專利名稱：一種多功能納米CaCO₃增強丁腈橡膠的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于石油井控裝置、特種機械設(shè)備以及化學(xué)化工領(lǐng)域的多功能納 米CaCO3增強丁腈橡膠。
背景技術(shù)：
丁腈橡膠是目前油封及0型圈最常用的橡膠材料之一。但依然存在諸多問題① 不適合用于極性溶劑之中，例如酮類、臭氧、硝基烴和氯仿等用于制作燃油箱、潤滑油箱類 部件；②不能滿足石油系液壓油、汽油、水、硅油、二酯系潤滑油等流體介質(zhì)中使用的橡膠零 件的性能需求。為克服橡膠部件性能瓶頸問題，本發(fā)明提供一種多功能納米ZnO增強橡膠配方， 通過納米CaCO3對NBR進行改性，獲得力學(xué)性能、穩(wěn)定性、物理化學(xué)性能及其綜合性能更優(yōu) 異的橡膠制品，進而延長制品的使用壽命，以更好的應(yīng)用于實際。用納米粒子填充增強高分子材料時，納米粒子的粒徑，用量及表面處理方法都會 對復(fù)合材料的性能產(chǎn)生很大的影響。使用納米級填料，由于粒子的尺寸下降，粒子的表面 積增大，因而填料與基體接觸面積增大，而且納米粒子表面活性中心多，可以和基體緊密結(jié) 合，相容性比較好，當受外力時，粒子不易與基體脫離，而且因為外力場的相互作用，在基體 內(nèi)產(chǎn)生很多微變形區(qū)，吸收大量的能量，這也就決定了其既能較好地傳遞所承受的外應(yīng)力， 又能引發(fā)基體屈服，消耗大量沖擊能，從而達到同時增韌并增強的作用。目前，已有多種類 型的納米粒子用來填充高分子材料，以實現(xiàn)高分子材料的高性能化和多功能化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決油田井控設(shè)備及化學(xué)化工行業(yè)中橡膠性能的不足，利 用納米粒子具有的獨有特性，克服橡膠塑性差、彈性差、耐磨性能不足的缺陷，特提供一種 多功能納米CaCO3增強丁腈橡膠。為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種多功能納米CaCO3增強丁腈橡 膠，其特征在于制備該橡膠所用原料的成分和用量如下，其中用量為質(zhì)量百分比，質(zhì)量的 單位是用克或千克；丁腈橡膠、代號NBR、65% ；硫磺；純度為99. 7%的活性氧化鋅是將 ZnO粉末在200-210°C下，烘干1. 5h，充分干燥得活性Zn0、5% ；改性納米CaCO3是指粒徑分 布范圍在Inm到IOOnm之間經(jīng)過改性的納米CaCO3>25% ；防老劑D，即N-苯基-2-萘胺、 0.6% ；鄰苯二甲酸二辛酯、代號D0P、1% ；硬脂酸、即十八烷酸、0.6% ；促進劑-DM、即二硫 化二苯駢噻唑、0. 8% ；促進劑-CZ、即N-環(huán)己基-2-苯駢噻唑次磺酰胺、1 %。納米CaCO3的改性先將納米CaCO3粉末在200-210°C溫度條件下，烘干1. 5h，使 其充分干燥；然后用丙酮稀釋表面活性劑硅烷偶聯(lián)劑，即雙-[Y-(三乙氧基硅)丙基]-四 硫化物、或乳化劑0P-10，即烷基酚與環(huán)氧乙烷的縮合物，其體積比為20 1;壓力控制在 0. 3MPa 0. 5MPa，在均勻攪拌的條件下，采用噴霧法用丙酮稀釋的表面活性劑硅烷偶聯(lián)劑 處理充分干燥后的納米CaCO3 ；最后在70-90°C溫度下，干燥上述混合物，使丙酮揮發(fā)完全，制得改性納米CaCO3。