專利名稱：含有納米氧化鋅的橡膠及其混煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含有氧化鋅的橡膠及其混煉方法。
本發(fā)明為含有納米氧化鋅的橡膠，其組分與常規(guī)的橡膠相同，包括橡膠基體、硫化劑、促進(jìn)劑、防老劑以及作為硫化活性劑的硬脂酸和氧化鋅，其中，所述及的氧化鋅的粒徑為10-80nm，含量以100份橡膠基體的重量計為1～3份。
在本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述及的橡膠基體包括天然橡膠或天然膠/丁苯并用膠，所述及的硫化劑為硫磺，所述及的促進(jìn)劑為噻唑類促進(jìn)劑，如2-硫醇基苯并噻唑(促進(jìn)劑M)、二硫化二苯并噻唑(促進(jìn)劑DM)和次磺酰胺類促進(jìn)劑，如N-環(huán)己基-2-苯并噻唑次磺酰胺(促進(jìn)劑CZ)，所述及的硫化活性劑為納米氧化鋅和硬脂酸，所述及的防老劑為二芳基仲胺類防老劑，如N-苯基-α-萘胺(防老劑A)，各組分的重量份數(shù)如下橡膠基體100；硫磺1.5～4；促進(jìn)劑M0.5～1.5；促進(jìn)劑DM0.3～1.0；促進(jìn)劑CZ0.5～1.5；硬脂酸0.8～2.0；納米氧化鋅(粒徑10～80nm)1～3；防老劑A0.5～1.5；輕質(zhì)碳酸鈣20～60。
上述的含有納米氧化鋅的橡膠的混煉方法包括如下步驟1.將納米氧化鋅浸潤于硅烷偶聯(lián)劑水溶液或C5～C20脂肪酸及其鹽的水乳液中5～15分鐘，取出浸潤后的納米氧化鋅進(jìn)行干燥；所說的硅烷偶聯(lián)劑為具有如下結(jié)構(gòu)通式的化合物R SiX3。其中X代表能夠水解的烷氧基，如甲氧基、乙氰基或氯等，它可與具有親水性表面的無機(jī)填料，如二氧化硅、硅酸鹽等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成Si-O-Si化學(xué)鍵；R是具有反應(yīng)活性的有機(jī)基，如乙烯基、氨基、硫醇基等。
優(yōu)選的C5～C20脂肪酸及其鹽為硬脂酸及其鹽。
優(yōu)選的水乳液的濃度為5％～20wt％；2.將橡膠基體和上述經(jīng)處理的納米氧化鋅置于開煉機(jī)中，在溫度為30～85℃的條件下進(jìn)行混煉，制成納米氧化鋅母煉膠。橡膠基體和經(jīng)處理的納米氧化鋅的重量比為橡膠基體∶納米氧化鋅＝90～95∶10～5；3.依次將橡膠基體、氧化鋅母煉膠、促進(jìn)劑、防老劑、硫磺按照上述比例投入開煉機(jī)中進(jìn)行混煉，即獲得本發(fā)明的的橡膠。
由于采用納米氧化鋅，表現(xiàn)出小尺寸效應(yīng)、界面效應(yīng)和量子隧道效應(yīng)等優(yōu)異的性能，這就大大增加其化學(xué)反應(yīng)的接觸面及活性。在使用2份納米氧化鋅的情況下，產(chǎn)品的300％定伸強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率、永久變形、邵爾硬度等力學(xué)性能均與使用普通氧化鋅5份的接近或相等。而且添加納米氧化鋅的膠料具有較長的焦燒時間，可提供較大的加工安全性。
528-83；硬度GB 531-83。
實(shí)施例1將適量粒徑為60～80nm的納米氧化鋅在濃度為20wt％的硅烷偶聯(lián)劑水溶液(上述的硅烷偶聯(lián)劑采用市售產(chǎn)品，下同)中浸潤5分鐘，過濾后在100℃下干燥至恒重；將95份3#煙片膠和上述經(jīng)過處理的納米氧化鋅5份置于開煉機(jī)中，在溫度為50℃的條件下進(jìn)行混煉，制成納米氧化鋅母煉膠；將橡膠81份；硫磺4份；促進(jìn)劑M0.5份；促進(jìn)劑DM1份；硬脂酸0.8份；納米氧化鋅母煉膠20份；防老劑A0.5份；輕質(zhì)碳酸鈣60份。置于開煉機(jī)中，于55℃的溫度下混煉(混煉采取傳統(tǒng)的方法，下同)，即獲得本發(fā)明的橡膠。
