一种浅色耐磨橡胶组合物及其制备方法与流程

本技术涉及橡胶材料，更具体地说，它涉及一种浅色耐磨橡胶组合物及其制备方法。

背景技术：

1、橡胶材料具备优良的高弹性、抗冲击与减震特性，广泛应用于各类粉体研磨设备防护领域。在陶瓷原料球磨工序中，球磨机筒体内壁通常设置橡胶内衬，其作用是缓冲研磨球对金属筒体的持续撞击摩擦，保护筒体不被快速磨损，同时降低研磨噪声。传统球磨机内衬多采用锰钢或者黑色橡胶材质；锰钢内衬磨损产生金属碎屑，混入陶瓷坯料后会造成成品锈蚀变色；黑色橡胶内衬磨损脱落黑色胶屑，易在陶瓷制品表面形成黑点缺陷，严重影响陶瓷外观品质。为消除内衬磨损碎屑带来的色污缺陷，行业提出采用浅色橡胶制备球磨机内衬，使内衬脱落的微量碎屑与陶瓷原料色泽相近，避免在陶瓷成品上产生明显异色瑕疵。

2、浅色橡胶一般采用白炭黑、滑石粉、钛白粉等浅色无机填料替代炭黑作为补强组分，现有技术已公开多种浅色耐磨橡胶配方。如公开号为cn122167903a的专利申请文件公开了一种耐高温浅色三元乙丙橡胶及其制备方法，耐高温浅色三元乙丙橡胶包括以下重量份数的原料:三元乙丙橡胶115份、氧化锌5-15份、白炭黑30-40份、滑石粉30-50份、石蜡油10-15份、液体三元乙丙10-15份、硅烷偶联剂1-1.5份、防老剂3-5份、过氧化物硫化剂3-4.5份以及交联助剂2-3份。上述技术方案提供的浅色三元乙丙橡胶具有良好的耐高温性能，同时兼顾优异的高温压缩永久变形性能。

3、上述技术中的橡胶配方中含有大量填充滑石粉等惰性浅色填料，相较于炭黑补强体系，填料与橡胶基体的界面结合强度较弱，整体胶料致密度与抗磨损能力有限，在作为陶瓷原料球磨机内衬长期使用过程中，需持续承受研磨介质、陶瓷粉料的高强度反复摩擦与冲击，极易出现表层磨损、胶料脱落的情况，存在耐磨性能不佳、使用寿命短的问题，不仅导致设备内衬更换频次高、生产成本增加，脱落的胶料碎屑也会影响陶瓷原料的纯度，无法适配陶瓷原料研磨的使用需求。

技术实现思路

1、为了增强浅色橡胶的耐磨性能，本技术提供一种浅色耐磨橡胶组合物及其制备方法。

2、本技术提供的一种浅色耐磨橡胶组合物，采用如下的技术方案：

3、一种浅色耐磨橡胶组合物，包括如下重量份数的原料：

4、天然橡胶20-30份、丁苯橡胶10-20份、顺丁橡胶50-60份、白炭黑30-40份、钛白粉10-20份、改性甲基丙烯酸锌粉8-12份、有机相变微胶囊3-5份、氧化锌4-6份、硬脂酸2-3份、防老剂1-2份、聚乙二醇2-4份、微晶石蜡1-1.5份、促进剂2-3份和硫化剂2-3份；

5、所述改性甲基丙烯酸锌粉由硝酸铈铵和羧基丁苯橡胶对甲基丙烯酸锌粉末进行改性处理得到；

6、所述有机相变微胶囊的壁材为三聚氰胺-甲醛树脂，芯材为正二十烷。

7、通过采用上述技术方案，本技术通过改性甲基丙烯酸锌粉的引入，在橡胶基体内部构建了可逆的金属离子配位交联网络。该改性甲基丙烯酸锌粉由硝酸铈铵和羧基丁苯橡胶对甲基丙烯酸锌粉末进行改性处理得到，其内核含有铈离子与锌离子共存的双金属离子簇结构，外壳为羧基丁苯橡胶包覆层。双金属离子簇中的金属-羧基配位键键能低于硫磺交联的共价键键能，在摩擦剪切应力作用下优先发生断裂，将机械能转化为配位键断裂的化学能，应力撤去后配位键可自发重组，形成可逆的能量耗散路径，从而在微裂纹萌生之前将摩擦能量耗散，抑制裂纹的萌生和扩展。

