一种纳米橡胶支座专用材料的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种纳米橡胶支座专用材料，由以下重量份的原料制成：天然橡胶100份，活性剂2～6份，促进剂0.1～1.0份，防老剂3～10份，硫磺1.5～3份，炭黑15～25份，改性纳米二氧化硅3～8份。本发明采用粒径更小，比表面积大，表面活性较高的纳米级配合剂均匀地分散在橡胶基体中，与橡胶分子链形成较高密度的三维交联网络结构，采用该专用材料制作的纳米橡胶支座使用寿命更长，抗震复位能力更优，减震隔震效果更好。
【专利说明】
一种纳米橡胶支座专用材料
技术领域
[0001] 本发明属于橡胶支座专用材料技术领域，具体涉及一种纳米橡胶支座专用材料。
【背景技术】
[0002] 现有的隔震橡胶支座主要采用多层橡胶垫与钢板交替堆叠，通过模具整体热硫化 加工而成，具有良好的竖向承载能力和水平变形能力，在地震时能有效地延长建筑物的自 震周期，从而提高建筑物的抗震减震能力。但是由于橡胶自身所具有的导热性差、自然环境 下易老化等缺点，使得厚制品的橡胶支座主要采用低温长时间的硫化方式，生产效率较低， 使用寿命较短。同时由于橡胶支座反复的受到地震时产生的水平预应力作用，有可能导致 其复位能力减弱，从而影响建筑物的结构稳定性。
[0003] 纳米橡胶是指经纳米填料改性所得的胶料。因纳米填料具有粒径小，比表面积大 等特性，使得纳米填料易与聚合物充分吸附、键合，从而改善胶料的综合性能。中国专利 CN1598155A公布了一种纳米改性橡胶支座，该橡胶支座主要针对桥梁中常用的板式橡胶支 座，采用纳米碳酸钙与炭黑并用作为填料，虽然改善了橡胶支座的压缩变形性和耐老化性， 但对橡胶支座的硫化特性及地震后其复位能力的研究相对较少。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种纳米橡胶 支座专用材料。该专用材料采用纳米级配合剂，粒径更小，比表面积大，表面具有较高的物 理化学反应活性，能够在橡胶基体中均匀分散，与橡胶分子链紧密结合，形成较高密度的网 络结构，采用该专用材料制作的纳米橡胶支座使用寿命更长，减震隔震效果更好。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种纳米橡胶支座专用材料，其 特征在于，由以下重量份的原料制成:天然橡胶100份，活性剂2~6份，促进剂0.1~1.0份， 防老剂3~10份，硫磺1.5~3份，炭黑15~25份，改性纳米二氧化娃3~8份。
[0006] 上述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成:天然 橡胶100份，活性剂3~5份，促进剂0.2~0.7份，防老剂4~8份，硫磺1.6~2.5份，炭黑16~ 20份，改性纳米二氧化娃4~7份。
[0007] 上述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述天然橡胶为烟胶片和标准 胶中一种或两种。
[0008] 上述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述促进剂为秋兰姆类促进剂、 噻唑类促进剂和次磺酰胺类促进剂的一种或两种以上。
[0009] 上述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述秋兰姆类促进剂为一硫化 四甲基秋兰姆、二硫化四乙基秋兰姆、二硫化四甲基秋兰姆或四硫化双（1，5_亚戊基）秋兰 姆;所述噻唑类促进剂为二硫化二苯并噻唑、2-巯基苯并噻唑或2-巯基苯并噻唑;所述次磺 酰胺类促进剂为N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺、N，N-2二环己基-2,2-二苯并噻唑次磺酰 胺、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、N-氧联二亚乙基-2-苯并噻唑次磺酰胺或N-氧二亚乙 基硫代氨基甲酰-N 氧二亚乙基次磺酰胺。
