一种多功能橡胶材料及其制备方法与应用与流程

[0001]
本发明涉及橡胶技术领域，尤其涉及一种多功能橡胶材料及其制备方法与应用。


背景技术：

[0002]
橡胶地板在国外发达国家已流行了数十年，并且得到广泛的应用。传统橡胶地板组合物以天然橡胶、合成橡胶为主，以及一些橡胶助剂制备而成，只能在相对普通的环境区域使用，而不适合在有特殊性能要求的区域使用，例如需要易发生酸碱腐蚀的实验室、化工厂、船舶等区域，或是易产生静电的电厂、机房、仓库等特殊场所。传统的橡胶地板功能单一限制了其广泛的应用。


技术实现要素：

[0003]
本发明提供了一种多功能橡胶材料及其制备方法与应用，解决了传统的橡胶地板功能单一的问题。
[0004]
其具体技术方案如下：
[0005]
本发明提供了一种多功能橡胶材料，其特征在于，按重量份数计，由以下组分制成：
[0006]
丁苯橡胶40～80份；
[0007]
三元乙丙橡胶20～60份；
[0008]
高苯乙烯树脂10～30份；
[0009]
氯磺化聚乙烯10～30份；
[0010]
碳纳米管1～10份；
[0011]
阻燃剂25～100份；
[0012]
聚乙二醇1～5份；
[0013]
分散剂1～5份；
[0014]
偶联剂1～5份；
[0015]
白炭黑20～50份；
[0016]
填料15～60份；
[0017]
高岭土60～120份；
[0018]
白矿油4～10份；
[0019]
活性剂2～8份；
[0020]
防老剂1～5份；
[0021]
硫化剂1～4份；
[0022]
促进剂0～3份；
[0023]
抗菌剂1～10份；
[0024]
抗静电剂3～15份；
[0025]
颜料0～2份；
[0026]
其它助剂0～8份。
[0027]
本发明提供的多功能橡胶材料具有酸碱、抗菌、防静电、抗刺穿等多种功能，还具有阻燃、耐磨、防滑、防潮、易清洗保养等特点，能够适应苛刻复杂的环境场所，拓宽了橡胶材料的应用。
[0028]
本发明中，丁苯橡胶优选为丁苯橡胶sbr1502，以质量份数计，丁苯橡胶40～80份，优选为60份。
[0029]
本发明中，三元乙丙橡胶耐臭氧、耐热、耐候等耐老化性能优异，三元乙丙橡胶优选为三元乙丙橡胶epdm 4770r，以质量份数计，三元乙丙橡胶20～60份，优选为35份；
[0030]
氯磺化聚乙烯具有优异的耐臭氧性、耐大气老化性、耐化学腐蚀性等，较好的物理机械性能、耐老化性能、耐热及耐低温性、耐油性、耐燃性、耐磨性、及耐电绝缘性。氯磺化聚乙烯优选为氯磺化聚乙烯csm4008，以质量份数计，氯磺化聚乙烯10～30份，优选为20份；
[0031]
本发明发现，三元丙橡胶与氯磺化聚乙烯组合对多功能橡胶材料的耐酸碱性能具有协同增效作用，从实验数据可知，两者组合较单独使用三元丙橡胶与或单独使用氯磺化聚乙烯的耐酸碱性能好，尤其当20～60份的三元丙橡胶与10～30份氯磺化聚乙烯组合时，耐酸碱效果更显著。
[0032]
碳纳米管是比尘埃还小很多的碳粉，分子型状呈管状结构，不腐烂，导热强，拉力强，强度是钢的100倍而质量是钢的1/6，具有优异导静电性能，导电性是钢的1000多倍。本申请中利用碳纳米管强度高、导电性能好的特点，为组合物获得更高的抗静电及抗刺穿性能。本发明中，碳纳米管优选为碳纳米管cnt201，以重量份数计，碳纳米管1～10份，优选为3份；
[0033]
抗静电剂优选为抗静电剂avan static sbr/epdm，按重量份数计，抗静电剂3～15份，优选为8份；
[0034]
本发明发现，碳纳米管和抗静电剂对多功能橡胶材料的导电性能具有协同增效作用。从实验数据可知，碳纳米管和抗静电剂组合使用对多功能橡胶材料的防静电性能能较单独使用抗静电剂、或单独使用碳纳米管、或抗静电剂和碳纤维的混合物更显著。
[0035]
本发明中，高苯乙烯树脂的耐冲击性能好，可以改善胶料的耐曲挠性能及撕裂强度，高苯乙烯树脂优选为高苯乙烯树脂hs-85，以重量份数计，高苯乙烯树脂10～30份，优选为15份；
[0036]
按重量份数计，白炭黑20～50份，优选为30份，
[0037]
