一种具有良好加工性能的天然橡胶的制作方法

文档序号:16203796发布日期:2018-12-08 06:52阅读:147来源:国知局

本发明属于橡胶技术领域,具体涉及一种具有良好加工性能的天然橡胶。

背景技术

早期的橡胶是取自橡胶树、橡胶草等植物的胶乳,加工后制成的具有弹性、绝缘性、不透水和空气的材料。高弹性的高分子化合物。分为天然橡胶与合成橡胶二种。天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工制成;合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得。橡胶制品广泛应用于工业或生活各方面。

天然橡胶(nr)是一种以顺-1,4-聚异戊二烯为主要成分的天然高分子化合物,其成分中91%~94%是橡胶烃(顺-1,4-聚异戊二烯),其余为蛋白质、脂肪酸、灰分、糖类等非橡胶物质。天然橡胶是应用最广的通用橡胶,天然橡胶(nr)是应用最广泛的通用橡胶。目前采用比较多的就是用硅烷偶联剂对白炭黑表面进行改性,从而达到降低白炭黑表面极性,增加与橡胶相容性的目的,然后通过改性后的白炭黑对天然橡胶进行补强,但是,改性后的白炭黑在使用中需要混炼温度高,易引起胶料焦烧,并存在胶料气孔率较高的弊端。现有的天然橡胶加工性能一般,从而导致加工后的成品性能一般。



技术实现要素:

本发明的目的是针对现有的问题,提供了一种具有良好加工性能的天然橡胶。

本发明是通过以下技术方案实现的:

一种具有良好加工性能的天然橡胶,所述具有良好加工性能的天然橡胶中含有其质量3.3-5.6%的2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐改性松香树脂。

进一步的,所述2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐改性松香树脂制备方法为:将2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐加热至熔融状态,将松香树脂加热至熔融状态,然后向熔融状态的2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐中添加其质量10-12倍的熔融的松香树脂,以1800r/min转速搅拌2小时,然后自然冷却至室温,即得。

进一步的,所述2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐制备方法为:

(1)向反应釜中依次添加丙烯醛、三甲基氰硅烷和三水高氯酸锂,丙烯醛、三甲基氰硅烷和三水高氯酸锂摩尔比为1:1.6:1.3,加热至75℃,以300r/min转速搅拌1.5小时,然后再加入丙烯醛质量5倍的乙酸乙酯,以250r/min转速搅拌35min,然后进行过滤,得到过滤液,对过滤液进行选择蒸发干燥,得到中间体;

(2)向上述得到的中间体中加入其质量6倍的丙酮和其质量1.2倍的四氢铝锂,加热至88℃,以250r/min转速搅拌1.5小时,然后再添加丙酮质量3.5%的硫酸钠和丙酮质量75%的乙醚,以300r/min转速搅拌30min,静置1小时,取上层清液,将上层清液室温下旋转蒸发蒸去乙醚后,得到反应产物,向反应产物中添加其质量2.5倍的质量分数为10%的盐酸溶液,加热至50℃,以250r/min转速搅拌3小时,得到反应液,向反应液中加入其质量75%的乙醚,继续搅拌35min,然后静止2小时,取下层水溶液,向下层水溶液中添加其质量0.15%的苯磺酸钠,搅拌均匀后,再进行旋转蒸发干燥,即得2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐。

进一步的,所述具有良好加工性能的天然橡胶还包括以下重量份组分:天然橡胶100、硬脂酸3-5、硫化促进剂2-6、海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子6-12、防老剂0.2-0.5、微晶蜡2.5-2.8、2-硫醇基苯骈噻唑0.1-0.3、硫磺1.4-1.8。

进一步的,所述硫化促进剂为二硫代氨基甲酸钾。

进一步的,所述防老剂为n-n’-二苯基-对苯二胺。

进一步的,所述海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子制备方法为:

将海藻酸钠添加到去离子水中,搅拌均匀后,得到质量浓度为3.55%的海藻酸钠溶液,然后在搅拌下向所得海藻酸钠溶液中加入硝酸盐水溶液形成反应体系,所述硝酸盐水溶液的加入量为海藻酸钠溶液质量15%加热至80℃,保温45min,然后调节反应体系的ph值至10.5,向反应体系中添加海藻酸钠溶液质量25%的硫酸钙晶须,以2500r/min转速搅拌2.5小时,然后超声波处理20min,再静置2小时,然后再进行抽滤,采用去离子水对抽滤产物进行清洗至中性,真空干燥至恒重,即得海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子。

