高性能橡胶的制备方法与流程

本发明涉及材料合成领域，尤其涉及高性能橡胶制品的制备方法。

背景技术：

硫磺作为天然橡胶和二烯烃类合成橡胶的硫化剂，但一般硫磺粉在胶料中很难分散均匀。其是与一些补强填料并用时更易出现硫磺迁移，导致橡胶加工过程中易出现制品喷霜或有麻点(凝集物)等问题。为解决这一问题，广大相关工作者做了大量的努力，如：制备不溶性硫磺(减少硫磺在橡胶母胶中溶解、析出、团聚问题)、制备硫磺母炼胶(减小硫磺间的团聚)等，东洋化学公司制造了一种称之为多硫化物的树脂状硫黄，防止浅色硫化胶表面出现褐色硫磺斑点，减少制品缺陷。但是这些方法仅适用于某些特定的产品或者胶种，不能够彻底解决橡胶加工过程中硫磺分散不均匀的问题。

技术实现要素：

本发明目的在于解决现有技术中橡胶加工过程中硫磺在橡胶母胶中溶解、析出、团聚的问题，提供一种硫磺在橡胶母胶中均匀分散的高性能橡胶。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：一种高性能橡胶的制备方法，其包括如下步骤：

1.1制备硫磺均匀包覆的补强复合材料；

1.2将上述复合材料橡胶混炼环节加入到生胶中；

1.3硫化成型得到所述高性能橡胶制品。

本发明一优选技术方案，所述步骤1.1硫磺均匀包覆的补强复合材料的制备方法为：

2.1将硫磺放置于可加热的真空混合机中；

2.2再将橡胶补强材料放置于真空混合机中；

2.3设备抽真空后，开启加热装置及搅拌装置，在加热温度下，硫磺受热气化，硫磺蒸汽均匀分布在橡胶补强材料表面，冷却后形成硫磺均匀包覆的补强复合材料。

本发明一优选技术方案，所述加热温度为硫磺相图中对应平衡蒸汽压力下的气化温度，如在0.1Pa下，硫磺升华温度约为80℃。

本发明一优选技术方案，硫磺和橡胶补强材料的质量比为1:1-50。所述2.3中抽真空为-1Mpa～-0.1Mpa。

本发明一优选技术方案，所述步骤1.1硫磺均匀包覆的补强复合材料的制备方法为：

3.1将硫磺前驱体与橡胶补强材料混合均匀；

3.2将混合均匀的物料送入反应设备中，硫磺前驱体在一定温度条件下分解出活泼硫原子，均匀分布在橡胶主要补强材料表面，得到硫磺均匀包覆橡胶补强复合材料。

本发明一优选技术方案，所述硫磺前驱体为CS₂、H₂S、苯硫醇、硫酚、二甲基亚砜等中的一种或几种。

本发明一优选技术方案，所述一定温度条件为160℃-500℃。进一步地，优选一定温度条件为180℃-260℃。

本发明一优选技术方案，所述橡胶补强材料为炭黑、白炭黑、碳纳米管、石墨烯、短纤维、氧化锌中的一种或几种。

所述橡胶补强材料选自炭黑、白炭黑、碳纳米管、石墨烯、短纤维、氧化锌中的一种或几种。

本发明提供的一种高性能橡胶制备方法技术方案，包括以下步骤：

(1)制备硫磺均匀包覆的补强复合材料：将硫磺原料与橡胶补强材料混合均匀，将混合均匀的物料进行加热，最后得到硫磺均匀包覆橡胶补强复合材料；

(2)将上述硫磺均匀包覆的补强复合材料在橡胶混炼环节加入到生胶中混炼，得到母炼胶；

(3)将步骤(2)得到的母炼胶进行硫化成型得到高性能橡胶制品。

所述硫磺原料选自硫磺、硫磺前驱体，所述硫磺前驱体为CS₂、H₂S、苯硫醇、硫酚、二甲基亚砜等中的一种或几种。

当所述硫磺原料为硫磺时，步骤(1)中，在进行硫磺原料、橡胶补强材料搅拌前，先抽真空。硫磺受热气化，硫磺蒸汽均匀分布在橡胶补强材料表面，得到硫磺均匀包覆橡胶补强复合材料。