[00?0]上述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述防老剂为N-苯基-β-萘胺、 Ν-苯基-α-苯胺、2，2，4-三甲基1，2-二氢化喹啉聚合体、Ν-苯基-Ν' -环己基对苯二胺、Ν-苯 基-Ν ' -异丙基-对苯二胺和Ν，Ν ' -二苯基-对苯二胺中的一种或两种以上。
[0011]上述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述硫磺为硫磺粉、胶体硫磺 磺、不溶性硫磺和升华硫磺中的一种或两种以上。
[0012] 上述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述炭黑为粒径为100nm~ 130nm的喷雾炭黑，所述喷雾炭黑的DBP吸收值为1 · 10cm3/g~1 · 23cm3/g〇
[0013] 上述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述活性剂为纳米氧化锌和硬 脂酸的混合物，所述混合物中纳米氧化锌和硬脂酸的质量比为1:(0.3~0.7)，所述纳米氧 化锌的粒径为50nm~1 OOnm 〇
[0014] 上述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述改性纳米二氧化娃为硅烷 偶联剂或者钛酸酯偶联剂改性的纳米二氧化娃;所述纳米二氧化娃的粒径为20nm~55nm〇
[0015] 本发明纳米橡胶支座专用材料的制备工艺为:按上述重量份将天然橡胶、活化剂、 促进剂、防老剂、炭黑、改性纳米二氧化硅和硫磺依次加入密炼机中混炼后排胶，在开炼机 上薄通，最后下片冷却，得到纳米橡胶支座专用材料。
[0016] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0017] 1、本发明所述纳米橡胶专用材料中的纳米级配合剂，与普通的配合剂相比，粒径 更小，比表面积大，表面具有较高的物理化学反应活性，能够在橡胶基体中均匀分散，与橡 胶分子链紧密结合，形成较高密度的网络结构。
[0018] 2、本发明所述炭黑和改性纳米二氧化硅在相同的质量份数下，粒径太大，其比表 面积较小且表面活性低，使其限制橡胶分子链运动的能力大大下降，从而使材料的综合力 学性能降低;粒径太小，易于发生团聚且单位面积内其具有高弹性能的橡胶分子相对体积 较少，从而使材料的回弹力降低。
[0019] 3、本发明所述粒径范围的活性剂纳米氧化锌，具有较强的表面活性且不易发生团 聚，能够快速的活化硫横单体，在硫化橡胶时形成大量具有尚裂解能的单硫交联键，提尚了 橡胶制品的硫化反应速率、热老化性能及综合力学性能，所述三维链状结构的纳米二氧化 娃能对波长499nm以内的紫外线反射率达70 %~80 %，使橡胶支座具有一定的抗紫外线能 力，从而延长橡胶支座的使用寿命，使橡胶支座与建筑同寿命的安全系数大大增加。
[0020] 4、本发明所述喷雾炭黑具有较高的表面结构，使橡胶制品具有良好的回弹性，有 利于改善地震后橡胶支座的复位能力。
[0021] 5、根据标准《橡胶支座第3部分:建筑橡胶支座》中天然橡胶支座和铅芯橡胶支座 内部橡胶材料的物理性能要求，本发明所述纳米橡胶支座专用材料的拉伸强度和拉断伸长 率分别提高了20%和7%以上，综合力学性能显著提高；正硫化时间有所缩短，相对硫化速 率提高;压缩永久变形，老化后的拉伸强度变化率和拉断伸长率变化率均在允许范围内且 值域相对较小，紫外老化均未出现龟裂，胶料的回弹性及耐老化性能显著提高。
[0022] 下面通过实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
【具体实施方式】
[0023] 实施例1
