輕質高強溴化丁基橡膠氣密性材料及其制備方法和用途
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種輕質高強溴化丁基橡膠氣密性材料及其制備方法和用途，它是將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、0.3份促進劑2、2'-二硫代二苯并噻唑和0.4份促進劑二硫化四甲基秋蘭姆密煉和硫化而成的；上述份數(shù)指的是重量份。強度高、氣密性好、增強劑用量少、密度小的新型氣密性材料的生產加工方法。本發(fā)明材料可廣泛應用于各個領域，尤其適用于對氣密性要求較高的領域。
【專利說明】輕質高強溴化丁基橡膠氣密性材料及其制備方法和用途
【技術領域】:
[0001]本發(fā)明涉及有機化工合成領域，尤其涉及高強度高氣密性橡膠材料加工，屬于材料合成與加工領域。
【背景技術】
[0002]溴化丁基橡膠是丁基橡膠的溴化產物，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。尤其廣泛應用于汽車輪胎內胎、空氣墊、密封環(huán)、儲氣材料等。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強劑增強橡膠的力學強度，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強劑，過多的無機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。
[0003]石墨烯是新型的二維單原子層材料,其厚度僅為一個碳原子的厚度0.335nm。石墨烯晶格具有六方對稱性，在石墨烯中，每一個碳原子通過sp2雜化與相鄰三個碳原子形成共價鍵，構成單原子片層結構。而石墨烯由于其獨特的性質，結構完整的石墨烯的力學性能可高達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。在與聚合物復合使其力學性能增強、增加導電性等方面有著廣闊的應用前景。但石墨烯的制備成本高，容易團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)上的應用。改性氧化石墨烯克服了石墨烯的分散穩(wěn)定性缺點，且生產成本低廉，易于工業(yè)推廣。

【發(fā)明內容】

[0004]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度高、氣密性好、增強劑用量少、密度小的新型氣密性材料的生產加工方法。這種材料可廣泛應用于各個領域，尤其適用于對氣密性要求較高的領域。
[0005]為達到上述目的，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O份)改性氧化石墨烯中，然后加入6份氧化鋅、1.5份硬脂酸(簡稱SA)、0.3份促進劑2、2’ - 二硫代二苯并噻唑(簡稱DM)和0.4份促進劑二硫化四甲基秋蘭姆(簡稱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:
[0006]取等質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(簡稱DMF)中，然后將兩種液體混合在100°c下反應回流22h，經真空抽濾，乙醇清洗抽濾，置于真空干燥箱中60°C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。
[0007]本發(fā)明氣密性材料的制備方法是:
[0008]第一步:原料準備
[0009]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O份)、氧化鋅6份、硬脂酸1.5份、促進劑TMTD0.4份和促進劑DM0.3份；
[0010]第二步:將改性氧化石墨烯分散于橡膠中[0011]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，充分攪拌超聲分散，在真空烘箱中60°c條件下干燥至恒重；
[0012]第三步:混煉及下片
[0013]在室溫下，將硫化劑氧化鋅、硫化劑硬脂酸、促進劑TMTD和促進劑DM —起在密煉機中與第二步產物共混，并在開煉機上下片；
[0014]第四步:硫化
[0015]將第三步混合材料在硫化儀上以175°C、10MPa的條件下硫化5分鐘，制得輕質高強氣密性材料。
[0016]經檢測:本發(fā)明橡膠的性能指標如下:
[0017]拉伸強度:5.7-9.9Mpa (檢測標準:GB/T528-1998)
[0018]拉斷伸長率:680-1081%(檢測標準:GB/T528-1998)
[0019]密度:0.92-0.95g/cm3
[0020]邵爾A硬度:27-32度(檢測標準:GB531—1999)
[0021]氧氣滲透系數(shù):0.30-0.60cc*mm/m2-d-mmHg (檢測標準:ASTM D3985，60°C)
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點是:`[0023](I)本發(fā)明通過石墨制備氧化石墨烯，工藝簡單成本低廉，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，有利于其片層分散和進一步的表面改性，通過對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合。
