於解決現有技術中橡膠加工過程中硫磺在橡膠母膠中溶解、析出、團聚的問題，提供一種硫磺在橡膠母膠中均勻分散的高性能橡膠。
為解決上述問題，本發明提供的技術方案為：一種高性能橡膠的製備方法，其包括如下步驟：
1.1製備硫磺均勻包覆的補強複合材料；
1.2將上述複合材料橡膠混煉環節加入到生膠中；
1.3硫化成型得到所述高性能橡膠製品。
本發明一優選技術方案，所述步驟1.1硫磺均勻包覆的補強複合材料的製備方法為：
2.1將硫磺放置於可加熱的真空混合機中；
2.2再將橡膠補強材料放置於真空混合機中；
2.3設備抽真空後，開啟加熱裝置及攪拌裝置，在加熱溫度下，硫磺受熱氣化，硫磺蒸汽均勻分布在橡膠補強材料表面，冷卻後形成硫磺均勻包覆的補強複合材料。
本發明一優選技術方案，所述加熱溫度為硫磺相圖中對應平衡蒸汽壓力下的氣化溫度，如在0.1Pa下，硫磺升華溫度約為80℃。
本發明一優選技術方案，硫磺和橡膠補強材料的質量比為1:1-50。所述2.3中抽真空為-1Mpa～-0.1Mpa。
本發明一優選技術方案，所述步驟1.1硫磺均勻包覆的補強複合材料的製備方法為：
3.1將硫磺前驅體與橡膠補強材料混合均勻；
3.2將混合均勻的物料送入反應設備中，硫磺前驅體在一定溫度條件下分解出活潑硫原子，均勻分布在橡膠主要補強材料表面，得到硫磺均勻包覆橡膠補強複合材料。
本發明一優選技術方案，所述硫磺前驅體為CS2、H2S、苯硫醇、硫酚、二甲基亞碸等中的一種或幾種。
本發明一優選技術方案，所述一定溫度條件為160℃-500℃。進一步地，優選一定溫度條件為180℃-260℃。
本發明一優選技術方案，所述橡膠補強材料為炭黑、白炭黑、碳納米管、石墨烯、短纖維、氧化鋅中的一種或幾種。
所述橡膠補強材料選自炭黑、白炭黑、碳納米管、石墨烯、短纖維、氧化鋅中的一種或幾種。
本發明提供的一種高性能橡膠製備方法技術方案，包括以下步驟：
(1)製備硫磺均勻包覆的補強複合材料：將硫磺原料與橡膠補強材料混合均勻，將混合均勻的物料進行加熱，最後得到硫磺均勻包覆橡膠補強複合材料；
(2)將上述硫磺均勻包覆的補強複合材料在橡膠混煉環節加入到生膠中混煉，得到母煉膠；
(3)將步驟(2)得到的母煉膠進行硫化成型得到高性能橡膠製品。
所述硫磺原料選自硫磺、硫磺前驅體，所述硫磺前驅體為CS2、H2S、苯硫醇、硫酚、二甲基亞碸等中的一種或幾種。
當所述硫磺原料為硫磺時，步驟(1)中，在進行硫磺原料、橡膠補強材料攪拌前，先抽真空。硫磺受熱氣化，硫磺蒸汽均勻分布在橡膠補強材料表面，得到硫磺均勻包覆橡膠補強複合材料。
當所述硫磺原料為硫磺前驅體時，硫磺與橡膠補強材料混合均勻；將混合均勻的物料進行加熱，在一定溫度下，硫磺前驅體分解出活潑硫原子，均勻分布在橡膠主要補強材料表面，得到硫磺均勻包覆橡膠補強複合材料。
本發明要求保護一種高性能橡膠的製備方法。以物理或化學方法將硫磺均勻沉積到橡膠主要補強材料上，形成硫磺包覆的補強複合材料；該複合材料直接在橡膠混煉環節加入，硫磺藉助補強材料在橡膠母膠中實現納米級分散，有效避免因硫磺分散不均勻造成的橡膠製品噴霜與局部過硫等質量問題。本發明提供了硫磺均勻包覆在橡膠主要補強材料表面的補強複合材料，該補強複合材料中有部分硫磺與橡膠主要補強材料之間以化學鍵形式結合，可以避免在橡膠加工過程中硫磺在橡膠母膠中溶解、析出、團聚的問題。同時硫磺包覆於橡膠主要補強材料表面，增大硫磺與橡膠母膠的接觸面積、抑制硫磺遷移、減小硫磺間的團聚作用，可實現硫磺在橡膠母膠中均勻分散。
