一种利用强酸盐氧化溶液对丁腈橡胶表面化学改性的方法技术

本发明专利技术一种利用强酸盐氧化溶液对丁腈橡胶表面化学改性的方法，涉及一种橡胶材料表面改性方法，该方法按以下步骤改性：1）表面处理：将丁腈橡胶在室温条件下浸泡于含8‑16%的KIO4、5%‑8%硫酸、5%‑10%氟硅酸锌（质量百分比）的混合溶液中，浸泡时间为3‑7天；2）干燥处理：将上述处理的丁腈橡胶放置于100‑110℃的干燥环境中1‑2小时。本发明专利技术通过对丁腈橡胶表面进行化学改性，改变丁腈橡胶表面的分子结构使丁腈橡胶表面极性增强、硬度增大，使得力学、减摩耐磨性能提高，大幅度延长橡胶制品的使用寿命。本发明专利技术工艺简单，成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种利用强酸盐氧化溶液对丁腈橡胶表面化学改性的方法
本专利技术涉及一种橡胶材料表面改性方法，特别是涉及一种利用强酸盐氧化溶液对丁腈橡胶表面化学改性的方法。
技术介绍
在石油开采、炼油、航空航天、汽车、机械制造及其他工业生产中，需要大量的橡胶制品，且随着工业化水平的不断发展，对橡胶制品的力学性能和摩擦性能的要求愈来愈苛刻。丁腈橡胶（NBR）是丁二烯和丙烯腈的共聚物。由于NBR分子结构中含有腈基，因而具有较好的耐油性。但同时又由于腈基的键能不够大，含量又受限制，因此丁腈橡胶在耐油性方面有一定的局限。另外，作为丁腈橡胶应用的重要领域——动密封制品还要求材料具有良好的摩擦学性能。材料在介质中的变化和摩擦总是从表面开始的，因而与表面的性能密切相关，为此人们对丁腈橡胶提出了多种表面改性的方法，如表面化学改性（卤化、磺化等）和表面物理改性（表面涂层、等离子技术、表面接枝聚合等）。卤化改性就是用氟、氯、溴、碘的金属卤化物、互卤化物和气体等处理橡胶制品。通过控制浓度、时间、温度等因素,使橡胶表面发生氧化、加成反应,形成约几微米至几十微米厚的表面改性结构层，虽可以某种程度提高橡胶制品的减磨耐磨性能，但因改性层厚度较薄，硬度提高不大，且力学性能有所下降，这些都影响了其改性效果。另外因卤化气体毒性很强，对加工设备及工艺要求很高。橡胶表面磺化通常使用浓硫酸或硫化物将其表面的碳—碳键打开,碳原子氧化生成羰基、羟基和羧基等极性基团，化学惰性表面变成有极性基团的表面，从而使橡胶表面活化或极性化。磺化可使橡胶表面自由能提高，浸润性能变优，有利于改善粘合强度；但同时会使橡胶表面形成细微裂痕，大批量生产时处理程度不易掌握，而且大量浓酸会对环境造成污染。表面物理改性技术如等离子处理、接枝共聚、仿生涂层等存在改性层厚度薄、易剥离、稳定性差，加工工艺繁琐等不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，本专利技术是一种利用强酸盐氧化溶液对丁腈橡胶表面化学改性的方法，本方法处理后的丁腈橡胶表面组织结构发生改变产生极性基团，力学、摩擦学性能大幅度提高，延长使用寿命；丁腈橡胶表面改性膜不会与基体产生剥离，而且表面改性不影响材料本体的性质。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种利用强酸盐氧化溶液对丁腈橡胶表面化学改性的方法，所述表面改性方法为表面氧化法，氧化溶液为按质量百分比计含8-16%的KIO4、5%-8%硫酸、5%-10%氟硅酸锌的混合溶液，步骤如下：（1）、表面处理：将丁腈橡胶在室温条件下浸泡于含8-16%的KIO4、5%-8%硫酸、5%-10%氟硅酸锌的混合溶液中，浸泡时间为3-7天；（2）、干燥处理：将上述表面处理后的丁腈橡胶放置于100-110℃的干燥环境中1-2小时。所述的一种利用强酸盐氧化溶液对丁腈橡胶表面化学改性的方法，氧化溶液为按质量百分比计含10%的KIO4、5%硫酸、8%氟硅酸锌的混合溶液，在室温下浸泡时间为3天。所述的一种利用强酸盐氧化溶液对丁腈橡胶表面化学改性的方法，待处理丁腈橡胶在表面处理前和表面处理后均需先后用体积分数为95%丙酮、体积分数为98%的工业酒精、去离子水作为介质，在超声波清洗仪中清洗5~10分钟，去除丁腈橡胶表面油污及杂质。所述的一种利用氧化溶液对丁腈橡胶表面化学改性的方法，在超声波清洗仪中清洗8分钟。本专利技术具有以下优点与有益效果：（1）、本专利技术的表面改性处理方法，使橡胶表面产生羰基、羟基和羧基等极性基团，从而使极性、浸润性变优，耐油性大幅度提升；硬度增加，力学和摩擦学性能大幅度提高；（2）、采用表面氧化方法对丁腈橡胶进行表面改性，将克服现有表面改性极性技术如等离子处理、接枝共聚、仿生涂层等存在剥离、稳定性差、工艺繁琐等不足；（3）、本专利技术工艺简单、成本低廉。附图说明图1为未处理丁腈橡胶的扫描电镜图像；图2为实施例1所得丁腈橡胶的扫描电镜图像；图3为实施例2所得丁腈橡胶的扫描电镜图像；图4为实施例3所得丁腈橡胶的扫描电镜图像；图5为实施例4所得丁腈橡胶的扫描电镜图像；图6为实施例5所得丁腈橡胶的扫描电镜图像；图7为实施例6所得丁腈橡胶的扫描电镜图像；图8为未处理丁腈橡胶表面红外光谱图像；图9为实施例1所得丁腈橡胶表面红外光谱图像；图10为实施例2所得丁腈橡胶表面红外光谱图像；图11为实施例3所得丁腈橡胶表面红外光谱图像；图12为实施例4所得丁腈橡胶表面红外光谱图像；图13为实施例5所得丁腈橡胶表面红外光谱图像；图14为实施例6所得丁腈橡胶表面红外光谱图像；图15为未处理、实施例1、2、3的硬度值随时间的变化曲线；图16为未处理、实施例1、2、3的力学性能值随时间的变化曲线；图17为未处理、实施例1、2、3的摩擦系数随时间的变化曲线；图18为未处理、实施例1、2、3的磨损量随时间的变化曲线。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例对本专利技术做进一步的说明：本专利技术采用的强酸盐氧化溶液中的强氧化性酸——浓硫酸将丁腈橡胶表面的C-C键打开，碳原子氧化生成羰基、羟基和羧基等极性基团，化学惰性表面变成极性基团表面，从而使表面活化或极性化。氧化可使表面自由能提高，浸润性能变优，更好地使摩擦学性能提高。溶液中产生的氟硅酸能对丁腈橡胶制品表面进行氟化处理，可抑制开裂和侵蚀，氟硅酸锌还可以作为丁腈橡胶的硬化面层，提高耐磨性能，防止丁腈橡胶制品的老化。本专利技术涉及一种利用强酸盐氧化溶液对丁腈橡胶表面化学改性的方法，其特征在于：所述表面改性方法为表面氧化法，氧化溶液为硫酸、高碘酸钾、氟硅酸锌的混合溶液，按质量百分比计含8-16%的、5%-8%硫酸、5%-10%氟硅酸锌、其余为去离子水；具体步骤如下：（1）、表面处理：将丁腈橡胶在室温条件下浸泡于含5%-8%硫酸（H2SO4，分析纯，由溶质质量分数为98％的浓硫酸配制）、5%-10%高碘酸钾（KIO4，分析纯）、5%-10%氟硅酸锌（ZnSiF6·6H2O，分析纯）的混合溶液中，浸泡时间为3-7天；（2）、干燥处理：将上述表面处理后的丁腈橡胶放置于100-110℃的干燥环境中1-2小时。上述氧化溶液为按质量百分比计含10%的KIO4、5%硫酸、8%氟硅酸锌的混合溶液，在室温下浸泡时间为3天，此时效果较佳。上述待处理丁腈橡胶在表面处理前和表面处理后（即用氧化溶液浸泡前、后）均需先后分别用浓度（体积分数）为95%丙酮、浓度（体积分数）为98%的工业酒精、去离子水作为介质，在超声波清洗仪中清洗5~10分钟（即用体积分数95%的丙酮为介质在超声波清洗仪中清洗5~10分钟，再用体积分数为98%的工业酒精为介质在超声波清洗仪中清洗5~10分钟，最后用去离子水为介质在超声波清洗仪中清洗5~10分钟），清洗时间以8分钟左右为宜，以去除丁腈橡胶表面油污及其他杂质，从而保证待处理丁腈橡胶的清洁度。...

