[發(fā)明專利]輕質(zhì)高強(qiáng)溴化丁基橡膠氣密性材料及其制備方法和用途

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310496248.7
• 申請(qǐng)日: 2013-10-21
• 公開（公告）號(hào): CN103497437A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉欣;梁雷;何海峰;趙麗芬;靳濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C08L23/28
• 分類號(hào): C08L23/28;C08K13/06;C08K9/04;C08K3/04;C08K3/22;C08K5/09;C08K5/47;C08K5/40;B29C35/02
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 段毅凡

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及有機(jī)化工合成領(lǐng)域，尤其涉及高強(qiáng)度高氣密性橡膠材料加工，屬于材料合成與加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)

溴化丁基橡膠是丁基橡膠的溴化產(chǎn)物，具有優(yōu)良的氣密性、硫化性能和耐老化性能，一般用做氣密性材料。尤其廣泛應(yīng)用于汽車輪胎內(nèi)胎、空氣墊、密封環(huán)、儲(chǔ)氣材料等。目前制備溴化丁基橡膠密性材料的方法是：現(xiàn)階段通用的加工方法為使用氧化鋅硫化體系硫化，以炭黑或白炭黑作為補(bǔ)強(qiáng)劑增強(qiáng)橡膠的力學(xué)強(qiáng)度，加入增塑劑、防老劑等改善使用性能。存在的缺陷是：傳統(tǒng)加工方法一般加入30-80份炭黑或白炭黑做補(bǔ)強(qiáng)劑，過多的無機(jī)填料增加了橡膠的密度及硬度，破壞了橡膠的氣密性，此外，在加工過程中還容易造成粉塵污染；為了降低硬度，過量添加增塑劑往往降低橡膠的使用壽命。

石墨烯是新型的二維單原子層材料，其厚度僅為一個(gè)碳原子的厚度0.335nm。石墨烯晶格具有六方對(duì)稱性，在石墨烯中，每一個(gè)碳原子通過sp2雜化與相鄰三個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵，構(gòu)成單原子片層結(jié)構(gòu)。而石墨烯由于其獨(dú)特的性質(zhì)，結(jié)構(gòu)完整的石墨烯的力學(xué)性能可高達(dá)1.06T?pa，而且其具有極高的縱橫比，讓其在阻隔氣體方面有著優(yōu)良的性能。在與聚合物復(fù)合使其力學(xué)性能增強(qiáng)、增加導(dǎo)電性等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。但石墨烯的制備成本高，容易團(tuán)聚不能在一般條件下穩(wěn)定存在，極大地限制了其在工業(yè)上的應(yīng)用。改性氧化石墨烯克服了石墨烯的分散穩(wěn)定性缺點(diǎn)，且生產(chǎn)成本低廉，易于工業(yè)推廣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種以溴化丁基橡膠為主要原材料制備一種強(qiáng)度高、氣密性好、增強(qiáng)劑用量少、密度小的新型氣密性材料的生產(chǎn)加工方法。這種材料可廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，尤其適用于對(duì)氣密性要求較高的領(lǐng)域。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明氣密性材料是將100份溴化丁基橡膠充分溶解分散到0-2份（不包括0份）改性氧化石墨烯中，然后加入6份氧化鋅、1.5份硬脂酸（簡(jiǎn)稱SA）、0.3份促進(jìn)劑2、2'-二硫代二苯并噻唑（簡(jiǎn)稱DM）和0.4份促進(jìn)劑二硫化四甲基秋蘭姆（簡(jiǎn)稱TMTD）密煉和硫化而成；上述份數(shù)指的是重量份；其中改性氧化石墨烯的制備方法是：

取等質(zhì)量的氧化石墨烯和十八胺分別溶于水和N,N-二甲基甲酰胺（簡(jiǎn)稱DMF）中，然后將兩種液體混合在100℃下反應(yīng)回流22h，經(jīng)真空抽濾，乙醇清洗抽濾，置于真空干燥箱中60℃下干燥至恒重，即得到十八胺接枝氧化石墨烯，又稱改性氧化石墨烯。

本發(fā)明氣密性材料的制備方法是：

第一步：原料準(zhǔn)備

原料包括溴化丁基橡膠100份、改性氧化石墨烯0-2份（不包括0份）、氧化鋅6份、硬脂酸1.5份、促進(jìn)劑TMTD0.4份和促進(jìn)劑DM0.3份；

第二步：將改性氧化石墨烯分散于橡膠中

將溴化丁基橡膠按照1：10的比例溶解到環(huán)己烷溶劑中，加入改性氧化石墨烯，充分?jǐn)嚢璩暦稚?，在真空烘箱?0℃條件下干燥至恒重；

第三步：混煉及下片

在室溫下，將硫化劑氧化鋅、硫化劑硬脂酸、促進(jìn)劑TMTD和促進(jìn)劑DM一起在密煉機(jī)中與第二步產(chǎn)物共混，并在開煉機(jī)上下片；

第四步：硫化

將第三步混合材料在硫化儀上以175℃、10MPa的條件下硫化5分鐘，制得輕質(zhì)高強(qiáng)氣密性材料。

經(jīng)檢測(cè)：本發(fā)明橡膠的性能指標(biāo)如下：

拉伸強(qiáng)度：5.7-9.9Mpa（檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T528-1998）

拉斷伸長(zhǎng)率：680-1081%（檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T528-1998）

密度：0.92-0.95g/cm³

邵爾A硬度：27-32度（檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：GB531—1999）

氧氣滲透系數(shù)：0.30-0.60cc*mm/m²-d-mmHg（檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：ASTM?D3985，60℃）

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）本發(fā)明通過石墨制備氧化石墨烯，工藝簡(jiǎn)單成本低廉，氧化石墨烯能很好的分散，其表面含有豐富的羧基、羥基、環(huán)氧基等含氧基團(tuán)，有利于其片層分散和進(jìn)一步的表面改性，通過對(duì)氧化石墨烯的不同表面改型，可以使橡膠等其余不同的聚合物很好的復(fù)合。

（2）本發(fā)明在傳統(tǒng)氣密性材料的生產(chǎn)加工方法基礎(chǔ)上，以改型氧化石墨烯代替?zhèn)鹘y(tǒng)的補(bǔ)強(qiáng)劑炭黑，通過溶液法加入補(bǔ)強(qiáng)劑，在橡膠生產(chǎn)階段即可加入，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工序、減少了粉塵污染，促進(jìn)環(huán)保。