納米CaCOjI強丁腈橡膠的制備方法，其特征在于在常溫條件下，將丁腈橡膠生 膠在開煉機上塑煉IOmin左右至包輥(輥溫45-55°C，注意雙輥塑煉機前輥溫度必須高于 后輥溫度大約10°C，輥距Imm)，將塑煉之后的丁腈橡膠在空氣中靜置2 6小時進行混煉。 丁腈橡膠的混煉時一般采用低溫混煉，先加入65%丁腈橡膠、依次加入硫磺、5%活性 氧化鋅、25%改性納米碳酸鈣、0. 6%防老劑D、l%鄰苯二甲酸二辛酯、0. 6%硬脂酸、0. 8% 促進劑-DM、1 %促進劑-CZ。混煉輥溫為40 60°C，否則會出現(xiàn)粘輥現(xiàn)象。當出現(xiàn)粘輥時， 加入少量硬脂酸?；旌暇鶆蚝?，制得混煉膠并停放16-18小時。硫化前將混煉膠返煉，薄通 6次出片，混煉膠經(jīng)過硫化成型得到納米CaCO3增強丁腈橡膠材料。其硫化條件為硫化時 間2100s，硫化溫度150°C，硫化壓力12. 5MPa。本發(fā)明的有益效果是該多功能納米增強橡膠配方體系為熱力穩(wěn)定性和各向同性 的多組分分散體系，貯存過程中不易發(fā)生聚結(jié)；加入納米助劑后橡膠強度有所增加、塑性提 高明顯，從而提高橡膠材料使用壽命，使得該配方的適應(yīng)范圍也被大大拓寬；較大程度提高 橡膠穩(wěn)定性的同時，提升其綜合性能及其使用壽命，最大限度地發(fā)揮藥劑之間的協(xié)同作用 并達到增強橡膠性能的目的。
具體實施例方式實例1 增強橡膠的配方及制備過程丁腈橡膠的塑煉與一般通用膠不同，它需要采用低溫、小輥距、低容量薄通法，這 樣才能有效地獲得一定的可塑度。在常溫條件下，將65%丁腈橡膠生膠于開煉機上塑煉 IOmin左右至包輥。輥溫45-55°C，注意雙輥塑煉機前輥溫度必須高于后輥溫度大約10°C， 輥距1mm。將塑煉后的丁腈橡膠在空氣中靜置2 6小時，方可進行混煉。丁腈橡膠的混煉 時采用低溫混煉，輥溫為40 60°C。將塑煉后的丁腈橡膠置于混煉機上，薄通多次后緩慢 按順序依次加入硫磺、5%活性氧化鋅、25%改性納米碳酸鈣、0.6%防老劑D、l%鄰苯 二甲酸二辛酯、0. 6%硬脂酸、0. 8%促進劑-DM、1 %促進劑-CZ。混煉均勻后，將所得混煉膠 停放16小時后進行硫化。硫化前將混煉膠返煉，薄通6次出片，混煉膠經(jīng)過硫化成型得到 納米CaCO3增強丁臘橡膠材料。其硫化條件為硫化時間2100s，硫化溫度150°C，硫化壓力 12. 5MPa。實例2 橡膠補強助劑納米CaCO3的改性方法先將納米CaCO3粉末在200-210°C溫度條件下，烘干1. 5h，使其充分干燥；然后用 丙酮稀釋表面活性劑硅烷偶聯(lián)劑，即雙-[Y-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物、或乳化劑 0P-10,即烷基酚與環(huán)氧乙烷的縮合物，其體積比為20 1 ；壓力控制在0. 3MPa 0. 5MPa, 在均勻攪拌的條件下，采用噴霧法用丙酮稀釋的表面活性劑硅烷偶聯(lián)劑處理充分干燥后 的納米CaCO3 ；最后在70-9(TC溫度下，干燥上述混合物，使丙酮揮發(fā)完全，制得改性納米 CaCO3O實例3 橡膠混煉工藝方法丁腈橡膠采用低溫混煉，輥溫控制在45 55°C 5。將塑煉后的丁腈橡膠置于混煉 機上，薄通多次后緩慢按順序依次加入硫磺、活性氧化鋅、改性納米碳酸鈣、防老劑264、鄰 苯二甲酸二辛酯、硬脂酸、促進劑-DM、促進劑-CZ?；鞜掃^程中，若出現(xiàn)粘輥現(xiàn)象時，則適量
4交替加入鄰苯二甲酸二辛酯或硬脂酸，但其總量必須與配方相符合?；鞜捑鶆蚝螅瑢⑺没?煉膠停放16小時后便可進行硫化。實例4 納米CaCO3對NBR的增強效果上述多功能CaCO3晶須增強橡膠配方其特征在于，其室內(nèi)檢測綜合性能如表1。表1納米碳酸鈣對丁腈橡膠的增強效果