【技术保护点】
1.一种利用强酸盐氧化溶液对丁腈橡胶表面化学改性的方法，其特征在于，所述表面改性方法为表面氧化法，氧化溶液为按质量百分比计含8-16%的KIO4、5%-8% 硫酸、5%-10%氟硅酸锌的混合溶液，步骤如下：/n（1）、表面处理：将丁腈橡胶在室温条件下浸泡于含8-16%的KIO4、5%-8% 硫酸、5%-10%氟硅酸锌的混合溶液中，浸泡时间为3-7天；/n（2）、干燥处理：将上述表面处理后的丁腈橡胶放置于100-110℃的干燥环境中1-2小时。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用强酸盐氧化溶液对丁腈橡胶表面化学改性的方法，其特征在于，所述表面改性方法为表面氧化法，氧化溶液为按质量百分比计含8-16%的KIO4、5%-8%硫酸、5%-10%氟硅酸锌的混合溶液，步骤如下：
（1）、表面处理：将丁腈橡胶在室温条件下浸泡于含8-16%的KIO4、5%-8%硫酸、5%-10%氟硅酸锌的混合溶液中，浸泡时间为3-7天；
（2）、干燥处理：将上述表面处理后的丁腈橡胶放置于100-110℃的干燥环境中1-2小时。


2.根据权利要求1所述的一种利用强酸盐氧化溶液对丁腈橡胶表面化学改性的...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩珩，张波，苏勇，
申请(专利权)人：沈阳化工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21