本發明實現了硫磺在橡膠中均勻分散的目的，解決了由於硫磺分散不均勻導致的橡膠製品所出現的噴霜、有麻點等問題。與現有技術相比，本發明優點是：1)本發明首次提出，將硫磺包覆在橡膠主要補強材料表面，然後應用於橡膠領域；2)產品可達到硫磺在橡膠中均勻分散的目的。
附圖說明
圖1為硫磺相圖。
圖2為實施例1所製備的材料的TEM照片。
圖3為實施例1所得樣品製備的硫化膠(A圖)與直接使用硫磺所製備的硫化膠(B圖)截面對比照片。
具體實施方式
以下結合具體實施例對上述方案做進一步說明。應理解，這些實施例是用於說明本發明而不限於限制本發明的範圍。實施例中採用的實施條件可以根據具體廠家的條件做進一步調整，未註明的實施條件通常為常規實驗中的條件。
實施例1
1.按質量比m硫磺：m碳納米管＝1:2稱取10g硫磺與20g碳納米管；
2.將硫磺與碳納米管分別加入到真空混合機中；
3.將設備抽真空至設備內壓力為0.1Pa，利用微波、紅外、電加熱等加熱方式將設備加熱至80℃，同時開啟攪拌設備，加熱15min後，停止加熱，繼續攪拌直至材料冷卻至室溫，得到所述補強複合材料；
4.複合材料橡膠混煉環節加入到生膠中混煉，得到母煉膠；
5.母煉膠硫化後得到高性能橡膠製品。
圖2是補強複合材料的TEM照片，由圖2可以看出硫磺均勻分布在碳納米管的表面。按天然橡膠基礎配方的配比將硫磺與該材料在橡膠混煉過程中分別加入到混煉膠中，硫化後將其截面在顯微鏡下進行分析，如圖3圖所示。圖3左側圖片是添加硫磺的硫化膠截面照片，右側圖片是添加本發明材料的硫化膠截面照片，兩者對比可以發現，直接使用硫磺的硫化膠截面中有大量小顆粒的硫磺團聚體，添加本發明材料的硫化膠截面中並未出現硫磺團聚體，說明硫磺均勻的分散在硫化膠中。
實施例2
1.按質量比m硫磺：m碳納米管＝1:2稱取10g硫磺與20g碳納米管；
2.將硫磺製備成靶向材料，放入真空混合機的雷射濺射區；將碳納米管加入到真空混合機中；
3.將設備抽真空至其真空度為-0.1Mpa，利用雷射將硫磺氣化，同時開啟攪拌設備，氣化後的硫化吸附於碳納米管表面，停止加熱，繼續攪拌直至材料冷卻至室溫，硫磺均勻吸附於碳納米管表面。
4.複合材料橡膠混煉環節加入到生膠中混煉，得到母煉膠；
5.母煉膠硫化後得到高性能橡膠製品。
實施例3
1.按質量比m二甲基亞碸：m碳納米管＝5:4稱取25g二甲基亞碸與20g碳納米管；
2.將碳納米管與二甲基亞碸混合均勻，得到碳納米管/二甲基亞碸漿料；
3.將氣氛網帶爐升溫至220℃，將碳納米管/二甲基亞碸漿料輸送至其中，反應30min得到目標產品。
4.複合材料橡膠混煉環節加入到生膠中混煉，得到母煉膠；
5.母煉膠硫化後得到高性能橡膠製品。
上述實例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人是能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發明精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。