8、与此同时，本技术引入的有机相变微胶囊以三聚氰胺-甲醛树脂为壁材、正二十烷为芯材，在摩擦界面产生瞬时高温时，芯材发生固-液相变，以恒温吸热的方式吸收大量摩擦热，有效抑制摩擦界面的温升。橡胶在研磨工况下的磨损是力-热耦合过程，摩擦剪切力直接产生磨屑，摩擦热则加速橡胶基体的热氧化降解和软化，两者相互促进形成恶性循环。本技术通过有机相变微胶囊的热耗散机制，抑制了摩擦热对橡胶基体的热氧化降解和热软化作用，保持了橡胶基体在摩擦过程中的力学性能稳定，间接维持了胶料的抗磨损能力。

9、改性甲基丙烯酸锌粉的羧基丁苯橡胶外壳含有羧基官能团，可与白炭黑表面的硅羟基形成氢键锚定，同时其丁苯橡胶主链与基体中的丁苯橡胶完全相容，在填料与橡胶基体之间形成良好的界面过渡。这一界面设计避免了传统浅色填料与橡胶基体之间因相容性差而导致的界面脱粘问题，使填料粒子在摩擦受力时不易从基体中脱落，减少了磨屑的产生。改性甲基丙烯酸锌粉与有机相变微胶囊的协同作用，形成了“机械能耗散-热能耗散-界面锚定”三位一体的耐磨增强机制，从力、热、界面三个维度同时解决浅色橡胶耐磨性能不足的技术问题，使所得组合物在保持浅白色外观的同时，具备优异的耐磨性能，能够适配陶瓷原料球磨机内衬长期承受高强度摩擦与冲击的使用需求。

10、可选的，所述改性甲基丙烯酸锌粉采用如下的方法制备得到：

11、a1、将甲基丙烯酸锌粉末分散于硝酸铈水溶液中，稀硝酸调节体系ph为3-4，在60-70℃下搅拌反应2-3h，反应完成后，经抽滤，洗涤，干燥，得到双金属粉末中间体；

12、a2、将羧基丁苯橡胶溶于甲苯中，然后加入双金属粉末中间体，超声分散30-50min，然后在60-70℃下搅拌蒸发溶剂，直至甲苯完全挥发，得到改性甲基丙烯酸锌粉。

13、通过采用上述技术方案，a1步骤中，将甲基丙烯酸锌粉末分散于硝酸铈水溶液中，在酸性条件下进行离子交换反应，使铈离子部分置换甲基丙烯酸锌中的锌离子，形成铈离子与锌离子共存的双金属粉末中间体。该双金属离子簇结构在摩擦应力下具有梯度解离特性，铈离子与羧基的配位键键能高于锌离子与羧基的配位键键能，在应力作用下锌离子配位键优先断裂吸收能量，应力继续增大时铈离子配位键随后断裂，形成宽能量吸收窗口的逐级耗散机制。a2步骤中，通过羧基丁苯橡胶对双金属粉末中间体进行包覆，在粉末表面形成一层含羧基的橡胶外壳，该外壳既可改善粉末在橡胶基体中的分散性，又可通过羧基与白炭黑表面硅羟基的氢键作用实现界面锚定，从而使改性甲基丙烯酸锌粉在橡胶基体中同时发挥能量耗散和界面增强的双重功能。

14、可选的，a1步骤中，所述硝酸铈水溶液的质量浓度为5%-15%，所述甲基丙烯酸锌粉末和硝酸铈水溶液的质量比为1：（8-12）。

15、可选的，a2步骤中，所述羧基丁苯橡胶、甲苯和双金属粉末中间体的质量比为1：（40-60）：（0.5-1）。

16、通过采用上述技术方案，双金属粉末中间体与羧基丁苯橡胶溶液的质量比控制在适宜范围内，可确保粉末在包覆过程中充分分散，避免因粉末浓度过高而发生团聚，从而获得包覆均匀、分散良好的改性甲基丙烯酸锌粉。

17、可选的，所述有机相变微胶囊采用如下的方法制备得到：

18、b1、将三聚氰胺、甲醛水溶液和去离子水混合，在60-80℃下以400-600r/min搅拌反应30-60min，得到预聚物水溶液；将正二十烷加热至45-50℃，在800-1400r/min的搅拌条件下，加入十二烷基硫酸钠水溶液混合，维持温度45-50℃高速剪切乳化10-30min，形成水包油型乳液；

19、b2、将预聚物水溶液滴加至水包油型乳液中，然后用柠檬酸调节体系ph至3-5，然后升温至70-80℃，在400-800r/min搅拌条件下恒温反应2-4h，然后滴加氢氧化钠溶液调节ph至7-8终止反应，经真空抽滤分离，洗涤，真空干燥，得到有机相变微胶囊。

