专利名称：一种多功能纳米ZnO增强橡胶的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于石油井控装置、特种机械设备以及化学化工领域的多功能纳 米ZnO增强橡胶。
背景技术：
丁腈橡胶是目前油封及0型圈最常用的橡胶材料之一。但依然存在诸多问题① 不适合用于极性溶剂之中，例如酮类、臭氧、硝基烃和氯仿等用于制作燃油箱、润滑油箱类 部件；②不能满足石油系液压油、汽油、水、硅油、二酯系润滑油等流体介质中使用的橡胶零 件的性能需求。为克服橡胶部件性能瓶颈问题，本发明提供一种多功能纳米ZnO增强橡胶配方， 通过纳米ZnO对NBR进行改性，获得力学性能、稳定性、物理化学性能及其综合性能更优异 的橡胶制品，进而延长制品的使用寿命，以更好的应用于实际。用纳米粒子填充增强高分子材料时，纳米粒子的粒径，用量及表面处理方法都会 对复合材料的性能产生很大的影响。使用纳米级填料，由于粒子的尺寸下降，粒子的表面 积增大，因而填料与基体接触面积增大，而且纳米粒子表面活性中心多，可以和基体紧密结 合，相容性比较好，当受外力时，粒子不易与基体脱离，而且因为外力场的相互作用，在基体 内产生很多微变形区，吸收大量的能量，这也就决定了其既能较好地传递所承受的外应力， 又能引发基体屈服，消耗大量冲击能，从而达到同时增韧并增强的作用。目前，已有多种类 型的纳米粒子用来填充高分子材料，以实现高分子材料的高性能化和多功能化。
发明内容
本发明的目的是为了综合提升橡胶制品的强度、硬度及力学性能，提高橡胶的分 散性、缩短混炼时间及生产周期、提高生产效率及经济效益，特提供一种多功能纳米ZnO增 强橡胶。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案一种多功能纳米ZnO增强橡胶，其 特征是制备该增强橡胶所用原料的成分和用量如下，其中用量为质量百分比、质量的单位 为克或千克；丁腈橡胶、代号NBR、67% ；硫磺、；改性纳米氧化锌、代号Zn0、8% ；防老剂 264、即双二苯胺、0.8% ；炭黑、20% ；邻苯二甲酸二辛酯、代号D0P、1% ；硬脂酸、即十八烷 酸、0. 7%;促进剂-DM、即二硫化二苯骈噻唑、0. 5%;促进剂-CZJP N-环己基-2-苯骈噻唑 次磺酰胺、；纳米氧化锌的改性颗粒直径在Inm至IOOnm之间的ZnO粉末在200-210 V 温度下、烘干1. 5h，充分干燥得活性纳米ZnO ；再用丙酮稀释表面活性剂硅烷偶联剂即 双-[Y-(三乙氧基硅)丙基]_四硫化物、或乳化剂0P-10即烷基酚与环氧乙烷的缩合物， 其体积比为20 1 ；在均勻搅拌下、压力控制在0.3 0.5MPa，采用喷雾法用丙酮稀释的硅 烷偶联剂处理前面制得的纳米ZnO ；最后在70-9(TC温度下，将上述处理混合物干燥、蒸发 丙酮溶剂、制得改性纳米ZnO。
本发明的有益效果是该多功能纳米ZnO增强橡胶配方体系为热力稳定性和各向 同性的多组分分散体系，贮存过程中不易发生聚结。加入纳米助剂后橡胶强度有所增加、塑 性提高明显，从而提高橡胶材料使用寿命，使得该配方的适应范围也被大大拓宽。较大程度 提高橡胶稳定性的同时，提升其综合性能及其使用寿命，最大限度地发挥药剂之间的协同 作用并达到增强橡胶性能的目的。
具体实施例方式实例1 增强橡胶的配方及制备过程丁腈橡胶的塑炼与一般通用胶不同，它需要采用低温、小辊距、低容量薄通法，这 样才能有效地获得一定的可塑度。在常温条件下，将丁腈橡胶生胶于开炼机上塑炼IOmin 左右至包辊。辊温45-55°C，注意双辊塑炼机前辊温度必须高于后辊温度大约10°C，辊距 1mm。将塑炼后的丁腈橡胶在空气中静置2 6小时，方可进行混炼。丁腈橡胶的混炼时采 用低温混炼，辊温一般为40 60°C。将塑炼后的67%丁腈橡胶置于混炼机上，薄通多次后 缓慢加入上述过程中已制备好的8%改性纳米ZnO，完全混炼均勻后按顺序依次加入0. 