一种反式聚异戊二烯硫化胶及其混炼工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种反式聚异戊二烯硫化胶及其混炼工艺，其特征是，包括以下步骤：（1）将反式聚异戊二烯在开炼机上进行开炼，得到胶片；（2）将胶片过辊1～5次，不包辊，辊距为0.1～0.5mm；（3）将辊距调至1～2mm，使胶片包辊，包辊后将辊距调至1.5～2mm，持续过辊2～5min；（4）向胶片中加入氧化石墨烯，从开炼机每一侧进行割刀，持续过辊2～5min后打三角包；（5）向胶片中加入氧化锌、硬脂酸、硫磺和促进剂NS，持续过辊3～6min；再从开炼机每一侧进行割刀，持续过辊2～5min；（6）从开炼机上取下胶片，将辊距调至0.8～1mm，将胶片从一端送入过辊3～7次，下片。本发明利用氧化石墨烯对高分子材料的补强特性，可以提高反式聚异戊二烯硫化胶的力学性能。
【专利说明】
一种反式聚异戊二烯硫化胶及其混炼工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及一种反式聚异戊二烯硫化胶及其混炼工艺，属于橡胶技术领域。
【背景技术】
[0002] 反式聚异戊二稀(Trans-1，4-Polyisoprene，简称TPI)又称合成杜仲胶，与通用天 然橡胶(NR)或异戊橡胶（IR)是同分异构体。由于TPI在室温下易结晶，表观为一种热塑性塑 料，软化点60°C左右，可视为介于塑料和橡胶的一种材料。经过适度硫化后，TPI的结晶性被 破坏，转变为典型的弹性体。杜仲胶存在三阶段特性。未交联杜仲胶由于结晶变硬而没有弹 性，作为一种低熔点塑料，可用于医用"石膏"绷带、夹板、矫形部件、假肢等的理想材料。用 传统硫化配方硫化的低交联硬质热刺激弹性体，可以用作热刺激型形状记忆材料。当交联 度达到确定的临界值后，室温结晶受阻，而成为柔软的弹性体，可用作橡胶制品。反式聚异 戊二烯可采用一般的橡胶硫化工艺进行硫化，通常用硫磺-促进剂硫化体系与150°C-160°C 下硫化，经硫化交联后，可改进高温下胶料的强度和耐溶剂性。本方法主要应用于反式聚异 戊二稀的硫化胶。
[0003] 石墨烯是近几年新出现的一类碳材料，广泛应用于改性材料、生物医药等领域。其 发现者于2010年获得诺贝尔物理学奖。氧化石墨烯是石墨烯制备过程中的前驱体，表面具 有丰富的含氧官能团，大量实验研究证实氧化石墨烯的加入对各类高分子材料性能均有显 著提升作用，同时产品价格大大低于石墨烯。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种反式聚异戊二烯硫化胶及 其混炼工艺，利用氧化石墨烯对高分子材料的补强特性，开发可以大幅提高反式聚异戊二 烯硫化胶力学性能的基本配方。
[0005] 按照本发明提供的技术方案，所述反式聚异戊二烯硫化胶，其特征是，包括以下组 份，组份比例按重量份数计：100份反式聚异戊二烯、0.3~0.7份硬脂酸、5~7份氧化锌、0.5 ~1份促进剂NS、3~4份硫磺、0.1~0.9份氧化石墨稀。
[0006] 所述反式聚异戊二烯硫化胶的混炼工艺，其特征是，包括以下步骤，组份比例按重 量份数计：
[0007] (1)将100份反式聚异戊二烯在开炼机上进行开炼，得到胶片；
[0008] (2)将步骤(1)得到的胶片过辊1~5次，不包辊，辑距为0.1~0.5mm;
[0009] (3)将辊距调至1~2mm，使步骤(2)得到的胶片包辊，包辊后将辊距调至1.5~2mm， 持续过辑2~5min;
[0010] (4)向步骤(3)得到的胶片中加入0.1~0.9份氧化石墨烯，从开炼机每一侧进行割 刀，持续过辊2~5min后打三角包；
[0011] (5)向步骤(4)得到的胶片中加入5~7份氧化锌、0.3~0.7份硬脂酸、3~4份硫磺 和0.5~1份促进剂NS，持续过辑3~6min;再从开炼机每一侧进行割刀，持续过辑2~5min;
[0012] (6)从开炼机上取下胶片，将辊距调至0.8~1mm，将胶片从一端送入过辊3~7次， 结束后下片完成混炼工艺。
