一种硬脂酸混合物、制备方法及其应用与流程

1.本发明涉及硬脂酸技术领域，具体涉及一种硬脂酸混合物、制备方法及其应用。


背景技术：

2.由于其物理和化学特性，硬脂酸经常用于橡胶的硫化过程。该分子与活化剂氧化锌一起被归类为硫化助活化剂，后者提供zn
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阳离子，与促进剂分子，以及硫或硫提供者分子。然后，这些配合物与天然橡胶、丁二烯橡胶或丁苯橡胶碳链上的不饱和键相互作用，建立硫桥，从而使材料交联。硬脂酸在这个过程中具有双重作用：一方面它在氧化锌颗粒表面反应生成锌阳离子和水，因此，脂肪酸促进弹性体基质中锌阳离子的释放，使它们与促进剂和硫络合。另一方面，硬脂酸分子覆盖氧化锌颗粒的表面并增强它们在橡胶基体中的分散。因此，材料以更均匀的方式交联。由于它与氧化锌反应形成硬脂酸锌，硬脂酸还有助于溶解弹性体基质中的锌阳离子，使它们更容易到达并与促进剂和硫复合。
3.通常情况下，橡胶配方中使用的氧化锌含量约为每百份橡胶3-8份。它已与其助活化剂硬脂酸结合使用，生成硬脂酸锌和锌络合物，从而提高交联效率。然而，氧化锌可能会释放到环境中，尤其是在橡胶产品的生产、处置和回收过程中，会产生不利影响。此外，欧盟已将氧化锌列为对环境有害的化学品，并宣布应减少和控制其在橡胶技术中的应用。所以亟需一种硬脂酸混合物，其含有少量的氧化锌，作为硫化助活化剂。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种硬脂酸混合物及其制备方法，解决硬脂酸作为硫化助活化剂时，所需氧化锌含量较高的问题。
6.(二)技术方案
7.为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：一种硬脂酸混合物，按质量份数包含如下组分，10～15％zn-al-层状水滑石-植酸复合物、60～80％硬脂酸，5～10％没食子酸；所述zn-al-层状水滑石-植酸复合物是由植酸插层到zn-al-层状水滑石层间制备而成的。
8.所述一种硬脂酸混合物的制备方法，包括以下步骤：
9.(1)在氮气气氛下，将zn-al-层状水滑石添加到1％植酸溶液中，并搅拌反应，将产品依次用乙醇和去离子水冲洗2～3次，在真空冷冻条件下干燥，得到zn-al-层状水滑石-植酸复合物；
10.(2)按上述比例将zn-al-层状水滑石-植酸复合物、硬脂酸和没食子酸混合，研磨，得到硬脂酸混合物。
11.优选的，所述步骤(1)中zn-al-层状水滑石和植酸的质量比为1:50-100。
12.优选的，所述步骤(1)中反应条件为在50-60℃下搅拌反应10-20h。
13.优选的，所述步骤(2)中混合条件为室温下搅拌12-24h。
14.所述一种硬脂酸混合物的应用，具体为制备硫化橡胶，包括以下制备步骤：
15.在60-90℃下将橡胶、炭黑、炭黑分散剂加入到密炼机中进行混合5-8min，加入硬脂酸混合物，继续混合约3-5min，之后，将加入硫化促进剂和硫磺并混合5-9分钟，随后将得到的产物进行平板硫化，制得硫化橡胶。
16.优选的，所述橡胶为三元乙丙橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、乙烯-丙烯酸酯橡胶、聚烯烃类弹性体、硅橡胶和氟橡胶中的至少一种。
17.优选的，所述橡胶、炭黑、炭黑分散剂、硬脂酸混合物、硫化促进剂和硫磺的质量比为100:30-50:1-2:3-6:1.5-3-2:1-3。
18.优选的，所述平板硫化的条件包括：温度为150-170℃，时间为20-30分钟。
19.与现有技术相比，本发明具备以下有益技术效果：
20.(1)本发明提出一种硬脂酸混合物、制备方法及应用，zn-al-层状水滑石可以代替原本的氧化锌，并且层状结构和al的引入可以降低zn的使用量，同时在层状水滑石之间插层植酸，可以提高层状水滑石的比表面积，同时促进金属离子的释放，同时硬脂酸和没食子酸复配使用，加强对金属离子的螯合效果，促进硫化的进行，提高其作为硫化助活化剂的活化能力。
21.(2)本发明提出一种硬脂酸混合物、制备方法及应用，将所述硬脂酸混合物应用于橡胶硫化时，由于加强的活化能力，进一步提高硫化橡胶的交联密度，降低了氧化锌的使用，同时层状水滑石的引入，加强了硫化橡胶的机械性能。
附图说明
22.图1为实施例2所制备的zn-al-层状水滑石-植酸复合物的扫描电子显微镜图；
23.图2为实施例4所制备的zn-al-层状水滑石-植酸复合物的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
24.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
25.实施例1
26.使用本发明所得的硬脂酸混合物制成硫化橡胶，制备方法包括以下步骤：