[0024] 本实施例纳米橡胶支座专用材料由以下重量份的原料制成:烟胶片100份，纳米氧 化锌和硬脂酸共4份，一硫化四甲基秋兰姆0.3份，N，N-2二环己基-2，2-二苯并噻唑次磺酰 胺0.2份，N-苯基-β-萘胺4.5份，N-苯基-N 环己基对苯二胺2份，硫磺粉2.5份，喷雾炭黑20 份，改性纳米二氧化硅5.5份;所述纳米氧化锌和硬脂酸的质量比为1:0.5,所述纳米氧化锌 的粒径为50nm~lOOnm;所述喷雾炭黑的粒径为100nm~130nm，所述喷雾炭黑的DBP吸收值 为1.10~1.23cm 3/g;所述改性纳米二氧化娃为硅烷偶联剂改性的纳米二氧化娃，所述纳米 二氧化娃的粒径为20nm~55nm〇
[0025] 本实施例纳米橡胶支座专用材料的制备工艺为:将烟胶片，纳米氧化锌，硬脂酸， 一硫化四甲基秋兰姆，N，N-2二环己基-2，2-二苯并噻唑次磺酰胺，N-苯基-β-萘胺，N-苯基-Ν'-环己基对苯二胺，喷雾炭黑，改性纳米二氧化硅和硫磺粉依次加入密炼机中混炼后排 胶，在开炼机上薄通，最后下片冷却，得到纳米橡胶支座专用材料。
[0026] 实施例2
[0027] 本实施例纳米橡胶支座专用材料由以下重量份的原料制成:烟胶片50份，标准胶 50份，纳米氧化锌和硬脂酸共5份，一硫化四甲基秋兰姆0.3份，2-巯基苯并噻唑锌盐0.3份， Ν，Ν-2二环己基-2,2-二苯并噻唑次磺酰胺0.2份，Ν-苯基-Ν'-环己基对苯二胺2份，Ν-苯基-Ν 异丙基-对苯二胺或Ν，Ν 二苯基-对苯二胺3份，硫磺粉1.5份，胶体硫磺1份，喷雾炭黑 22份，改性纳米二氧化硅6份;所述纳米氧化锌和硬脂酸的质量比为1:0.6，所述纳米氧化锌 的粒径为50nm~lOOnm;所述喷雾炭黑的粒径为100nm~130nm，所述喷雾炭黑的DBP吸收值 为1.10~1.23cm 3/g;所述改性纳米二氧化娃为钛酸酯偶联剂改性的纳米二氧化娃，所述纳 米二氧化娃的粒径为20nm~55nm〇
[0028] 本实施例纳米橡胶支座专用材料的制备工艺为:将烟胶片，标准胶，纳米氧化锌， 硬脂酸，一硫化四甲基秋兰姆，2-巯基苯并噻唑锌盐，Ν，N-2二环己基-2，2-二苯并噻唑次磺 酰胺，N-苯基-N ' -环己基对苯二胺，N-苯基-N ' -异丙基-对苯二胺或Ν，N ' -二苯基-对苯二 胺，喷雾炭黑，改性纳米二氧化硅，硫磺粉和胶体硫磺依次加入密炼机中混炼后排胶，在开 炼机上薄通，最后下片冷却，得到纳米橡胶支座专用材料。
[0029] 实施例3
[0030] 本实施例纳米橡胶支座专用材料由以下重量份的原料制成:烟胶片100份，纳米氧 化锌和硬脂酸共4份，四硫化双（1，5-亚戊基)秋兰姆0.6份，N-苯基-β-萘胺2份、N-苯基-α-苯胺3份，硫磺粉0.5份，胶体硫磺0.5份，不溶性硫磺0.7份，升华硫磺0.7份，喷雾炭黑25份， 改性纳米二氧化硅5份;所述纳米氧化锌和硬脂酸的质量比为1:0.5,所述纳米氧化锌的粒 径为50nm~lOOnm;所述喷雾炭黑的粒径为lOOnm~130nm，所述喷雾炭黑的DBP吸收值为 1.10~1.23cm 3/g;所述改性纳米二氧化娃为钛酸酯偶联剂改性的纳米二氧化娃，所述纳米 二氧化娃的粒径为20nm~55nm〇
[0031] 本实施例纳米橡胶支座专用材料的制备工艺为:将烟胶片，纳米氧化锌，硬脂酸， 四硫化双（1，5-亚戊基)秋兰姆，N-苯基-β-萘胺、N-苯基-α-苯胺，喷雾炭黑，改性纳米二氧 化硅和硫磺粉，胶体硫磺，不溶性硫磺，升华硫磺依次加入密炼机中混炼后排胶，在开炼机 上薄通，最后下片冷却，得到纳米橡胶支座专用材料。
[0032] 实施例4
[0033] 本实施例纳米橡胶支座专用材料由以下重量份的原料制成:标准胶100份，纳米氧 化锌和硬脂酸共3份，二硫化四乙基秋兰姆0.3份，2-巯基苯并噻唑0.4份，N-苯基-N环己 基对苯二胺4份，N-苯基-N 异丙基-对苯二胺4份，升华硫磺2份，喷雾炭黑18份，改性纳米 二氧化娃4份;所述纳米氧化锌和硬脂酸的质量比为1:0.4，所述纳米氧化锌的粒径为50nm ~lOOnm;所述喷雾炭黑的粒径为100nm~130nm，所述喷雾炭黑的DBP吸收值为1. 10~ 1.23cm3/g;所述改性纳米二氧化娃为硅烷偶联剂改性的纳米二氧化娃，所述纳米二氧化娃 的粒径为20nm~55nm。
[0034] 本实施例纳米橡胶支座专用材料的制备工艺为:将标准胶，纳米氧化锌，硬脂酸， 二硫化四乙基秋兰姆，2-巯基苯并噻唑，N-苯基-Ν'-环己基对苯二胺，N-苯基-Ν'-异丙基-对苯二胺，喷雾炭黑，改性纳米二氧化硅和升华硫磺依次加入密炼机中混炼后排胶，在开炼 机上薄通，最后下片冷却，得到纳米橡胶支座专用材料。