本发明发现，碳高苯乙烯树脂、碳纳米管和白炭黑三种组分组合可以协同增强多功能橡胶材料抗刺穿和抗撕裂性能，其抗刺穿性能、抗撕裂性能较高苯乙烯树脂+白炭黑组合，或碳纳米管+白炭黑组合，或碳纤维+橡胶基体+白炭黑组合的效果更显著。
[0038]
本发明中，所述阻燃剂包括：10～40份氢氧化铝、5～30份硼酸锌和10～30份阻燃剂fr-919，优选为30份氢氧化铝、10份硼酸锌和20份阻燃剂fr-919；
[0039]
所述填料包括：5～20份硫酸钡和10～30份纳米碳酸钙，优选为10份硫酸钡和20份纳米碳酸钙。
[0040]
所述促进剂为促进剂dm和促进剂cbs，按重量份数计，促进剂0～3份，优选为0.8份促进剂dm和1.2份促进剂cbs；本发明将促进剂dm和促进剂cbs两种进剂配合使用，可以有效缩短硫化时间，降低硫化温度。
[0041]
所述活性剂为氧化锌和硬脂酸，按重量份数剂，活性剂2～8份，优选为1～5份氧化锌和1～3份硬脂酸，更优选为4份氧化锌和2份硬脂酸；本发明氧化锌和硬脂酸配合使用，可以充分发挥促进作用，减少促进剂的用量或缩短硫化时间。
[0042]
所述防老剂为防老剂spc和微晶蜡11018，按重量份数计，防老剂1～5份，优选为防老剂spc为1.5份和1.5份微晶蜡11018；
[0043]
所述抗菌剂为无机银离子抗菌剂p203，按重量份数计，抗菌剂1～10份，优选为3.0份；
[0044]
所述颜料为0068mcn，按重量份数计，颜料为0～2份，优选为0.5份；
[0045]
所述其它助剂为季戊四醇和氧化镁，氧化镁优选为氧化镁150，按重量份数计，季戊四醇为1～3份，优选为1.5份，氧化镁150为2～5份，优选为3.0份；
[0046]
所述硫化剂为硫黄和硫化剂tra，按重量份数计，硫黄为1～3份，优选为2.2份，硫化剂tra为0～2份，优选为1.0份；
[0047]
所述分散剂为分散剂fc-303，分散剂1～5份，优选为2份，聚乙二醇1～5份，所述聚乙二醇的分子量为4000，优选为3份，所述白矿油4～10份，优选为5份，所述偶联剂优选为硅烷偶联剂，偶联剂1～5份，优选为3份。
[0048]
本发明还提供了上述多功能橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
[0049]
1)：将丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、高苯乙烯树脂、氯磺化聚乙烯、碳纳米管和偶联剂混后，压上顶栓进行混炼120s～150s；
[0050]
2)然后投入氧化锌、硬脂酸、防老剂、聚乙二醇、分散剂、阻燃剂、1/2质量的高岭土、填料、抗菌剂、抗静电剂、颜料和基它助剂混合，压上顶栓进行混炼180s～240s；
[0051]
3)然后投入1/2质量的高岭土和白矿油，压上顶栓进行混炼120s～180s；
[0052]
4)升上顶栓清扫，再压上顶栓继续进行混炼120s～180s，排胶，得到混合胶料；
[0053]
5)将混合胶料、硫化剂、促进剂在开炼机中进行混合，然后薄通4～6次，辊距1～2mm，时间3～5min；
[0054]
6)在开炼机上打卷6次，包辊后出片，辊距6～8mm，时间3～5min；
[0055]
7)将步骤6)得到的胶料成型硫化，得到多功能橡胶材料。
[0056]
由于碳纳米管在聚合物中分散性很低，本发明在混炼初期对碳纳米管进行预分散处理，即将碳纳米管硅烷偶联剂与橡胶一起投入密炼机进行混炼，使碳纳米管与硅烷偶联剂(分子式：y-r-si(or)3)的y-有机官能基产生结合反应，通过硅烷偶联剂作用，使碳纳米管和橡胶有机物质的界面之间架起"分子桥"，把两种性质悬殊的材料连接在一起，提高材料的性能和增加粘接强度，使碳纳米管在橡胶基体中分散性得到充分提高，避免碳纳米管聚集成束或缠绕，从而得到多功能橡胶地板组合物的性能。
[0057]
本发明还提供了上述多功能橡胶材料在制备橡胶地板中的应用。
[0058]
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
[0059]