[0013] 在一个【具体实施方式】中，所述步骤(1)反式聚异戊二烯开炼的过程为:将反式聚异 戊二烯在开炼机上过辊，过辊8~15次，得到胶片;所述开炼机的辊距为1.3 ± 0.15mm，辊温 为 70±5Γ。
[0014] 在一个【具体实施方式】中，所述步骤(4)中割刀时从开炼机每一侧进行3次3/4割刀， 打三角包3个。
[0015]在一个【具体实施方式】中，所述步骤(5)中割刀时从开炼机每一侧进行3次3/4割刀。 [0016]在一个【具体实施方式】中，所述步骤（2)~步骤(6)中，开炼机的辊温保持在70±5 cC。
[0017] 在一个【具体实施方式】中，还包括硫化过程，硫化温度为151 ±2°C，硫化时间20~30 分钟。
[0018] 在一个【具体实施方式】中，所述开炼机的辊筒直径为160mm，辊筒宽度为320mm，辊筒 速比为1:1~2,前辑速度为10~15m/min。
[0019] 在一个【具体实施方式】中，在所述步骤（1)反式聚异戊二烯进行开炼前先将颗粒状 反式聚异戊二烯在60~70°C软化1~2小时。
[0020] 在一个【具体实施方式】中，所述开炼机的辊筒直径为160mm，辊筒宽度为320mm，辊筒 速比为1:1.4,前辑速度为10.4m/min。
[0021 ]本发明与现有技术相比，具有以下优点：
[0022] (1)性能可控:本发明所述的硫化胶配方可通过改变氧化石墨烯的添加量控制反 式聚异戊二烯硫化胶各项性能，为不同应用领域对胶料不同性能要求提供了技术支持；
[0023] (2)添加量小:本发明所述硫化胶配方中氧化石墨烯添加量小，即可大幅提高反式 聚异戊二烯硫化胶的各项力学性能；
[0024] (3)配方构成简单:本发明可通过添加相应功能组分，在轮胎或其他领域根据不同 的需求进行配方的扩展；
[0025] (4)成本可接受:氧化石墨烯价格成逐年下降趋势，特别是添加量较少，成本可被 各应用领域所承受；
[0026] (5)添加少量氧化石墨烯后，反式聚异戊二烯硫化胶呈白色或黄色，并非添加炭黑 补强后的黑色，因此对于胶料颜色要求较高的应用领域提供了大量应用的可能；
[0027] (6)该配方不含炭黑，可达到或接近炭黑补强的效果，应用于轮胎领域，可大幅降 低月父料生热，提尚轮胎的耐久性能；
[0028] (7)由于配方中不含炭黑，避免了混炼过程中炭黑混炼不均造成的性能下降；
[0029] (8)该配方可大幅提高反式聚异戊二烯硫化胶抗老化性能，提高胶料的使用寿命；
[0030] (9)混炼方法简单，仅需机械混合即可达到相应性能指标，无需添加额外设备；
[0031] (10)该方法提升了 TPI的使用性能，反式聚异戊二烯做为一种新型绿色环保材料， 扩大其应用范围，为在更广的领域推广该材料提供了可能性；
[0032] (11)石墨烯类材料的应用是限制该材料发展的瓶颈问题，该方法同时可扩大和提 高石墨烯类碳材料的下游应用范围和可能性。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0034] 本发明实施例中所使用的氧化石墨烯产品由常州第六元素材料科技股份有限公 司提供。
[0035] 实施例1: 一种反式聚异戊二烯硫化胶的混炼工艺，包括以下步骤，组份比例按重 量份数计：
[0036] (1)先将颗粒状反式聚异戊二烯在65 °C软化1.5小时;将100份反式聚异戊二烯在 开炼机上过辊，过辊10次，得到胶片;所述开炼机的辊距为1.3 ± 0.15mm，辊温为70 ± 5 °C ;所 述开炼机的辊筒直径为160mm，辊筒宽度为320mm，辊筒速比为1:1.4,前辊速度为10.4m/ min；
[0037] (2)将步骤(1)得到的胶片过辊2次，不包辊，$昆距为0.2mm;
[0038] (3)将辊距调至1.4mm，使步骤(2)得到的胶片包辊，包辊后将辊距调至1.8mm，持续 过车昆4min;
[0039] (4)向步骤(3)得到的胶片中加入0.1份氧化石墨烯，从开炼机每一侧进行3次3/4 割刀，持续过辊3min后打三角包3个；