27.(1)在氮气气氛下，将1g的zn-al-层状水滑石添加到100ml1％植酸溶液中，并在50℃下搅拌反应10h，将产品依次用乙醇和去离子水冲洗2次，在真空冷冻条件下干燥，得到zn-al-层状水滑石-植酸复合物；
28.(2)将10gzn-al-层状水滑石-植酸复合物、60g硬脂酸和5g没食子酸室温下搅拌12h混合，研磨，得到硬脂酸混合物。
29.(3)在90℃下将100g三元乙丙橡胶、30g炭黑、1g炭黑分散剂加入到密炼机中进行混合6min，加入3g硬脂酸混合物，继续混合约3min，之后，将加入1.5g硫化促进剂和1g硫磺并混合6分钟，随后将得到的产物进行150℃平板硫化，制得硫化橡胶。
30.实施例2
31.使用本发明所得的硬脂酸混合物制成硫化橡胶，制备方法包括以下步骤：
32.(1)在氮气气氛下，将1g的zn-al-层状水滑石添加到80ml1％植酸溶液中，并在50℃下搅拌反应10h，将产品依次用乙醇和去离子水冲洗2次，在真空冷冻条件下干燥，得到
zn-al-层状水滑石-植酸复合物；
33.(2)将12gzn-al-层状水滑石-植酸复合物、70g硬脂酸和6g没食子酸室温下搅拌12h混合，研磨，得到硬脂酸混合物；
34.(3)在90℃下将100g三元乙丙橡胶、40g炭黑、1g炭黑分散剂加入到密炼机中进行混合5min，加入4g硬脂酸混合物，继续混合约3min，之后，将加入2g硫化促进剂和1g硫磺并混合9分钟，随后将得到的产物进行150℃平板硫化，制得硫化橡胶。
35.实施例3
36.使用本发明所得的硬脂酸混合物制成硫化橡胶，制备方法包括以下步骤：
37.(1)在氮气气氛下，将1g的zn-al-层状水滑石添加到60ml1％植酸溶液中，并在60℃下搅拌反应15h，将产品依次用乙醇和去离子水冲洗3次，在真空冷冻条件下干燥，得到zn-al-层状水滑石-植酸复合物；
38.(2)将13gzn-al-层状水滑石-植酸复合物、80g硬脂酸和8g没食子酸室温下搅拌24h混合，研磨，得到硬脂酸混合物；
39.(3)在90℃下将100g三元乙丙橡胶、50g炭黑、2g炭黑分散剂加入到密炼机中进行混合5min，加入5g硬脂酸混合物，继续混合约3min，之后，将加入2g硫化促进剂和2g硫磺并混合6分钟，随后将得到的产物进行150℃平板硫化，制得硫化橡胶。
40.实施例4
41.使用本发明所得的硬脂酸混合物制成硫化橡胶，制备方法包括以下步骤：
42.(1)在氮气气氛下，将1g的zn-al-层状水滑石添加到50ml1％植酸溶液中，并在60℃下搅拌反应20h，将产品依次用乙醇和去离子水冲洗3次，在真空冷冻条件下干燥，得到zn-al-层状水滑石-植酸复合物；
43.(2)将15gzn-al-层状水滑石-植酸复合物、80g硬脂酸和10g没食子酸室温下搅拌24h混合，研磨，得到硬脂酸混合物；
44.(3)在90℃下将100g三元乙丙橡胶、50g炭黑、2g炭黑分散剂加入到密炼机中进行混合7min，加入6g硬脂酸混合物，继续混合约3min，之后，将加入3g硫化促进剂和3g硫磺并混合8分钟，随后将得到的产物进行150℃平板硫化，制得硫化橡胶。
45.对比例1
46.一种硫化橡胶，制备方法包括以下步骤：
47.(1)将10g氧化锌、60g硬脂酸和5g没食子酸室温下搅拌12h混合，研磨，得到硫化助活化剂，在90℃下将100g三元乙丙橡胶、30g炭黑、1g炭黑分散剂加入到密炼机中进行混合6min，加入3g硬脂酸混合物，继续混合约3min，之后，将加入1.5g硫化促进剂和1g硫磺并混合6分钟，随后将得到的产物进行150℃平板硫化，制得硫化橡胶。
48.分别将实施例1-4和对比例1得到的硫化橡胶按照以下方法进行硫化特性和机械性能的测试。
49.(1)硫化特性测试
50.采用gt-m2000a无转子硫化仪(高铁检测仪器有限公司)进行测定，其中，硫化温度145℃，振动角度
±1°
，振动频率1.66hz，气压0.46mpa，样品体积5cm3，结果如表1所示(表1中，t10表示焦烧时间，t90表示硫化时间，t90-t10表示硫化时间的长短)。
51.(2)机械性能：按照gb/t528-92中规定的1型哑铃状裁刀将上述硫化橡胶裁成哑铃
状标准片，在测试温度为25℃，牵引速度为500毫米/分钟的条件下测试力学性能(100％定伸应力、300％定伸应力、断裂拉伸强度和断裂拉伸率)，结果如表2所示。
52.表1
[0053][0054]
表2
[0055][0056]
由表1和表2可知，与对比例1相比，可以看出实施例1-4制得的硫化橡胶的硫化时间更短，机械性能更高；表明本发明制备的硬脂酸混合物可以完美代替氧化锌，促进硫化的进行，提高活化能力，并减少对环境的损害。
[0057]
扫描电子显微镜图分析：
[0058]
图1和图2为本发明制备的zn-al-层状水滑石-植酸复合物的扫描电子显微镜图，从图中可以看出，其是由薄片组成的堆叠片状颗粒的团聚体，并且表面较为粗糙，比表面积大，可以促进金属离子的释放。
[0059]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。