反式聚异戊二烯硫化胶及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，结束后下片完成混炼工艺。本发明利用石墨烯的补强特性，提高反式聚异戊二烯硫化胶的力学性能。
【专利说明】
反式聚异戊二稀硫化胶及混炼工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及一种反式聚异戊二烯硫化胶及混炼工艺，尤其是一种具有优良力学性 能的硫化胶配方及混炼工艺。
【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-促进剂硫化体系在150°C-160°C 下进行硫化。硫化交联后，可改进高温下胶料的强度和耐溶剂性，制成各类橡胶类材料。
[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。大量实验研究证明，石墨烯的加入对各类高分子材 料性能均有显著提升作用。
【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 混炼工艺，利用石墨烯的补强特性，提高反式聚异戊二烯硫化胶的力学性能。
[0005] 按照本发明提供的技术方案，所述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份硫磺和0.5~1份石墨稀。
[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] ⑷向步骤⑶得到的胶片中加入0.5~1份石墨烯，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] 进一步的，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，$昆温为70±5°C。
[0014] 进一步的，所述步骤(4)中割刀时从开炼机每一侧进行3次3/4割刀，打三角包3个。 [0015]进一步的，所述步骤(5)中割刀时从开炼机每一侧进行3次3/4割刀。
[0016] 进一步的，所述步骤(2)~步骤(6)中，开炼机的辊温保持在70±5°C。
[0017] 进一步的，还包括硫化过程，硫化温度为151 ± 2°C，硫化时间20~30分钟。
[0018] 进一步的，所述开炼机的辊筒直径为160mm，辊筒宽度为320mm，辊筒速比为1:1~ 2,前辑速度为10~15m/min。
[0019] 进一步的，在所述步骤（1)反式聚异戊二烯进行开炼前先将颗粒状反式聚异戊二 烯在60~70°C软化1~2小时，使颗粒状反式聚异戊二烯软化成团。
[0020] 进一步的，所述开炼机的辊筒直径为160_，辊筒宽度为320_，辊筒速比为1:1.4， 前车昆速度为l〇.4m/min。
[0021 ]本发明与现有技术相比，具有以下优点：
[0022] (1)石墨烯材料用量小:本发明中石墨烯中添加量小，即可大幅提高反式聚异戊二 烯硫化胶的各项力学性能；
[0023] (2)混炼工艺简单，无需对石墨烯进行特殊处理，仅需利用开炼机或密炼机进行混 炼即可，同时无需添加额外设备；
[0024] (3)配方构成简单，可通过添加其他相应功能组分在轮胎或其他领域根据不同的 需求进行配方的扩展；
[0025] (4)石墨烯价格成逐年下降趋势，特别是添加量较少，成本逐渐被各应用领域所接 受；
[0026] (5)本发明所述配方不需炭黑补强，即可获得良好的力学性能，应用于轮胎领域， 可大幅降低胶料生热，提尚轮胎的耐久性能；
[0027] (6)配方中不含炭黑，避免了混炼过程中炭黑混炼不均造成的性能下降；
[0028] (7)硫化I父抗老化性能大幅提尚，各类制品可大幅提尚使用寿命；
[0029] (8)该方法提升了TPI的使用性能，反式聚异戊二烯作为一种新型绿色环保材料， 扩大其应用范围，为在更广的领域推广该材料提供了可能性；
[0030] (9)石墨烯类材料的下游应用是限制该材料发展的瓶颈问题，该方法可扩大和提 高石墨烯类碳材料的下游应用范围和可能性。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0032] 实施例1: 一种反式聚异戊二烯硫化胶的混炼工艺，包括以下步骤，组份比例按重 量份数计：
[0033] (1)混炼前先将颗粒状反式聚异戊二烯在60°C环境下放置2小时进行软化，将100 份反式聚异戊二烯在开炼机上进行开炼:将反式聚异戊二烯在开炼机上过辊，过辊8次，得 到胶片;所述开炼机的辊距为1.15mm，保持辊温为65°C ;所述开炼机的辊筒直径为160mm，辊 筒宽度为320mm，辊筒速比为1:1，前辊速度为10m/min;
[0034] (2)将步骤(1)得到的胶片过辊1次，不包辊，$昆距为0.1mm;
[0035] (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;
[0036] (4)向步骤(3)得到的胶片中加入0.5份石墨烯，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；