[0040] (5)向步骤(4)得到的胶片中加入6份氧化锌、0.5份硬脂酸、3.5份硫磺和0.7份促 进剂NS，持续过辊4min;再从开炼机每一侧进行3次3/4割刀，持续过辊3min;
[0041] (6)从开炼机上取下胶片，将辊距调至0.8mm，将胶片从一端送入过辊6次，结束后 下片完成混炼工艺；
[0042] (7)硫化:硫化温度为151°C，硫化时间22分钟。
[0043] 上述步骤(2)~步骤(6)中，开炼机的辊温保持在70±5°C。
[0044] 实施例2:同实施例1，区别在于实施例2中氧化石墨烯的用量为0.3重量份。
[0045] 实施例3:同实施例1，区别在于实施例3中氧化石墨烯的用量为0.5重量份。
[0046] 实施例4:同实施例1，区别在于实施例4中氧化石墨烯的用量为0.7重量份。
[0047] 实施例5:同实施例1，区别在于实施例5中氧化石墨烯的用量为0.9重量份。
[0048] 实施例6:-种反式聚异戊二烯硫化胶的混炼工艺，包括以下步骤，组份比例按重 量份数计：
[0049] (1)先将颗粒状反式聚异戊二烯在60°C软化2小时;将100份反式聚异戊二烯在开 炼机上过辊，过辊8次，得到胶片;所述开炼机的辊距为1.3 ± 0.15mm，辊温为70 ± 5°C ;所述 开炼机的辊筒直径为160mm，辊筒宽度为320mm，辊筒速比为1:1，前辊速度为10m/min;
[0050] (2)将步骤(1)得到的胶片过辊1次，不包辊，$昆距为0.1mm;
[0051] (3)将辊距调至1mm，使步骤(2)得到的胶片包辊，包辊后将辊距调至1.5mm，持续过 车昆2min;
[0052] (4)向步骤(3)得到的胶片中加入0.1份氧化石墨烯，从开炼机每一侧进行3次3/4 割刀，持续过辊2min后打三角包3个；
[0053] (5)向步骤(4)得到的胶片中加入5份氧化锌、0.3份硬脂酸、3份硫磺和0.5份促进 剂NS，持续过辊3min;再从开炼机每一侧进行3次3/4割刀，持续过辊2min;
[0054] (6)从开炼机上取下胶片，将辊距调至0.8mm，将胶片从一端送入过辊3~7次，结束 后下片完成混炼工艺；
[0055] (7)硫化:硫化温度为151 ±2°C，硫化时间20分钟。
[0056] 上述步骤(2)~步骤(6)中，开炼机的辊温保持在70±5°C。
[0057]实施例7:-种反式聚异戊二烯硫化胶的混炼工艺，包括以下步骤，组份比例按重 量份数计：
[0058] (1)先将颗粒状反式聚异戊二烯在70°C软化1小时;将100份反式聚异戊二烯在开 炼机上过辊，过辊15次，得到胶片;所述开炼机的辊距为1.3±0.15mm，辊温为70±5°C;所述 开炼机的辊筒直径为160_，辊筒宽度为320_，辊筒速比为1:2,前辊速度为15m/min;
[0059] (2)将步骤(1)得到的胶片过辊5次，不包辊，$昆距为0.5mm;
[0060] (3)将辊距调至2mm，使步骤(2)得到的胶片包辊，包辊后将辊距调至2mm，持续过辊 5min；
[0061] (4)向步骤(3)得到的胶片中加入0.9份氧化石墨烯，从开炼机每一侧进行3次3/4 割刀，持续过辊5min后打三角包3个；
[0062] (5)向步骤(4)得到的胶片中加入7份氧化锌、0.7份硬脂酸、4份硫磺和1份促进剂 NS，持续过辑6min;再从开炼机每一侧进行3次3/4割刀，持续过辑5min;
[0063] (6)从开炼机上取下胶片，将辊距调至1mm，将胶片从一端送入过辊7次，结束后下 片完成混炼工艺；
[0064] (7)硫化:硫化温度为151 ±2°C，硫化时间30分钟。
[0065] 上述步骤(2)~步骤(6)中，开炼机的辊温保持在70±5°C。
[0066] 以未添加氧化石墨烯的反式聚异戊二烯硫化胶作为参比，对实施例1~实施例5的 硫化胶进行性能测试，测试结果如表1、表2所示。
[0067] 表 1
[0072]由表1可知，硫化胶的各项性能随氧化石墨烯添加量的提高呈逐渐上升趋势。老化 后，虽然拉断伸长率随GO含量的增加呈下降趋势，但是实施例5的扯断伸长率（189%)依然 比无氧化石墨稀的大（181%)。