进一步的,所述硝酸盐为硝酸钠、硝酸钾中任一种或两种任意比例混合,所述硝酸盐浓度为1.2mol/l。

进一步的,所述超声波功率为1000w,频率为40khz。

进一步的,所述真空干燥温度为60℃。

本发明相比现有技术具有以下优点:本发明制备的天然橡胶不仅具有良好的力学性能,同时还具有良好的加工性能,通过2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐改性松香树脂的对橡胶体系的引入,改善了胶料的表观交联密度,胶料的自由体积减少,导致分子链的活动性受限,添加的2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐改性松香树脂橡胶复合材料0℃时的tanδ较大,而60℃的tanδ明显均较小,由此可见,2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐改性松香树脂能够有效地改善橡胶复合材料的抗湿滑性、滚动阻力和滞后性,即生热小。这可能是因为经2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐改性松香树脂分子链填充的橡胶柔顺性较大,当受外部环境变化时,2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐改性松香树脂分子链能够迅速地适应外力的变化,从而能够导致海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子之间及其与橡胶分子之间的内摩擦减小,进而提高加工性能;本发明通过添加海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子的作用能够大幅度的提高橡胶材料耐撕裂强度,小幅度的提高橡胶材料的拉伸强度,海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子在天然橡胶体系中具有更好的均匀分散性,海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子能够更好的与橡胶分子相结合,海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子表面的橡胶层疏松,使得在橡胶材料在受到撕裂外力作用时,橡胶分子链能够在海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子表面发生明显的滑移,因此撕裂速率越小,分子链的运动能力越强,分子链滑移程度越大,最后以海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子为中心的分子链在海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子两侧被拉伸,形成一个拉伸过程,从而使得裂纹的尖端被钝化,在拉伸过程中分子链消耗一定能量进而发生断裂,只有受到更大外力使得新的裂纹尖端产生,裂纹才能得以继续扩展,因此,海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子在使裂纹尖端钝化的同时提高了撕裂强度,从而使得撕裂过程所需要的破坏能增大,撕裂强大得到明显的提高。

具体实施方式

实施例1

一种具有良好加工性能的天然橡胶,所述具有良好加工性能的天然橡胶中含有其质量3.3%的2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐改性松香树脂。

进一步的,所述2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐改性松香树脂制备方法为:将2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐加热至熔融状态,将松香树脂加热至熔融状态,然后向熔融状态的2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐中添加其质量10-12倍的熔融的松香树脂,以1800r/min转速搅拌2小时,然后自然冷却至室温,即得。

进一步的,所述2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐制备方法为:

(1)向反应釜中依次添加丙烯醛、三甲基氰硅烷和三水高氯酸锂,丙烯醛、三甲基氰硅烷和三水高氯酸锂摩尔比为1:1.6:1.3,加热至75℃,以300r/min转速搅拌1.5小时,然后再加入丙烯醛质量5倍的乙酸乙酯,以250r/min转速搅拌35min,然后进行过滤,得到过滤液,对过滤液进行选择蒸发干燥,得到中间体;

(2)向上述得到的中间体中加入其质量6倍的丙酮和其质量1.2倍的四氢铝锂,加热至88℃,以250r/min转速搅拌1.5小时,然后再添加丙酮质量3.5%的硫酸钠和丙酮质量75%的乙醚,以300r/min转速搅拌30min,静置1小时,取上层清液,将上层清液室温下旋转蒸发蒸去乙醚后,得到反应产物,向反应产物中添加其质量2.5倍的质量分数为10%的盐酸溶液,加热至50℃,以250r/min转速搅拌3小时,得到反应液,向反应液中加入其质量75%的乙醚,继续搅拌35min,然后静止2小时,取下层水溶液,向下层水溶液中添加其质量0.15%的苯磺酸钠,搅拌均匀后,再进行旋转蒸发干燥,即得2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐。

进一步的,所述具有良好加工性能的天然橡胶还包括以下重量份组分:天然橡胶100、硬脂酸3、硫化促进剂2、海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子6、防老剂0.2、微晶蜡2.5、2-硫醇基苯骈噻唑0.1、硫磺1.4。

进一步的,所述硫化促进剂为二硫代氨基甲酸钾。

进一步的,所述防老剂为n-n’-二苯基-对苯二胺。

进一步的,所述海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子制备方法为:

将海藻酸钠添加到去离子水中,搅拌均匀后,得到质量浓度为3.55%的海藻酸钠溶液,然后在搅拌下向所得海藻酸钠溶液中加入硝酸盐水溶液形成反应体系,所述硝酸盐水溶液的加入量为海藻酸钠溶液质量15%加热至80℃,保温45min,然后调节反应体系的ph值至10.5,向反应体系中添加海藻酸钠溶液质量25%的硫酸钙晶须,以2500r/min转速搅拌2.5小时,然后超声波处理20min,再静置2小时,然后再进行抽滤,采用去离子水对抽滤产物进行清洗至中性,真空干燥至恒重,即得海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子。