[0035] 实施例5
[0036] 本实施例纳米橡胶支座专用材料由以下重量份的原料制成:烟胶片100份，纳米氧 化锌和硬脂酸共6份，Ν-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺1份，2，2，4_三甲基1，2-二氢化喹啉聚 合体10份，不溶性硫磺1.5份，喷雾炭黑25份，改性纳米二氧化娃8份;所述纳米氧化锌和硬 脂酸的质量比为1:0.7，所述纳米氧化锌的粒径为50nm~lOOnm;所述喷雾炭黑的粒径为 lOOnm~130nm，所述喷雾炭黑的DBP吸收值为1 · 10~1.23cm3/g;所述改性纳米二氧化娃为 硅烷偶联剂改性的纳米二氧化娃，所述纳米二氧化娃的粒径为20nm~55nm〇
[0037] 本实施例纳米橡胶支座专用材料的制备工艺为:将烟胶片，纳米氧化锌，硬脂酸， N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺，2，2，4-三甲基1，2-二氢化喹啉聚合体，喷雾炭黑，改性纳 米二氧化硅和不溶性硫磺依次加入密炼机中混炼后排胶，在开炼机上薄通，最后下片冷却， 得到纳米橡胶支座专用材料。
[0038] 实施例6
[0039] 本实施例纳米橡胶支座专用材料由以下重量份的原料制成:烟胶片100份，纳米氧 化锌和硬脂酸共6份，N-氧二亚乙基硫代氨基甲酰-Ν'-氧二亚乙基次磺酰胺0.3份，N-苯基- 萘胺2份、Ν-苯基-α-苯胺2份、2，2，4-三甲基1，2-二氢化喹聚合体1份、Ν-苯基-Ν ' -环己基 对苯二胺2份，硫磺粉1份，胶体硫磺1份，不溶性硫磺1份，喷雾炭黑20份，改性纳米二氧化娃 6份;所述纳米氧化锌和硬脂酸的质量比为1:0.5，所述纳米氧化锌的粒径为50nm~lOOnm; 所述喷雾炭黑的粒径为lOOnm~130nm，所述喷雾炭黑的DBP吸收值为1.10~1.23cm 3/g;所 述改性纳米二氧化娃为钛酸酯偶联剂改性的纳米二氧化娃，所述纳米二氧化娃的粒径为 20nm~55nm 〇
[0040] 本实施例纳米橡胶支座专用材料的制备工艺为:将烟胶片，纳米氧化锌，硬脂酸， N-氧二亚乙基硫代氨基甲酰-Ν'-氧二亚乙基次磺酰胺，N-苯基-β-萘胺、N-苯基-α-苯胺、2， 2，4-三甲基1，2-二氢化喹聚合体、Ν-苯基-Ν 环己基对苯二胺，喷雾炭黑，改性纳米二氧化 硅和硫磺粉，胶体硫磺和不溶性硫磺依次加入密炼机中混炼后排胶，在开炼机上薄通，最后 下片冷却，得到纳米橡胶支座专用材料。
[0041 ] 实施例7
[0042]本实施例纳米橡胶支座专用材料由以下重量份的原料制成:标准胶100份，纳米氧 化锌和硬脂酸共2份，二硫化二苯并噻唑0.1份，Ν-苯基-α-苯胺3份，胶体硫磺3份，喷雾炭黑 15份，改性纳米二氧化硅3份;所述纳米氧化锌和硬脂酸的质量比为1:0.3，所述纳米氧化锌 的粒径为50nm~lOOnm;所述喷雾炭黑的粒径为lOOnm~130nm，所述喷雾炭黑的DBP吸收值 为1.10~1.23cm 3/g;所述改性纳米二氧化娃为钛酸酯偶联剂改性的纳米二氧化娃，所述纳 米二氧化娃的粒径为20nm~55nm〇
[0043] 本实施例纳米橡胶支座专用材料的制备工艺为:将标准胶，纳米氧化锌，硬脂酸， 二硫化二苯并噻唑，N-苯基-α-苯胺，喷雾炭黑，改性纳米二氧化硅和胶体硫磺依次加入密 炼机中混炼后排胶，在开炼机上薄通，最后下片冷却，得到纳米橡胶支座专用材料。
[0044] 表1为实施例1~7制备的纳米橡胶支座专用材料的实验结果
[0045]
[0046] 根据标准《橡胶支座第3部分:建筑橡胶支座》中天然橡胶支座和铅芯橡胶支座内 部橡胶材料的物理性能要求，从表1可以看出，本发明所述纳米橡胶支座专用材料的拉伸强 度和拉断伸长率分别提高了20%和7%以上，综合力学性能显著提高；正硫化时间有所缩 短，相对硫化速率提高;压缩永久变形，老化后的拉伸强度变化率和拉断伸长率变化率均在 允许范围内且值域相对较小，紫外老化均未出现龟裂，胶料的回弹性及耐老化性能显著提 尚。