本发明提供了一种多功能橡胶材料，具有酸碱、抗菌、防静电、抗刺穿等多种功能，还具有阻燃、耐磨、防滑、防潮、易清洗保养等特点。其中，该多功能橡胶材料的制备原料中，三元乙丙橡胶与丁苯橡胶组合对多功能橡胶材料的耐酸碱性能具有协同增效作用，碳纳米管和抗静电剂对多功能橡胶材料的导电性能具有协同增效作用，碳高苯乙烯树脂、碳纳米
管和白炭黑三种组分组合可以协同增强多功能橡胶材料抗刺穿和抗撕裂性能。本发明提供的多功能橡胶材料能够适应苛刻复杂的环境场所，拓宽了橡胶材料的应用。
具体实施方式
[0060]
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0061]
本发明实施例中，丁苯橡胶为丁苯橡胶sbr1502，三元乙丙橡胶为三元乙丙橡胶epdm 4770r，高苯乙烯树脂为高苯乙烯树脂hs-85，氯磺化聚乙烯为氯磺化聚乙烯csm4008，碳纳米管为碳纳米管cnt201，聚乙二醇为聚乙二醇peg4000，阻燃剂为阻燃剂fr-919，分散剂为分散剂fc-303，颜料为0068mcn。
[0062]
碳纤维购于台湾台丽，型号：tc33，纤维直径：7μm，长度：6～12mm；
[0063]
碳纳米管购于华硕纳米材料有限公司，型号：cnt201，直径:1～3nm,长度:10～50μm。
[0064]
本发明实施例中各试剂均为市购。
[0065]
实施例1
[0066]
本实施例为多功能橡胶地板的制备
[0067]
原料：丁苯橡胶60份、三元乙丙橡胶35份、高苯乙烯树脂15份、氯磺化聚乙烯20份、碳纳米管3份、氢氧化铝30份、硼酸锌10份、阻燃剂20份、聚乙二醇3份、分散剂2份、硅烷偶联剂si69n 3份、白炭黑30份、硫酸钡10份、高岭土80份、纳米碳酸钙20份、白矿油5份、氧化锌4份、硬脂酸2份、防老剂(防老剂spc为1.5份和1.5份微晶蜡11018)3份、硫化剂(2.2份硫黄和1.0份硫化剂tra)3.2份、促进剂(0.8份促进剂dm和1.2份促进剂cbs)2份、抗菌剂3份、抗静电剂8份、颜料0.5份及其它助剂(季戊四醇1.5份、氧化镁150 3份)。
[0068]
具体制备步骤如下：
[0069]
(1)、生产橡胶地板组合物之前先用2份专用洗机胶清洗干净密炼机，并清理干净机台卫生，防止污染地板胶料；
[0070]
(2)、称取的丁苯橡胶1502、三元乙丙橡胶epdm 4770r、高苯乙烯树脂hs-85、氯磺化聚乙烯csm4008、碳纳米管cnt201、硅烷偶联剂si69n，首先投入75l密炼机上进行混炼，压上顶栓150s；
[0071]
(3)、然后投入氧化锌、硬脂酸、防老剂、聚乙二醇peg4000、分散剂fc-303、氢氧化铝、硼酸锌、阻燃剂fr-919、硫酸钡、纳米碳酸钙、无机银离子抗菌剂p203、抗静电剂avanstatic sbr/epdm、颜料及其它助剂、白炭黑、1/2高岭土，压上顶栓240s；
[0072]
(4)、然后投入剩余1/2高岭土、白矿油，压上顶栓180s；
[0073]
(5)、升上顶栓清扫，再压上顶栓混炼，压上顶栓150s；
[0074]
(6)、排胶，温度150℃-155℃，密炼混炼总时间控制在12min左右。
[0075]
(7)、将(6)步骤得到的混炼胶料，在开炼机上加入硫化剂、促进剂，然后薄通6次，辊距2mm，时间3min；
[0076]
(8)、在开炼机上打卷6次，包辊后出片，辊距6mm，时间3min；
[0077]
(9)、将步骤(8)得到的胶料进行出片、冷却，得到胶料；
[0078]
(10)、将步骤(9)得到的胶料进行成型硫化，即可得到多功能橡胶地板。
[0079]
实施例2
[0080]
本实施例为多功能橡胶地板的制备
[0081]
本实施例与实施例1的区别在于：丁苯橡胶40份、三元乙丙橡胶20份。
[0082]
实施例3
[0083]
本实施例为多功能橡胶地板的制备
[0084]
本实施例与实施例1的区别在于：丁苯橡胶80份、三元乙丙橡胶60份。
[0085]
对比例1
[0086]
本对比例为橡胶地板的制备
[0087]
本对比例与实施例1的区别在于：不含氯磺化聚乙烯。
[0088]
对比例2
[0089]
本对比例为橡胶地板的制备