进一步的,所述硝酸盐为硝酸钠、硝酸钾中任一种或两种任意比例混合,所述硝酸盐浓度为1.2mol/l。

进一步的,所述超声波功率为1000w,频率为40khz。

进一步的,所述真空干燥温度为60℃。

实施例2

一种具有良好加工性能的天然橡胶,所述具有良好加工性能的天然橡胶中含有其质量5.6%的2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐改性松香树脂。

进一步的,所述2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐改性松香树脂制备方法为:将2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐加热至熔融状态,将松香树脂加热至熔融状态,然后向熔融状态的2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐中添加其质量10-12倍的熔融的松香树脂,以1800r/min转速搅拌2小时,然后自然冷却至室温,即得。

进一步的,所述2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐制备方法为:

(1)向反应釜中依次添加丙烯醛、三甲基氰硅烷和三水高氯酸锂,丙烯醛、三甲基氰硅烷和三水高氯酸锂摩尔比为1:1.6:1.3,加热至75℃,以300r/min转速搅拌1.5小时,然后再加入丙烯醛质量5倍的乙酸乙酯,以250r/min转速搅拌35min,然后进行过滤,得到过滤液,对过滤液进行选择蒸发干燥,得到中间体;

(2)向上述得到的中间体中加入其质量6倍的丙酮和其质量1.2倍的四氢铝锂,加热至88℃,以250r/min转速搅拌1.5小时,然后再添加丙酮质量3.5%的硫酸钠和丙酮质量75%的乙醚,以300r/min转速搅拌30min,静置1小时,取上层清液,将上层清液室温下旋转蒸发蒸去乙醚后,得到反应产物,向反应产物中添加其质量2.5倍的质量分数为10%的盐酸溶液,加热至50℃,以250r/min转速搅拌3小时,得到反应液,向反应液中加入其质量75%的乙醚,继续搅拌35min,然后静止2小时,取下层水溶液,向下层水溶液中添加其质量0.15%的苯磺酸钠,搅拌均匀后,再进行旋转蒸发干燥,即得2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐。

进一步的,所述具有良好加工性能的天然橡胶还包括以下重量份组分:天然橡胶100、硬脂酸5、硫化促进剂6、海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子12、防老剂0.5、微晶蜡2.8、2-硫醇基苯骈噻唑0.3、硫磺1.8。

进一步的,所述硫化促进剂为二硫代氨基甲酸钾。

进一步的,所述防老剂为n-n’-二苯基-对苯二胺。

进一步的,所述海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子制备方法为:

将海藻酸钠添加到去离子水中,搅拌均匀后,得到质量浓度为3.55%的海藻酸钠溶液,然后在搅拌下向所得海藻酸钠溶液中加入硝酸盐水溶液形成反应体系,所述硝酸盐水溶液的加入量为海藻酸钠溶液质量15%加热至80℃,保温45min,然后调节反应体系的ph值至10.5,向反应体系中添加海藻酸钠溶液质量25%的硫酸钙晶须,以2500r/min转速搅拌2.5小时,然后超声波处理20min,再静置2小时,然后再进行抽滤,采用去离子水对抽滤产物进行清洗至中性,真空干燥至恒重,即得海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子。

进一步的,所述硝酸盐为硝酸钠、硝酸钾中任一种或两种任意比例混合,所述硝酸盐浓度为1.2mol/l。

进一步的,所述超声波功率为1000w,频率为40khz。

进一步的,所述真空干燥温度为60℃。

实施例3

一种具有良好加工性能的天然橡胶,所述具有良好加工性能的天然橡胶中含有其质量4.6%的2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐改性松香树脂。

进一步的,所述2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐改性松香树脂制备方法为:将2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐加热至熔融状态,将松香树脂加热至熔融状态,然后向熔融状态的2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐中添加其质量10-12倍的熔融的松香树脂,以1800r/min转速搅拌2小时,然后自然冷却至室温,即得。

进一步的,所述2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐制备方法为:

(1)向反应釜中依次添加丙烯醛、三甲基氰硅烷和三水高氯酸锂,丙烯醛、三甲基氰硅烷和三水高氯酸锂摩尔比为1:1.6:1.3,加热至75℃,以300r/min转速搅拌1.5小时,然后再加入丙烯醛质量5倍的乙酸乙酯,以250r/min转速搅拌35min,然后进行过滤,得到过滤液,对过滤液进行选择蒸发干燥,得到中间体;

