本發明涉及橡膠領域,具體是一種高抗撕高回彈性天然橡膠材料及其制備方法。
背景技術:
1、市售的各種玩具水槍中,水囊是玩具水槍的重要構件,水囊的質量與玩具水槍的性能與使用壽命息息相關,當水囊應用于玩具水槍時,是利用水泵將水吸入水槍中,并使水囊膨脹至初始尺寸的2-3倍,再利用彈性將水噴射而出,因此需要水囊具有較好的抗撕性與回彈性,現有市場多用橡膠作為水囊的制作原料。
2、天然橡膠是應用最廣的通用橡膠,而在水囊用橡膠中,如何解決橡膠制品的裂紋產生、疲勞失效、抗菌等問題,提高橡膠制品的耐久性和使用壽命是本領域的熱點話題。
技術實現思路
1、本發明的目的在于提供一種高抗撕高回彈性天然橡膠材料及其制備方法,以解決現有技術中的問題。
2、為了解決上述技術問題,本發明提供如下技術方案:
3、一種高抗撕高回彈性天然橡膠材料的制備方法,包括以下步驟:
4、將天然橡膠投入密煉機中,然后依次加入活性劑、防老劑、補強劑、石蠟油,混煉,倒出,用開煉機壓片,冷卻,靜置處理,然后加入分散性硫磺、促進劑、硅烷偶聯劑,用40-80目的濾網進行過濾,出片,靜置處理,硫化,得到一種高抗撕高回彈性天然橡膠材料。
5、進一步的,以質量份數計,所述天然橡膠材料的原料為:天然橡膠100份、活性劑6份、補強劑18-30份、石蠟油4-10份、防老劑2-4份、分散性硫磺1.5-2.5份、促進劑1.1-2份、硅烷偶聯劑1-2份。
6、進一步的,靜置處理的工作條件為:溫度為20-35℃,時間為7-9h。
7、進一步的,硫化的工作條件為:溫度為20-35℃,時間為3-5min,壓力為8-9mpa。
8、進一步的,防老劑為2-硫醇基甲基苯并咪唑鋅鹽、4,4'-雙(α,α-二甲基芐基)二苯胺以質量比1:1復配得到。
9、進一步的,促進劑為秋蘭姆類促進劑、次磺酰胺類促進劑以質量比(0.1-0.5):(1-1.5)復配得到。
10、進一步的,補強劑為白炭黑與炭黑以質量比2:1復配得到。
11、進一步的,活性劑為氧化鋅與硬脂酸以質量比5:1復配得到。
12、進一步的,對補強劑進行改性處理,包括以下步驟:
13、將補強劑、乙醇混合,超聲分散20-30min,加入呋喃羧酸咪唑鹽聚離子液體,在18-35℃下攪拌2-3h,洗滌、干燥,得到改性補強劑。
14、進一步的,補強劑、呋喃羧酸咪唑鹽聚離子液體的質量比為15:4。
15、進一步的,活性劑為復合氧化鋅與硬脂酸以質量比5:1復配得到,復合氧化鋅的制備包括以下步驟:
16、(1)將無水乙醇、去離子混合,加入納米氧化鋅,超聲處理20-30min,加入3-巰丙基三乙氧基硅烷、無水乙醇的混合液,升溫至45-55℃保溫5-6h,洗滌、干燥,得到巰基化納米氧化鋅;
17、(2)在氮氣氣氛下,將四氫呋喃、烯丙基縮水甘油醚、叔丁醇鉀混合,58-62℃油浴攪拌18-20h,加入鹽酸,過濾,依次在去離子水、乙醇中透析,旋蒸,得到不飽和聚醚骨架;
18、(3)將六水合三聯吡啶氯化釕、對甲苯胺、n-甲基吡咯烷酮混合,加入不飽和聚醚骨架、3-巰基-1-丙磺酸鈉,波長為450nm的光照射7-8h,然后在去離子水與乙醇中交替透析,旋蒸,得到中間制劑;將六水合三聯吡啶氯化釕、對甲苯胺、n-甲基吡咯烷酮混合,加入中間制劑、巰基化納米氧化鋅,波長為450nm的光照射7-8h,在乙醇中透析,旋蒸,得到聚醚陰離子改性氧化鋅;
19、(4)將聚醚陰離子改性氧化鋅、呋喃羧酸咪唑鹽聚離子液體、n-甲基吡咯烷酮混合,超聲攪拌20-30min,然后在18-25℃保溫2-3h,旋蒸,得到復合氧化鋅。
20、進一步的,呋喃羧酸咪唑鹽聚離子液體的制備包括以下步驟:在氮氣保護下,將1-乙烯基-3-乙基咪唑溴鹽、偶氮二異丁腈、甲醇混合,升溫至58-62℃保溫11-12h,轉移到丙酮中,過濾,加入n,n-二甲基甲酰胺、5-((3,5-二甲基-1h-吡唑-1-基)甲基)呋喃-2-羧酸鈉的混合液,用去離子水透析24h,冷凍干燥,得到呋喃羧酸咪唑鹽聚離子液體。
21、本發明的有益效果:
22、本發明提供一種高抗撕高回彈性天然橡膠材料及其制備方法,通過工藝及配方優化,制備得到高抗撕裂、高回彈性、高抗菌的天然橡膠材料,使其應用于玩具水槍的水囊中,經過裝機后試驗,能滿足高達800次的發射,發射距離在7-9米,能大幅提高水囊的性能及使用壽命。