当所述硫磺原料为硫磺前驱体时，硫磺与橡胶补强材料混合均匀；将混合均匀的物料进行加热，在一定温度下，硫磺前驱体分解出活泼硫原子，均匀分布在橡胶主要补强材料表面，得到硫磺均匀包覆橡胶补强复合材料。

本发明要求保护一种高性能橡胶的制备方法。以物理或化学方法将硫磺均匀沉积到橡胶主要补强材料上，形成硫磺包覆的补强复合材料；该复合材料直接在橡胶混炼环节加入，硫磺借助补强材料在橡胶母胶中实现纳米级分散，有效避免因硫磺分散不均匀造成的橡胶制品喷霜与局部过硫等质量问题。本发明提供了硫磺均匀包覆在橡胶主要补强材料表面的补强复合材料，该补强复合材料中有部分硫磺与橡胶主要补强材料之间以化学键形式结合，可以避免在橡胶加工过程中硫磺在橡胶母胶中溶解、析出、团聚的问题。同时硫磺包覆于橡胶主要补强材料表面，增大硫磺与橡胶母胶的接触面积、抑制硫磺迁移、减小硫磺间的团聚作用，可实现硫磺在橡胶母胶中均匀分散。

本发明实现了硫磺在橡胶中均匀分散的目的，解决了由于硫磺分散不均匀导致的橡胶制品所出现的喷霜、有麻点等问题。与现有技术相比，本发明优点是：1)本发明首次提出，将硫磺包覆在橡胶主要补强材料表面，然后应用于橡胶领域；2)产品可达到硫磺在橡胶中均匀分散的目的。

附图说明

图1为硫磺相图。

图2为实施例1所制备的材料的TEM照片。

图3为实施例1所得样品制备的硫化胶(A图)与直接使用硫磺所制备的硫化胶(B图)截面对比照片。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例1

1.按质量比m硫磺：m碳纳米管＝1:2称取10g硫磺与20g碳纳米管；

2.将硫磺与碳纳米管分别加入到真空混合机中；

3.将设备抽真空至设备内压力为0.1Pa，利用微波、红外、电加热等加热方式将设备加热至80℃，同时开启搅拌设备，加热15min后，停止加热，继续搅拌直至材料冷却至室温，得到所述补强复合材料；

4.复合材料橡胶混炼环节加入到生胶中混炼，得到母炼胶；

5.母炼胶硫化后得到高性能橡胶制品。

图2是补强复合材料的TEM照片，由图2可以看出硫磺均匀分布在碳纳米管的表面。按天然橡胶基础配方的配比将硫磺与该材料在橡胶混炼过程中分别加入到混炼胶中，硫化后将其截面在显微镜下进行分析，如图3图所示。图3左侧图片是添加硫磺的硫化胶截面照片，右侧图片是添加本发明材料的硫化胶截面照片，两者对比可以发现，直接使用硫磺的硫化胶截面中有大量小颗粒的硫磺团聚体，添加本发明材料的硫化胶截面中并未出现硫磺团聚体，说明硫磺均匀的分散在硫化胶中。

实施例2

1.按质量比m硫磺：m碳纳米管＝1:2称取10g硫磺与20g碳纳米管；

2.将硫磺制备成靶向材料，放入真空混合机的激光溅射区；将碳纳米管加入到真空混合机中；

3.将设备抽真空至其真空度为-0.1Mpa，利用激光将硫磺气化，同时开启搅拌设备，气化后的硫化吸附于碳纳米管表面，停止加热，继续搅拌直至材料冷却至室温，硫磺均匀吸附于碳纳米管表面。

4.复合材料橡胶混炼环节加入到生胶中混炼，得到母炼胶；

5.母炼胶硫化后得到高性能橡胶制品。

实施例3

1.按质量比m二甲基亚砜：m碳纳米管＝5:4称取25g二甲基亚砜与20g碳纳米管；

2.将碳纳米管与二甲基亚砜混合均匀，得到碳纳米管/二甲基亚砜浆料；

3.将气氛网带炉升温至220℃，将碳纳米管/二甲基亚砜浆料输送至其中，反应30min得到目标产品。

4.复合材料橡胶混炼环节加入到生胶中混炼，得到母炼胶；

5.母炼胶硫化后得到高性能橡胶制品。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。