[0047]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技 术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术 方案的保护范围内。
【主权项】
1. 一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成:天然橡胶100 份，活性剂2~6份，促进剂0.1~1.0份，防老剂3~10份，硫磺1.5~3份，炭黑15~25份，改性 纳米二氧化娃3~8份。2. 根据权利要求1所述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，由以下重量份的原 料制成:天然橡胶100份，活性剂3~5份，促进剂0.2~0.7份，防老剂4~8份，硫磺1.6~2.5 份，炭黑16~20份，改性纳米二氧化娃4~7份。3. 根据权利要求1或2所述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述天然橡胶 为烟胶片和标准胶中一种或两种。4. 根据权利要求1或2所述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述促进剂为 秋兰姆类促进剂、噻唑类促进剂和次磺酰胺类促进剂的一种或两种以上。5. 根据权利要求4所述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述秋兰姆类促进 剂为一硫化四甲基秋兰姆、二硫化四乙基秋兰姆、二硫化四甲基秋兰姆或四硫化双（1，5_亚 戊基）秋兰姆;所述噻唑类促进剂为二硫化二苯并噻唑、2-巯基苯并噻唑或2-巯基苯并噻 唑;所述次磺酰胺类促进剂为N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺、N，N-2二环己基-2,2-二苯并 噻唑次磺酰胺、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、N-氧联二亚乙基-2-苯并噻唑次磺酰胺或 N-氧二亚乙基硫代氨基甲酰-Ν'-氧二亚乙基次磺酰胺。6. 根据权利要求1或2所述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述防老剂为 Ν-苯基蔡胺、Ν-苯基-α-苯胺、2，2，4-二甲基1，2 -二氛化卩奎琳聚合体、Ν-苯基-Ν '-环己基 对苯二胺、Ν-苯基-Ν 异丙基-对苯二胺和Ν，Ν 二苯基-对苯二胺中的一种或两种以上。7. 根据权利要求1或2所述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述硫磺为硫 磺粉、胶体硫磺、不溶性硫磺和升华硫磺中的一种或两种以上。8. 根据权利要求1或2所述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述炭黑为粒 径为100nm~130nm的喷雾炭黑，所述喷雾炭黑的DBP吸收值为1 · 10cm3/g~1.23cm3/g。9. 根据权利要求1或2所述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述活性剂为 纳米氧化锌和硬脂酸的混合物，所述混合物中纳米氧化锌和硬脂酸的质量比为1:(0.3~ 〇 · 7)，所述纳米氧化锌的粒径为50nm~100nm〇10. 根据权利要求1或2所述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述改性纳米 二氧化硅为硅烷偶联剂或者钛酸酯偶联剂改性的纳米二氧化硅;所述纳米二氧化硅的粒径 为20nm~55nm 〇
【文档编号】C08K13/06GK106009093SQ201610680152
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月17日
【发明人】盛明勇, 王莫莲, 马向锋, 罗文杰
【申请人】西安达盛隔震技术有限公司