(2)向上述得到的中间体中加入其质量6倍的丙酮和其质量1.2倍的四氢铝锂,加热至88℃,以250r/min转速搅拌1.5小时,然后再添加丙酮质量3.5%的硫酸钠和丙酮质量75%的乙醚,以300r/min转速搅拌30min,静置1小时,取上层清液,将上层清液室温下旋转蒸发蒸去乙醚后,得到反应产物,向反应产物中添加其质量2.5倍的质量分数为10%的盐酸溶液,加热至50℃,以250r/min转速搅拌3小时,得到反应液,向反应液中加入其质量75%的乙醚,继续搅拌35min,然后静止2小时,取下层水溶液,向下层水溶液中添加其质量0.15%的苯磺酸钠,搅拌均匀后,再进行旋转蒸发干燥,即得2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐。

进一步的,所述具有良好加工性能的天然橡胶还包括以下重量份组分:天然橡胶100、硬脂酸4、硫化促进剂3、海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子8、防老剂0.3、微晶蜡2.6、2-硫醇基苯骈噻唑0.2、硫磺1.5。

进一步的,所述硫化促进剂为二硫代氨基甲酸钾。

进一步的,所述防老剂为n-n’-二苯基-对苯二胺。

进一步的,所述海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子制备方法为:

将海藻酸钠添加到去离子水中,搅拌均匀后,得到质量浓度为3.55%的海藻酸钠溶液,然后在搅拌下向所得海藻酸钠溶液中加入硝酸盐水溶液形成反应体系,所述硝酸盐水溶液的加入量为海藻酸钠溶液质量15%加热至80℃,保温45min,然后调节反应体系的ph值至10.5,向反应体系中添加海藻酸钠溶液质量25%的硫酸钙晶须,以2500r/min转速搅拌2.5小时,然后超声波处理20min,再静置2小时,然后再进行抽滤,采用去离子水对抽滤产物进行清洗至中性,真空干燥至恒重,即得海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子。

进一步的,所述硝酸盐为硝酸钠、硝酸钾中任一种或两种任意比例混合,所述硝酸盐浓度为1.2mol/l。

进一步的,所述超声波功率为1000w,频率为40khz。

进一步的,所述真空干燥温度为60℃。

对比例1:与实施例1区别仅在于将海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子替换为等量海藻酸钠。

对比例2:与实施例1区别仅在于将海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子替换为等量的硫酸钙晶须。

对比例3:与实施例1区别仅在于将海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子替换为海藻酸钠与硫酸钙晶须物理混合物。

对比例4:与实施例1区别仅在于将海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子替换为等量白炭黑。

对比例5:与实施例1区别仅在于将2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐改性松香树脂替换为未改性处理的松香树脂。

对比例6:与实施例1区别仅在于将2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐改性松香树脂替换为采用申请号:201610786933.7方法改性的松香树脂。

试验

按照实施例与对比例中试验配方在开炼机上将橡胶和小料混炼均匀,将胶料放入新型撕裂模具中,在143℃的平板硫化机上按正硫化时间硫化后出片,进行拉伸强度、耐撕裂强度试验(按相应的国家标准进行测定),对比;

表1

对照组:申请号:201611023378.9;

由表1可以看出,本发明制备的天然橡胶具有优异的耐撕裂性能,通过海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子的作用,能够明显提高橡胶材料的耐撕裂强度,相较于白炭黑对橡胶材料的提升效果更佳明显,在对橡胶材料拉伸强度的提高上,海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子提升效果不如白炭黑。

用美国alpha公司生产的2000型橡胶加工分析仪(rpa)测试实施例与对比例中的天然橡胶加工性能:

表2

由表2可以看出,这是由于2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐改性松香树脂的引入,改善了胶料的表观交联密度,胶料的自由体积减少,导致分子链的活动性受限,添加的2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐改性松香树脂橡胶复合材料0℃时的tanδ较大,而60℃的tanδ明显均较小,由此可见,2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐改性松香树脂能够有效地改善橡胶复合材料的抗湿滑性、滚动阻力和滞后性,即生热小。这可能是因为经2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐改性松香树脂分子链填充的橡胶柔顺性较大,当受外部环境变化时,2-羟基-3-丁烯-1-胺盐酸盐改性松香树脂分子链能够迅速地适应外力的变化,从而能够导致海藻酸钠-硫酸钙晶须杂化粒子之间及其与橡胶分子之间的内摩擦减小,进而提高加工性能。

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