[0037] (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;
[0038] (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次，结束后 下片完成混炼工艺；
[0039] (7)硫化:硫化温度为151°C，硫化时间30分钟。
[0040] 实施例2:-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：
[0041] (1)混炼前先将颗粒状反式聚异戊二烯在65°C环境下放置1.5小时进行软化，将 100份反式聚异戊二烯在开炼机上进行开炼:将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I. 45mm，保持辊温为75°C;所述开炼机的辊筒直径为 160mm，辑筒宽度为320mm，辑筒速比为1:2,前辑速度为15m/min;
[0042] (2)将步骤(1)得到的胶片过辊5次，不包辊，$昆距为0.5mm;
[0043] (3)将辊距调至2mm，使步骤(2)得到的胶片包辊，包辊后将辊距调至2mm，持续过辊 5min；
[0044] (4)向步骤(3)得到的胶片中加入1份石墨烯，从开炼机每一侧进行3次3/4割刀，持 续过辊5min后打三角包3个；
[0045] (5)向步骤(4)得到的胶片中加入7份氧化锌、0.7份硬脂酸、4份硫磺和1份促进剂 NS，持续过辑6min;再从开炼机每一侧进行3次3/4割刀，持续过辑5min;
[0046] (6)从开炼机上取下胶片，将辊距调至1mm，将胶片从一端送入过辊7次，结束后下 片完成混炼工艺；
[0047] (7)硫化:硫化温度为151°C，硫化时间20分钟。
[0048] 实施例3:-种反式聚异戊二烯硫化胶的混炼工艺，包括以下步骤，组份比例按重 量份数计：
[0049] (1)混炼前先将颗粒状反式聚异戊二烯在70°C环境下放置1小时进行软化，将100 份反式聚异戊二烯在开炼机上进行开炼:将反式聚异戊二烯在开炼机上过辊，过辊10次，得 到胶片;所述开炼机的辊距为1.3mm，保持辊温为70°C;所述开炼机的辊筒直径为160mm，辊 筒宽度为320mm，辊筒速比为1:1.4,前辊速度为10.4m/min;
[0050] (2)将步骤(1)得到的胶片过辊2次，不包辊，$昆距为0.2mm;
[0051] (3)将辊距调至1.5mm，使步骤(2)得到的胶片包辊，包辊后将辊距调至1.6mm，持续 过车昆4min;
[0052] (4)向步骤(3)得到的胶片中加入0.9份石墨烯，从开炼机每一侧进行3次3/4割刀， 持续过辊4min后打三角包3个；
[0053] (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0.6份促 进剂NS，持续过辑5min;再从开炼机每一侧进行3次3/4割刀，持续过辑3min;
[0054] (6)从开炼机上取下胶片，将辊距调至0.9mm，将胶片从一端送入过辊4次，结束后 下片完成混炼工艺；
[0055] (7)硫化:硫化温度为151°C，硫化时间22分钟。
[0056]将本发明实施例得到的硫化胶和现有的未添加天墨烯的反式聚异戊二烯硫化胶 进行对比，测试结果如表1、表2所示。
[0057]表 1
[0059] 表1中1#为未添加石墨烯的硫化胶，2#为本发明实施例3的硫化胶。
[0060] 由表1可知，除撕裂强度略有下降外，加入石墨烯的胶料性能呈逐渐上升趋势。加 入石墨烯后，胶料的拉断伸长率提高至1.17倍、拉伸强度提高至1.74倍、50%定伸提高至 1.13倍、100%定伸提高至1.09倍、300%定伸提高至1.29倍。老化前回弹保持一致为72%， 表明并未由于加入石墨烯使胶料的损耗增大。
[0061] 表 2
[0063 ]表2中I #为未添加石墨烯的硫化胶，2#为本发明实施例3的硫化胶。
[0064] 由表2可知，老化后胶料的拉伸强度、定伸应力、撕裂强度均随石墨烯的加入呈现 上升趋势。老化后，加入石墨烯的反式聚异戊二烯硫化胶也表现出了较突出的抗老化性能， 拉断伸长率提高至1.01倍、拉伸强度提高至1.6倍、50%定伸提高至1.80倍、100%定伸提高 至1.71倍。虽然老化前撕裂强度略有下降，但是老化后撕裂强度与参比胶料相比提高至 1.33倍，表明石墨稀的加入对胶料的抗老化性能起到了一定作用。
[0065] 本发明通过添加石墨烯使反式聚异戊二烯力学性能大幅提高，可满足不同需求领 域对反式聚异戊二烯硫化胶性能的需求，同时扩展了石墨烯类碳材料的应用。
【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份硫磺和 0.5~1份石墨稀。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0.5~1份石墨烯，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】C08K13/02GK105860167SQ201610248134
【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