按照GB 1683-87、GB 686-85進(jìn)行流變儀測試，加熱溫度為155℃，結(jié)果如下T10＝1′48″；T90＝3′24″。T10為焦燒時間。焦燒是膠料在混煉、壓延或壓出操作中以及在硫化之前的停放期間出現(xiàn)的早期硫化。T90為工藝正硫化時間，這時硫化膠的綜合性能達(dá)到最佳值時的硫化狀態(tài)，又稱最宜硫化。
按照GB 528-83標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行物理機(jī)械性能測試，結(jié)果如下

實(shí)施例2將適量粒徑為10～40nm的納米氧化鋅在濃度為5wt％的硅烷偶聯(lián)劑水溶液中浸潤10分鐘，過濾后在100℃下干燥至恒重；將90份3#煙片膠和上述經(jīng)過處理的納米氧化鋅10份置于開煉機(jī)中，在溫度為50℃的條件下進(jìn)行混煉，制成納米氧化鋅母煉膠；將3#煙片膠82份；硫磺2.5份；促進(jìn)劑M0.7份；促進(jìn)劑DM0.8份；硬脂酸1.5份；納米氧化鋅母煉膠20份；防老劑A1份；輕質(zhì)碳酸鈣50份。置于開煉機(jī)中，于55℃的溫度下混煉，即獲得本發(fā)明的橡膠。
按照GB 1683-87、GB 686-85進(jìn)行流變儀測試，加熱溫度為155℃，結(jié)果如下T10＝2′6″；T90＝4′24″。
按照GB 528-83標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行物理機(jī)械性能測試，結(jié)果如下

實(shí)施例3將適量粒徑為40～60nm的納米氧化鋅在濃度為10wt％的脂肪酸水乳液中浸潤10分鐘，過濾后在80℃下干燥至恒重；將90份3#煙片膠和上述經(jīng)過處理的納米氧化鋅10份置于開煉機(jī)中，在溫度為60℃的條件下進(jìn)行混煉，制成納米氧化鋅母煉膠；將吉林化學(xué)公司生產(chǎn)的丁苯膠150260份，3#煙片膠13份；硫磺1.5份；促進(jìn)劑M1.5份；促進(jìn)劑DM0.5份；促進(jìn)劑CZ1.5份；硬脂酸2份；納米氧化鋅母煉膠30份；防老劑A1.5份；防老劑4010NA0.8份；高耐磨碳黑N33020份；半補(bǔ)強(qiáng)碳黑15份；機(jī)械油8.0；輕質(zhì)碳酸鈣20份。置于開煉機(jī)中，于60℃的溫度下混煉，即獲得本發(fā)明的橡膠。
按照GB 1683-87、GB 686-85進(jìn)行流變儀測試，加熱溫度為155℃，結(jié)果如下T10＝3′30″；T90＝6′18″。
按照GB 528-83標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行物理機(jī)械性能測試，結(jié)果如下

實(shí)施例4將適量粒徑為10～40nm的納米氧化鋅在濃度為15wt％的脂肪酸水乳液中浸潤15分鐘，過濾后在80℃下干燥至恒重；將95份3#煙片膠和上述經(jīng)過處理的納米氧化鋅5份置于開煉機(jī)中，在溫度為60℃的條件下進(jìn)行混煉，制成納米氧化鋅母煉膠；將吉林化學(xué)公司生產(chǎn)的丁苯膠150262份；硫磺2.0份；促進(jìn)劑DM0.3份；促進(jìn)劑CZ1.0份；硬脂酸1.5份；納米氧化鋅母煉膠40份；防老劑A1.0份；防老劑4010NA0.6份；高耐磨碳黑N33024.0份；半補(bǔ)強(qiáng)碳黑10.0份；機(jī)械油5.0；輕質(zhì)碳酸鈣25份。置于開煉機(jī)中，于60℃的溫度下混煉，即獲得本發(fā)明的橡膠。
按照GB 1683-87、GB 686-85進(jìn)行流變儀測試，加熱溫度為155℃，結(jié)果如下T10＝3′18″；T90＝5′51″。
按照GB 528-83標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行物理機(jī)械性能測試，結(jié)果如下