[0090]
本对比例与实施例1的区别在于：氯磺化聚乙烯50份。
[0091]
对比例3
[0092]
本对比例为橡胶地板的制备
[0093]
本对比例与实施例1的区别在于：不含三元乙丙橡胶。
[0094]
对比例4
[0095]
本对比例为多功能橡胶地板的制备
[0096]
本实施例与实施例1的区别在于：不含氯磺化聚乙烯，三元乙丙橡胶55份。
[0097]
对比例5
[0098]
本对比例为多功能橡胶地板的制备
[0099]
本实施例与实施例1的区别在于：不含三元乙丙橡胶，氯磺化聚乙烯55份。
[0100]
对比例6
[0101]
本实施例为多功能橡胶地板的制备
[0102]
本实施例与实施例1的区别在于：用氯化聚氯乙烯等量替换氯磺化聚乙烯。
[0103]
对比例7
[0104]
本对比例为橡胶地板的制备
[0105]
本对比例与实施例1的区别在于：不含碳纳米管和抗静电剂。
[0106]
对比例8
[0107]
本对比例为橡胶地板的制备
[0108]
本对比例与实施例1的区别在于：不含抗静电剂。
[0109]
对比例9
[0110]
本对比例为橡胶地板的制备
[0111]
本对比例与实施例1的区别在于：抗静电剂由8份改为20份。
[0112]
对比例10
[0113]
本对比例为橡胶地板的制备
[0114]
本对比例与实施例1的区别在于：不含碳纳米管。
[0115]
对比例11
[0116]
本对比例为橡胶地板的制备
[0117]
本对比例与实施例1的区别在于：使用碳纤维替换碳纳米管。
[0118]
对比例12
[0119]
本对比例为橡胶地板的制备
[0120]
本对比例与实施例1的区别在于：不含高苯乙烯树脂和碳纳米管。
[0121]
对比例13
[0122]
本对比例为橡胶地板的制备
[0123]
本对比例与实施例1的区别在于：不含高苯乙烯树脂。
[0124]
对比例14
[0125]
本实施例为多功能橡胶地板的制备
[0126]
本实施例与实施例1的区别在于：白炭黑由30份改为60份，其它不变。
[0127]
对比例15
[0128]
本实施例为多功能橡胶地板的制备
[0129]
本实施例与实施例1的区别在于：不含高苯乙烯树脂，碳纳米管由3份改为8份，白炭黑由30份改为40份。
[0130]
对比例16
[0131]
本对比例为橡胶地板的制备
[0132]
本对比例与实施例1的区别在于：不含抗菌剂。
[0133]
试验例1
[0134]
1、将实施例1～3和对比例1～6制得的橡胶地板分别在硫酸(体积浓度，20％)、盐酸(体积浓度，15％)、氢氧化钠(体积浓度，10％)里浸泡23℃
×
72h条件下测定其老化系数(以抗张积计)，结果如表1所示。
[0135]
从表1的结果看出，实施例1～3和对比例1～6制得的橡胶地板耐酸碱性能老化系数≥0.80(符合国标gb/t 3951-2002《船用阻燃橡胶地板》)的标准要求，实施例1橡胶地板的耐硫酸、耐盐酸、耐氢氧化钠性能老化系数均最高，说明该样品耐酸碱效果最好。
[0136]
从实施例1～3和对比例3～5的数据可知，其耐酸碱性能较单独使用三元丙橡胶与或单独使用氯磺化聚乙烯的耐酸碱效果更好，且在多功能橡胶地板原料总量不变的条件下，实施例1多功能橡胶地板的耐酸碱性能较单独使用三元丙橡胶与或单独使用氯磺化聚乙烯的耐酸碱效果也更显著；从对比例6可知，使用氯化聚氯乙烯等量替换氯磺化聚乙烯，多功能橡胶地板的耐酸碱性能也相应减弱。由上述结果可知，三元丙橡胶与氯磺化聚乙烯两种组分具有耐酸碱性能的协同增效作用，且当三元乙丙橡胶35份/氯磺化聚乙烯20份
[0137]
配比时，其耐酸碱效果显著。
[0138]
表1
[0139] 耐硫酸耐盐酸耐氢氧化钠实施例10.930.910.92实施例20.840.850.87实施例30.910.880.89对比例10.860.830.80对比例20.870.880.91
对比例30.840.840.88对比例40.890.860.81对比例50.820.830.89对比例60.860.810.79
[0140]
2、将实施例1～3和对比例7～11进行电阻测试，结果如表2所示。