23、本發明中以天然橡膠為主膠,基于材料的高撕裂和高回彈的要求,選擇白炭黑與炭黑復配作為補強劑,以分散性硫磺為硫化劑,為提高其使用壽命,選擇2-硫醇基甲基苯并咪唑鋅鹽、4,4'-雙(α,α-二甲基芐基)二苯胺以質量比1:1復配作為防老劑,添加一定的石蠟油來調整材料的硬度,選用氧化鋅與硬脂酸以質量比5:1復配作為活性劑。
24、氧化鋅作為橡膠制品中應用最廣泛的助劑之一,不僅用作橡膠硫化的活化劑,還能提高橡膠耐熱性、抗菌性、導熱系數,但是鋅為重金屬,隨著環保要求的日益提高,減少橡膠制品中鋅的使用量勢在必行,因此本發明中以烯丙基縮水甘油醚為單體,叔丁醇鉀為引發劑,通過陰離子開環聚合制備聚烯丙基縮水甘油醚作為不飽和聚醚骨架,利用巰基-烯點擊反應依次將磺酸基陰離子基團及巰基化納米氧化鋅引入側鏈,得到聚醚陰離子改性氧化鋅,其中巰基化納米氧化鋅為用3-巰丙基三乙氧基硅烷對納米氧化鋅進行改性,大幅提高納米氧化鋅在橡膠材料中分散的均勻性,提高其活化效果,同時大幅提高其耐抽出性,延長橡膠的使用壽命;同時通過靜電組裝,在聚醚陰離子改性氧化鋅表面引入呋喃羧酸咪唑鹽聚離子液體;其中呋喃羧酸咪唑鹽聚離子液體為1-乙烯基-3-乙基咪唑溴鹽在偶氮二異丁腈作用下聚合,然后與5-((3,5-二甲基-1h-吡唑-1-基)甲基)呋喃-2-羧酸鈉發生離子交換,生成具有呋喃結構的咪唑鹽聚離子液體,大幅提高材料的熱穩定性與抗菌性,增強材料中交聯網絡的復雜度,提高材料的抗機械損傷性,提高材料的形狀記憶能力。
25、為了解決補強劑表面存在大量羥基,在橡膠基體中難以分散均勻,且白炭黑加工性能差,難吃料,易造成粉塵污染等問題,本發明中采用呋喃羧酸咪唑鹽聚離子液體對補強劑進行濕法改性,通過控制其質量比,使呋喃羧酸咪唑鹽聚離子液體負載于補強劑表面,降低其表面的極性,提高補強劑在橡膠基體中分散的均勻性,提高橡膠材料的力學性能,從而提高材料的抗菌性與抗機械損傷性。
1.一種高抗撕高回彈性天然橡膠材料的制備方法,其特征在于,包括以下步驟:
2.根據權利要求1所述的一種高抗撕高回彈性天然橡膠材料的制備方法,其特征在于,以質量份數計,所述天然橡膠材料的原料為:天然橡膠100份、活性劑6份、補強劑18-30份、石蠟油4-10份、防老劑2-4份、分散性硫磺1.5-2.5份、促進劑1.1-2份、硅烷偶聯劑1-2份。
3.根據權利要求1所述的一種高抗撕高回彈性天然橡膠材料的制備方法,其特征在于,靜置處理的工作條件為:溫度為20-35℃,時間為7-9h。
4.根據權利要求1所述的一種高抗撕高回彈性天然橡膠材料的制備方法,其特征在于,所述防老劑為2-硫醇基甲基苯并咪唑鋅鹽、4,4'-雙(α,α-二甲基芐基)二苯胺以質量比1:1復配得到;所述促進劑為秋蘭姆類促進劑、次磺酰胺類促進劑以質量比(0.1-0.5):(1-1.5)復配得到。
5.根據權利要求1所述的一種高抗撕高回彈性天然橡膠材料的制備方法,其特征在于,所述補強劑為白炭黑與炭黑以質量比2:1復配得到。
6.根據權利要求1所述的一種高抗撕高回彈性天然橡膠材料的制備方法,其特征在于,所述活性劑為氧化鋅與硬脂酸以質量比5:1復配得到。
7.根據權利要求5所述的一種高抗撕高回彈性天然橡膠材料的制備方法,其特征在于,對補強劑進行改性處理,包括以下步驟:
8.根據權利要求1所述的一種高抗撕高回彈性天然橡膠材料的制備方法,其特征在于,所述活性劑為復合氧化鋅與硬脂酸以質量比5:1復配得到,所述復合氧化鋅的制備包括以下步驟:
9.根據權利要求7或8所述的一種高抗撕高回彈性天然橡膠材料的制備方法,其特征在于,所述呋喃羧酸咪唑鹽聚離子液體的制備包括以下步驟:在氮氣保護下,將1-乙烯基-3-乙基咪唑溴鹽、偶氮二異丁腈、甲醇混合,升溫至58-62℃保溫11-12h,轉移到丙酮中,過濾,加入n,n-二甲基甲酰胺、5-((3,5-二甲基-1h-吡唑-1-基)甲基)呋喃-2-羧酸鈉的混合液,用去離子水透析24h,冷凍干燥,得到呋喃羧酸咪唑鹽聚離子液體。
10.一種高抗撕高回彈性天然橡膠材料,其特征在于,根據權利要求1-8中任一項所述制備方法制備得到。