[0024](2)本發(fā)明在傳統(tǒng)氣密性材料的生產加工方法基礎上，以改型氧化石墨烯代替?zhèn)鹘y(tǒng)的補強劑炭黑，通過溶液法加入補強劑，在橡膠生產階段即可加入，簡化了生產工序、減少了粉塵污染，促進環(huán)保。
[0025](3)由于石墨烯的納米級尺寸及結構特點使得很少的加入量就可得到很好的補強效果。0.5-5份的加入量即可達到甚至超過傳統(tǒng)炭黑50份加入量的補強效果。由于減少了無機填料的添加，極大地降低氣密性材料的密度及硬度，減少了增塑劑的使用。
[0026](4)由于石墨烯的單片層結構，其具有極高的縱橫比，使得其分散在橡膠中有很好的氣體阻隔性，能很好的增強溴化丁基橡膠的氣密性。使得溴化丁基橡膠能應用在對氣密性要求苛刻的特殊場合。如高級汽車內胎、高壓氣罐封裝、儲氫材料等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是投射電鏡下氧化石墨烯在N，N- 二甲基甲酰胺中分散的單片層結構。
[0028]圖2是掃描電鏡下1.5份改性氧化石墨烯在溴化丁基橡膠中的分布。
【具體實施方式】:
[0029]下面結合具體實施例進一步說明本發(fā)明的技術方案，而不是限制本發(fā)明的范圍。
[0030]實施例一
[0031]原料配比為:包括溴化丁基橡膠100份、改性氧化石墨烯1.5份、氧化鋅6份、硬脂酸1.5份、促進劑TMTD0.4份和促進劑DM0.3份；
[0032]制備方法為:
[0033]第一步:制備改性氧化石墨烯[0034]稱取等質量的氧化石墨烯和十八胺，然后將氧化石墨烯置于燒杯中加入水在100W功率超聲震蕩分散3h得到均勻的分散液；將十八胺充分溶于二甲基甲酰胺(簡稱DMF)中放置備用，一般Ig十八胺需要100ml 二甲基甲酰胺；將上述得到的兩種液體轉移至三口燒瓶中在100°C下反應回流22h，將產物真空抽濾，并用乙醇清洗抽濾5次，置于真空干燥箱中60°C下干燥至恒重，即可得到改性氧化石墨烯；
[0035]第二步:將改性氧化石墨烯分散于橡膠中
[0036]將溴化丁基橡膠溶解到環(huán)己烷溶劑中，加入0.5份改性氧化石墨烯，充分攪拌超聲分散，在真空烘箱中60°C條件下干燥至恒重；
[0037]第三步:混煉及下片
[0038]在室溫下，將硫化劑氧化鋅、硫化劑硬脂酸、促進劑TMTD和促進劑DM —起在密煉機中與第二步產物共混，并在開煉機上下片；
[0039]第四步:硫化
[0040]將第三步混合材料在硫化儀上以175°C、IOMPa的條件下硫化5分鐘，制得輕質高強氣密性材料。
[0041]經檢測，實施例一氣密性材料的力學性能參數(shù)為:
[0042]拉伸強度:9.77Mpa
[0043]拉斷伸長率:1074%
[0044]邵爾A硬度:30度`
[0045]密度:0.94g/cm3
[0046]氧氣滲透系數(shù):0.35cc*mm/m2-d-mmHg
[0047]實施例二、三、四和實施例一基本相同，不同的是改變了改性氧化石墨烯的份數(shù)，制備方法見實施例一。各實施例中各組分具體配比和制備的材料性能情況見表1。
【權利要求】
1.一種輕質高強溴化丁基橡膠氣密性材料，其特征在于，它是將100份溴化丁基橡膠充分溶解分散到0-2份(不包括O份)改性氧化石墨烯中，然后加入6份氧化鋅、1.5份硬脂酸、0.3份促進劑2、2’ - 二硫代二苯并噻唑和0.4份促進劑二硫化四甲基秋蘭姆密煉和硫化而成的；這種氣密性材料的拉伸強度為5.7-9.9Mpa ;拉斷伸長率為680-1081% ;密度為0.92-0.95g/cm3 ;邵爾 A 硬度為 27-32 度；氧氣滲透系數(shù)為 0.30-0.60cc Wm2-d-mmHg ； 上述份數(shù)指的是重量份； 上述改性氧化石墨烯的制備方法是: 取等質量的氧化石墨烯和十八胺分別溶于水和N，N-二甲基甲酰胺中，然后將兩種液體混合在100°C下反應回流22h，經真空抽濾，乙醇清洗抽濾，置于真空干燥箱中60°C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。
2.一種如權利要求1所述的輕質高強溴化丁基橡膠氣密性材料的制備方法，其特征在于， 第一步:原料準備 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O份)、氧化鋅6份、硬脂酸1.5份、促進劑二硫化四甲基秋蘭姆0.4份和促進劑2、2’ - 二硫代二苯并噻唑0.3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，充分攪拌超聲分散，在真空烘箱中60°C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、促進劑二硫化四甲基秋蘭姆和促進劑2、2’ - 二硫代二苯并噻唑一起在密煉機中與第二步產物共混，并在開煉機上下片； 第四步:硫化 將第三步混合材料在硫化儀上以175°C、IOMPa的條件下硫化5分鐘，制得輕質高強氣密性材料。
3.如權利要求1所述的輕質高強溴化丁基橡膠氣密性材料在高級汽車內胎、高壓氣罐封裝或儲氫材料上的應用。
【文檔編號】C08K3/04GK103497437SQ201310496248
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權日:2013年10月21日
【發(fā)明者】劉欣, 梁雷, 何海峰, 趙麗芬, 靳濤 申請人:山東科技大學