權(quán)利要求
一種多功能納米CaCO3增強丁腈橡膠，其特征是制備該橡膠所用原料的成分和用量如下，其中用量為質(zhì)量百分比，質(zhì)量的單位是用克或千克；丁腈橡膠、代號NBR、65％；硫磺1％；活性氧化鋅5％；改性納米碳酸鈣、代號CaCO3、是指粒徑分布范圍在1nm到100nm之間的經(jīng)過改性的納米CaCO3、25％；防老劑D，即N 苯基 2 萘胺、0.6％；鄰苯二甲酸二辛酯、代號DOP、1％；硬脂酸、即十八烷酸、0.6％；促進劑 DM、即二硫化二苯駢噻唑、0.8％；促進劑 CZ、即N 環(huán)己基 2 苯駢噻唑次磺酰胺、1％；納米CaCO3的改性先將納米CaCO3粉末在200 210℃溫度條件下，烘干1.5h使其充分干燥；用丙酮稀釋表面活性劑硅烷偶聯(lián)劑、即雙 [Y (三乙氧基硅)丙基] 四硫化物、或乳化劑OP 10、即烷基酚與環(huán)氧乙烷的縮合物、其體積比為20∶1；在均勻攪拌下，壓力控制在0.3MPa～0.5MPa，采用噴霧法用丙酮稀釋的表面活性劑硅烷偶聯(lián)劑處理納米CaCO3后制得活性納米CaCO3；最后在70 90℃溫度下，干燥上述混合物，使丙酮揮發(fā)完全，制得改性納米CaCO3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米CaCO3增強丁腈橡膠，其特征是該橡膠的制備方法是 在常溫下，將丁腈橡膠生膠在開煉機上塑煉IOmin至包輥，輥溫45-55°C，前輥溫度高于后 輥溫度10°C、輥距1mm，將塑煉后的丁腈橡膠在空氣中靜置2_6小時；采用低溫混煉，先加入 65%經(jīng)塑煉的丁腈橡膠，再依次加入1 %的硫磺、5%的活性氧化鋅、25%的改性納米CaC03、 0. 6 %的防老劑D、1 %的鄰苯二甲酸二辛酯、0. 6 %的硬脂酸、0. 8 %的促進劑-DM、1 %的促 進劑-CZ，混煉輥溫40-6(TC，制得混煉膠停放16-18h ；硫化前將上述混煉膠返煉、薄通6次 出片，混煉膠經(jīng)硫化成型、硫化時間為2100s、硫化溫度為150°C、硫化壓力為12. 5MPa，最后 制得納米CaCO3增強丁腈橡膠。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于石油井控裝置、特種機械設(shè)備及化學(xué)化工領(lǐng)域的多功能納米CaCO3增強丁腈橡膠。它用納米粒子具有的獨有特性，克服橡膠塑性差、彈性差、耐磨性能不足的缺陷。其技術(shù)方案是制備該橡膠所用原料的成分和用量為丁腈橡膠、65％；硫磺、1％；活性氧化鋅、5％；改性納米CaCO3、25％；防老劑D、0.6％；鄰苯二甲酸二辛酯、1％；硬脂酸、0.6％；促進劑-DM、0.8％；促進劑-CZ、1％。該橡膠用納米CaCO3和鄰苯二甲酸二辛酯為原料、采用塑煉、混煉及硫化成型制得。本橡膠為熱力穩(wěn)定性和各向同性的多組分分散體系、不易發(fā)生聚結(jié)、加入納米助劑后橡膠強度增加、塑性提高，從而提高其使用壽命，拓寬使用范圍，用于油田井控設(shè)備及化學(xué)化工行業(yè)中。
文檔編號C08K3/06GK101891909SQ20101023077
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月14日
發(fā)明者侯鐸, 劉承杰, 王霞, 趙竹軒, 陳玉祥 申請人:西南石油大學(xué)