權(quán)利要求
1.含有納米氧化鋅的橡膠，包括橡膠基體、硫化劑、促進(jìn)劑、防老劑以及作為硫化活性劑的氧化鋅，其特征在于，所述及的氧化鋅的粒徑為10-80nm，含量以100份橡膠基體的重量計為1～3份。
2.如權(quán)利要求1所述的橡膠，其特征在于，所述及的橡膠基體包括天然橡膠或天然膠/丁苯并用膠，所述及的硫化劑為硫磺，所述及的促進(jìn)劑為噻唑類促進(jìn)劑或/和次磺酰胺類促進(jìn)劑，所述及的硫化活性劑為納米氧化鋅或/和硬脂酸，所述及的防老劑為二芳基仲胺類防老劑。
3.如權(quán)利要求2所述的橡膠，其特征在于，各組分的重量份數(shù)如下橡膠基體100；硫磺1.5～4；促進(jìn)劑M0.5～1.5；促進(jìn)劑DM0.3～1.0；促進(jìn)劑CZ0.5～1.5；硬脂酸0.8～2.0；納米氧化鋅1～3；防老劑A0.5～1.5；輕質(zhì)碳酸鈣20～60。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的橡膠的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟(1)將納米氧化鋅浸潤于硅烷偶聯(lián)劑水溶液或C5～C20脂肪酸及其鹽的水乳液中5～15分鐘，取出浸潤后的納米氧化鋅進(jìn)行干燥；所說的硅烷偶聯(lián)劑為具有如下結(jié)構(gòu)通式的化合物R SiX3，其中X代表能夠水解的烷氧基，R代表乙烯基、氨基或硫醇基。(2)將橡膠基體和上述經(jīng)處理的納米氧化鋅置于開煉機(jī)中，在溫度為30～85℃的條件下進(jìn)行混煉，制成納米氧化鋅母煉膠，橡膠基體和經(jīng)過處理的納米氧化鋅的重量比為橡膠基體∶納米氧化鋅＝90～95∶10～5；(3)依次將橡膠基體、氧化鋅母煉膠、促進(jìn)劑、防老劑、硫磺按照上述比例投入開煉機(jī)中進(jìn)行混煉，即獲得本發(fā)明的的橡膠。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，X代表甲氧基、乙氰基或氯。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述及的脂肪酸及其鹽為硬脂酸及其鹽。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，水乳液的濃度為5％～20wt％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含有納米氧化鋅的橡膠及其混煉方法。本發(fā)明的橡膠,包括橡膠基體、硫化劑、作為硫化活性劑的氧化鋅,氧化鋅的粒徑為10－80nm,含量以100份橡膠基體的重量計為1～3份。將橡膠基體和經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑處理的納米氧化鋅置于開煉機(jī)中,制成納米氧化鋅母煉膠,然后依次將橡膠基體、納米氧化鋅母煉膠、促進(jìn)劑、防老劑、硫磺按照比例投入開煉機(jī)中進(jìn)行混煉,即獲得所說的橡膠。本發(fā)明在納米氧化鋅減量60%的情況下,發(fā)揮出與普通氧化鋅5份相等的作用。添加了納米氧化鋅的膠料具有較長的焦燒時間,可提供較大的加工安全性。產(chǎn)品的300%定伸強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率、永久變形、邵爾硬度等力學(xué)性能均傳統(tǒng)的接近或相等。
文檔編號C08K3/22GK1386788SQ0211204
公開日2002年12月25日 申請日期2002年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月12日
發(fā)明者陳月輝 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)