[0073 ]与未添加氧化石墨烯的硫化胶进行比较，本发明实施例1~实施例5的硫化胶各项 性能提升的倍数如表3所示。
[0074]表 3
[0076]如表3所示，加入不同含量氧化石墨烯后，本发明所述胶料的拉断伸长率提高至 1.04-1.14倍、拉伸强度提高至1.43-2.26倍、50%定伸提高至1.13-5.63倍、100%定伸提高 至1.09-4.18倍、300 %定伸提高至1.17-4.17倍、撕裂强度最大提高至1.85倍。老化后胶料 的拉伸强度、定伸应力、硬度、撕裂强度均随氧化石墨烯的加入呈现上升趋势。老化后拉断 伸长率提高至1.04-1.12倍、拉伸强度提高至1.00-3.40倍、50%定伸提高至1.00-5.20倍、 100 %定伸提高至1.00-4.00倍、撕裂强度最大提高至1.12-2.00倍。不同需求领域可根据对 硫化胶性能需求通过控制氧化石墨烯用量得到性能不同的反式聚异戊二烯硫化胶。
【主权项】
1. 一种反式聚异戊二烯硫化胶，其特征是，包括以下组份，组份比例按重量份数计：100 份反式聚异戊二烯、0.3~0.7份硬脂酸、5~7份氧化锌、0.5~1份促进剂NS、3~4份硫磺、 0.1~0.9份氧化石墨稀。2. -种反式聚异戊二烯硫化胶的混炼工艺，其特征是，包括以下步骤，组份比例按重量 份数计： (1) 将100份反式聚异戊二烯在开炼机上进行开炼，得到胶片； (2) 将步骤（1)得到的胶片过辊1~5次，不包辊屬距为0.1~0.5mm; (3) 将辊距调至1~2mm，使步骤(2)得到的胶片包辊，包辊后将辊距调至1.5~2mm，持续 过车昆2~5min; (4) 向步骤(3)得到的胶片中加入0.1~0.9份氧化石墨烯，从开炼机每一侧进行割刀， 持续过辊2~5min后打三角包； (5) 向步骤(4)得到的胶片中加入5~7份氧化锌、0.3~0.7份硬脂酸、3~4份硫磺和0.5 ~1份促进剂NS，持续过辑3~6min;再从开炼机每一侧进行割刀，持续过辑2~5min; (6) 从开炼机上取下胶片，将辊距调至0.8~1mm，将胶片从一端送入过辊3~7次，结束 后下片完成混炼工艺。3. 如权利要求2所述的反式聚异戊二烯硫化胶的混炼工艺，其特征是:所述步骤（1)反 式聚异戊二烯开炼的过程为:将反式聚异戊二烯在开炼机上过辊，过辊8~15次，得到胶片； 所述开炼机的辊距为1.3 ± 0.15mm，辊温为70 ± 5 °C。4. 如权利要求2所述的反式聚异戊二烯硫化胶的混炼工艺，其特征是:所述步骤(4)中 割刀时从开炼机每一侧进行3次3/4割刀，打三角包3个。5. 如权利要求2所述的反式聚异戊二烯硫化胶的混炼工艺，其特征是:所述步骤(5)中 割刀时从开炼机每一侧进行3次3/4割刀。6. 如权利要求2所述的反式聚异戊二烯硫化胶的混炼工艺，其特征是:所述步骤(2)~ 步骤(6)中，开炼机的辊温保持在70±5°C。7. 如权利要求2所述的反式聚异戊二烯硫化胶的混炼工艺，其特征是：还包括硫化过 程，硫化温度为151 ± 2 °C，硫化时间20~30分钟。8. 如权利要求2所述的反式聚异戊二烯硫化胶的混炼工艺，其特征是:所述开炼机的辊 筒直径为160mm，辊筒宽度为320mm，辊筒速比为1:1~2,前辊速度为10~15m/min。9. 如权利要求2所述的反式聚异戊二烯硫化胶的混炼工艺，其特征是:在所述步骤（1) 反式聚异戊二烯进行开炼前先将颗粒状反式聚异戊二烯在60~70°C软化1~2小时。10. 如权利要求2所述的反式聚异戊二烯硫化胶的混炼工艺，其特征是:所述开炼机的 辊筒直径为160mm，辊筒宽度为320mm，辊筒速比为1:1.4,前辊速度为10.4m/min。
【文档编号】C08K3/04GK105860166SQ201610246586
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】朱健鹏, 张洪学, 刘宇艳
【申请人】江苏通用科技股份有限公司