[0141]
从表2的结果可以看出，实施例1～3和对比例7～11制得的橡胶地板均满足《gb 50174-2008电子信息系统机房设计规范》标准规定主机房和辅助区的地板表面电阻应在2.5
×
104～1.0
×
109ω范围内的要求，但多功能橡胶地板原料中不含碳纳米管、抗静电剂，或抗静电剂过多，或采用碳纤维替换碳纳米管，其制得的多功能橡胶地板的表面电阻均高于实施例1～3多功能橡胶地板的表面电阻。实施例1多功能橡胶地板的防静电效果最好。
[0142]
从实施例1～3和对比例7～11的数据分析可知，碳纳米管和抗静电剂对导电性能具有协同作用，其防静电性能较单独使用抗静电剂、或单独使用碳纳米管、或抗静电剂和碳纤维的混合物的更显著。
[0143]
表2
[0144] 电阻实施例15.0
×
105ω实施例24.9
×
105ω实施例32.2
×
106ω对比例72.5
×
10
10
ω对比例81.8
×
107ω对比例93.3
×
103ω对比例103.2
×
106ω对比例112.1
×
107ω
[0145]
3、对实施例1～3和对比例10～15制得的橡胶地板按照国标gb/t20991-2007《个体防护装置鞋的测试方法》进行抗刺穿性测试(模拟鞋类抗抗刺穿性能试验方法)，结果如表3所示，同时按《gb/t 529-2008硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定》测试撕裂强度，结果如表3所示。
[0146]
从表3的结果可知，只有实施例1～3多功能橡胶地板符合国标《gb21147-2007个体防护装置防护鞋》刺穿力≥1100n性能要求。
[0147]
从表3的结果可知，多功能橡胶地板原料缺少高苯乙烯树脂和/或碳纳米管、增加白炭黑的用量或在高苯乙烯树脂、碳纳米管和白炭黑总量不变的条件下，缺少高苯乙烯树脂，其制得的多功能橡胶地板的抗撕裂强度均低于实施例1～3多功能橡胶地板，且差异显著。
[0148]
实验证明，高苯乙烯树脂、碳纳米管和白炭黑三种组分组合可以协同增强橡胶地板抗刺穿和抗撕裂性能，其抗刺穿性能、抗撕裂性能较高苯乙烯树脂+白炭黑组合，或碳纳米管+白炭黑组合，或碳纤维+白炭黑组合的效果更显著。所以，在遇到较尖锐物品(如高跟鞋、滚动不佳的铁轮)的情况下，采用本发明提供的橡胶地板不会出现被撕裂、刺穿的状况。
[0149]
表3
[0150] 抗刺穿力抗撕裂强度
实施例11286n58.1kn/m实施例21093n50.7kn/m实施例31181n55.6kn/m对比例101025n46.8kn/m对比例111080n50.5kn/m对比例12861n36.2kn/m对比例131006n48.9kn/m对比例141049n50.7kn/m对比例151109n52.3kn/m
[0151]
4、对实施例1～3和对比例10制得的橡胶地板按照《qb/t 2591-2003抗菌塑料抗菌性能试验方法和抗菌效果》附录a规定的方法进行抗细菌性能试验，测试结果如表2所示。
[0152]
从表4可知，实施例1～3制得的橡胶地板具有优异的抗菌能力。
[0153]
表4
[0154] 橡胶地板剩余菌量抗菌率实施例12.1
×
104cfu95.8％实施例22.2
×
104cfu95.7％实施例32.5
×
104cfu95.1％对比例164.4
×
105cfu12.9％
[0155]
5、对实施例1～3、对比例4～6、对比例9和对比例14～15制得的多功能橡胶地板的硬度、伸长率、拉伸强度和磨耗量进行测试，结果如表5所示。
[0156]
从表5可以看出，相比于对比例6、对比例9和对比例14～15多功能橡胶地板，实施例1～3制得的多功能橡胶地板具有优异的拉伸性能、机械强度和耐磨性能，对比例4～5多功能橡胶地板的各项性能与实施例1差异不大。
[0157]
表5
[0158][0159][0160]
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前
述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除