20、通过采用上述技术方案，将预聚物水溶液滴加至水包油型乳液中，在酸性条件下升温进行原位缩聚反应，使三聚氰胺-甲醛预聚物在正二十烷液滴表面发生缩聚固化，形成致密的交联树脂壁材。该壁材具有良好的热稳定性和机械强度，能够在橡胶混炼和硫化过程中保持结构完整，避免芯材泄漏。所得有机相变微胶囊在摩擦界面产生瞬时高温时，芯材发生固-液相变吸收摩擦热，从而抑制橡胶基体的热氧化降解和热软化，间接维持胶料的抗磨损能力。

21、可选的，b1步骤中，所述甲醛水溶液的质量浓度为35%-40%；所述三聚氰胺、甲醛水溶液和去离子水的质量比为1：（1.5-1.7）：（6-7）。

22、可选的，b1步骤中，所述十二烷基硫酸钠水溶液的质量浓度为1%-5%；所述正二十烷和十二烷基硫酸钠水溶液的质量比为1：（2-4）。

23、可选的，b2步骤中，所述预聚物水溶液和水包油型乳液的质量比为1：（1.2-1.5）。

24、通过采用上述技术方案，上述的质量比可保证壁材厚度适中，既具有足够的机械强度和密封性以承受橡胶混炼和硫化过程中的剪切力和温度，又具有较高的相变焓以有效吸收摩擦热。

25、可选的，b2步骤中，滴加预聚物水溶液时，滴加时间为20-40min，滴加过程中维持体系温度45-55℃、搅拌转速400-800r/min。

26、本技术还提供一种浅色耐磨橡胶组合物的制备方法，采用如下的技术方案：

27、一种浅色耐磨橡胶组合物的制备方法，包括如下步骤：

28、s1、将天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶投入密炼机中，在转速30-50r/min、上顶栓压力0.4-0.6mpa条件下压胶60-90秒，待温度升至约80℃后，投入氧化锌、硬脂酸、防老剂、聚乙二醇、微晶石蜡、钛白粉和改性甲基丙烯酸锌粉，同时投入白炭黑和有机相变微胶囊，在转速30-50r/min、上顶栓压力0.4-0.6mpa条件下压胶180-200秒，至温度达到排胶温度后，提上顶栓，开卸料门排料，得到胶料；

29、s2、将胶料投入密炼机内，在转速20-40r/min、上顶栓压力0.3-0.5mpa条件下压胶80-100秒，待温度升至80℃时投入硫化剂和促进剂，在转速20-40r/min、上顶栓压力0.3-0.5mpa条件下压胶60-90秒，至温度升至110℃后排料至下辅机平机，自动翻胶2-3次后将胶片输送至打片机，打片、水冷、收片，得到浅色耐磨橡胶组合物。

30、通过采用上述技术方案，两段密炼工艺通过分段投料和温度控制，保证了各功能组分在橡胶基体中的均匀分散和结构完整性，使改性甲基丙烯酸锌粉的能量耗散功能和有机相变微胶囊的热耗散功能得以充分发挥，从而获得耐磨性能优异的浅色耐磨橡胶组合物。

31、综上所述，本技术具有以下有益效果：

32、1、本技术采用改性甲基丙烯酸锌粉作为核心功能组分，改性甲基丙烯酸锌粉形成可逆的能量耗散路径，从而在微裂纹萌生之前将摩擦能量有效耗散，抑制裂纹的萌生和扩展；同时，由于铈离子与羧基的配位键键能高于锌离子与羧基的配位键键能，双金属离子簇在摩擦应力下呈现梯度解离特性，形成宽能量吸收窗口的逐级耗散机制，有效解决了现有浅色橡胶因填料与橡胶基体界面结合强度弱、缺乏能量耗散机制而在高强度摩擦与冲击下易出现表层磨损和胶料脱落的技术问题，显著提升了浅色橡胶在陶瓷原料球磨工况下的耐磨性能和使用寿命。

33、2、本技术中优选采用有机相变微胶囊作为热耗散功能组分，由于该有机相变微胶囊以三聚氰胺-甲醛树脂为壁材、正二十烷为芯材，当摩擦界面产生瞬时高温时，芯材发生固-液相变，以恒温吸热的方式吸收大量摩擦热，有效抑制摩擦界面的温升，从而抑制摩擦热对橡胶基体的热氧化降解和热软化作用，保持橡胶基体在摩擦过程中的力学性能稳定，间接维持胶料的抗磨损能力。由于橡胶在研磨工况下的磨损是力-热耦合过程，摩擦剪切力直接产生磨屑，摩擦热则加速橡胶基体的热氧化降解和软化，两者相互促进形成恶性循环，本技术通过有机相变微胶囊的热耗散机制切断了这一恶性循环中的热加速环节，解决了现有浅色橡胶在长期摩擦工况下因摩擦热积累而导致耐磨性能快速衰减的技术问题。