8% 防老剂264、邻苯二甲酸二辛酯、0. 7%硬脂酸、0. 5%促进剂-DM、促进剂-CZ。混炼 均勻后，将所得混炼胶停放16小时后进行硫化。硫化前将混炼胶返炼，薄通6次出片，混 炼胶经过硫化成型得到纳米ZnO增强橡胶材料。其硫化条件为硫化时间2100s，硫化温度 150°C，硫化压力 12. 5MPa。实例2:纳米ZnO的改性本发明提供的多功能纳米ZnO增强橡胶配方其特征在于，实验过程中采用硅烷偶 联剂和乳化剂0P-10喷雾处理纳米材料对其进行改性。实验所涉及的内容包括表面改性 和防聚集机理、表面活性剂的选择与合成、分散剂的搭配等。设计的主要原理有降低粒子表 面能态、消除粒子的表面电荷、提高粒子与有机相的亲和力。纳米ZnO改性步骤如下在20(TC 210°C温度条件下，烘干1. 5h，充分干燥活性 纳米助剂；用丙酮稀释表面活性剂硅烷偶联剂即双-[Y-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物、 或乳化剂0P-10即烷基酚与环氧乙烷的缩合物，其体积比为20 1;在均勻搅拌的条件下， 压力控制在0. 4MPa左右，采用喷雾法运用稀释后的表面活性剂处理充分干燥的纳米ZnO ； 在70V 90°C温度条件下，将上述所得试剂中的丙酮挥发完全得到改性纳米ZnO。实例3 纳米ZnO对橡胶的增强效果纳米ZnO的加入使得粉末填料的添加量进一步增大。但通过双辊塑炼机强烈的剪 切作用，粉料仍然可以均勻的加入NBR混炼胶中，并且对改善胶料的表面光泽度有较好的 效果。纳米ZnO的加入有效提升橡胶制品综合性能，上述所说的多功能纳米增强橡胶配方 其特征在于，其室内检测其性能如表1。表1纳米ZnO对橡胶的增强效果
权利要求
一种多功能纳米ZnO增强橡胶，其特征是制备该增强橡胶所用原料的成分和用量如下，其中用量为质量百分比、质量的单位为克或千克；丁腈橡胶、代号NBR、67％；硫磺、1％；改性纳米氧化锌、代号ZnO、8％；防老剂264、即双二苯胺、0.8％；炭黑、20％；邻苯二甲酸二辛酯、代号DOP、1％；硬脂酸、即十八烷酸、0.7％；促进剂 DM、即二硫化二苯骈噻唑、0.5％；促进剂 CZ、即N 环己基 2 苯骈噻唑次磺酰胺、1％；纳米氧化锌的改性粒径分布范围在1nm至100nm之间的氧化锌粉末在200 210℃温度下、烘干1.5h，使其充分干燥；再用丙酮稀释表面活性剂硅烷偶联剂即双 [Y (三乙氧基硅)丙基] 四硫化物、或乳化剂OP 10，即烷基酚与环氧乙烷的缩合物，其体积比为20∶1；在均匀搅拌下、压力控制在0.3MPa～0.5MPa，采用喷雾法用丙酮稀释的硅烷偶联剂处理充分干燥的纳米ZnO；最后在70 90℃温度下，将上述处理混合物干燥、蒸发丙酮溶剂、制得改性纳米ZnO。
全文摘要
本发明涉及一种用于石油井控装置、特种机械设备及化学化工领域的多功能纳米ZnO增强橡胶。其技术方案是制备该增强橡胶所用原料的成分和用量如下丁腈橡胶、67％；硫磺、1％；改性纳米氧化锌、8％；防老剂264、0.8％；炭黑、20％；邻苯二甲酸二辛酯、1％；硬脂酸、0.7％；促进剂-DM、0.5％；促进剂-CZ、1％；纳米ZnO改性是先将纳米ZnO在200℃烘干，再用丙酮分别稀释表面活性剂硅烷偶联剂或乳化剂OP-10，在搅拌下，用丙酮稀释后的表面活性剂处理纳米ZnO，在70℃-90℃下充分干燥，蒸发丙酮得改性纳米ZnO。加入纳米ZnO后橡胶强度增加，塑性提高，用于油田井控设备及化学化工行业。
文档编号C08K5/47GK101891907SQ201010230760
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月14日 优先权日2010年7月14日
发明者侯铎, 刘承杰, 张建国, 王霞, 陈玉祥 申请人:西南石油大学