本发明专利技术公开了用于制造复合橡胶产品的固体弹性体加强材料，所述复合橡胶产品由天然或合成的胶乳凝结而成的弹性体材料、天然或合成的纤维填料以及模量增强添加剂制成，其中所述纤维填料具有至少０．５分特的线密度、至少１．０克／分特的韧度、介于０．１和６ｍｍ之间的纤维长度、以及在介于０．１至２５平方米／克之间的范围内的比表面积。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可用于制备模量加强橡胶的弹性体材料
技术介绍
1.专利
本专利技术涉及用于制备复合橡胶的弹性体材料。2.相关领域描述已经将纤维填料掺入到塑料和弹性体中以便为聚合物制备的制品提供附加的强 度，从而使诸如动力传动带的制品获得良好的表面接触性能，并且由于采用了低价填料而 降低了化合物成本。已经通过加热聚合物使其软化并在研磨机或密炼机内充分混合聚合物 和填料来将纤维填料添加到塑料和弹性体中。当把纤维掺入到某些弹性体中时，该方法存 在固有的缺点。对于诸如由弹性体制备的动力传动带之类的制品的许多应用来说，重要的 是需要将纤维掺入到弹性体中。一种用于商业规模化的方法是将未固化的固体弹性体与纤 维填料在密炼机或橡胶磨内加以混合。混合通常持续约5至10分钟。此后，由于弹性体过 热，必须将混合过程停止一段较长的时间。如果继续混合，弹性体会降解并导致弹性体的重 要性能此显著降低和/或导致坯料烧焦。当弹性体和纤维的混合物过热时，必须冷却后才 能继续混合。由于热量积聚，可能需要连续冷却多达六次。此外，对橡胶进行持续加工会产生无用的烧焦产物，甚至无法进行充分混合，尤其 是在冷却能力有限情况下在商用密炼机内与芳族聚酰胺纤维一起搅拌时。由于密炼机在 将纤维掺入弹性体时需要较长时间，利用常规方法将纤维填料掺入弹性体既耗能又成本高B PP O专利技术概述在一个实施方案中，本专利技术为用于制造复合橡胶产品的固体弹性体加强材料，其 包含(a)由天然或合成胶乳凝结而成的弹性体材料；(b)天然或合成的纤维填料，该纤维具有至少0. 5分特的线密度、至少1. 0克/分 特的韧度、介于0. 1和6mm之间的纤维长度、以及介于0. 1至25平方米/克之间范围内的 比表面积。(c)模量增强添加剂，所述添加剂单独地或共同地选自酚醛树脂、丁基胶乳、苯乙 烯丁二烯乙烯基吡啶胶乳、异氰酸酯、以及聚丁二烯与马来酸酐的加合物。专利技术详述向弹性体内加入对位芳族聚酰胺短纤维和纸浆会显著增加模量。Kevlar 工程弹 性体(EE)为Kevlar 纸浆或Kevlar 短纤维在弹性体内的浓缩物，用于促进Kevlar 纸 浆或纤维掺入弹性体并改善其在弹性体内的分散性。Kevlar 为E. I.du Pont de Nemours and Company (Wilmington，DE) (DuPont)的注册商标。然而，仍然需要能够以较低成本制造 的更高强度、尤其是更高模量的材料。在一个实施方案中，本专利技术提供了一种方法，可以在 工程弹性体(EE)制造过程中加入作为模量加强剂的促粘合树脂。本专利技术所用弹性体必须 为胶乳形式。一般来讲，胶乳具有约25%至75%或甚至约35%至60%的固体含量。将常 规的乳化试剂和弹性体单体(如氯丁二烯单体)与水和其他成分混合形成乳液，然后再聚合生成胶乳。胶乳颗粒由受乳化剂(如吸附在颗粒表面的松香皂)保护的弹性体聚集体组 成。可用于本专利技术的方法中的代表性弹性体胶乳包括聚氯丁二烯、苯乙烯-丁二烯、聚丁二 烯、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、天然橡胶、氟弹性体和聚异戊二烯。尤其优选聚氯丁二烯。苯乙烯/ 丁二烯弹性体胶乳是本领域所熟知的并且也可以用于本专利技术。这些弹性 体乳胶通过在40°C至60°C下聚合下列物质的乳液来制备通常为60至75重量份的丁二 烯、25至40重量份的苯乙烯、1至5重量份的乳化剂、0. 1至1. 0重量份的聚合催化剂、0. 1 至1. 0重量份的改性剂、以及100至300重量份的水。适用于本文的聚丁二烯弹性体可通过多种方法制备。一种此类合适的方法是由活 性自由基R在乳液内引发的自由基聚合反应，其中自由基通过分解过氧化物、过硫酸盐或 类似的自由基形成反应形成。适用于本文的聚-1，4-异戊二烯弹性体包括天然橡胶(Hevea和Balata)和合成 聚异戊二烯。合成聚异戊二烯可以为使用自由基在含水体系中引发的聚合反应所形成的乳 液。合适的自由基引发剂为过硫酸钾或使用过氧化氢异丙苯_焦磷酸铁的氧化还原体系。 分子量通过加入诸如十二硫醇的硫醇来控制。掺入弹性体的有机纤维填料可以为天然或合成的纤维，所述纤维具有至少0. 5分 特的线密度、至少1.0克/分特的韧度、约0. 1至6mm或约0.5至3. Omm的长度、以及在0. 1 至25平方米/克、或5至15平方米/克、或甚至7至11平方米/克范围内的比表面积。纤 维填料的韧度应为至少7克/分特或至少18克/分特。该填料可以为单独或组合使用的 芳香族聚酰胺、聚烯烃、聚芳烃吡咯、脂族或芳族聚酯、玻璃纤维、碳、陶瓷、聚丙烯腈、聚乙 烯醇、尼龙、丙烯酸类、棉或纤维素。加入弹性体胶乳的有机纤维填料的量(基本上全部掺 入到聚合物中)可根据在弹性体中的具体用途而变化。一般来讲，在EE中，每100份弹性 体的纤维填料份数介于约10至100份之间，优选介于20至50份之间。可以将模量加强材料(MEA)加入到EE材料中。合适的材料有酚醛树脂、聚丁二烯 胶乳、苯乙烯丁二烯乙烯基吡啶胶乳、聚丁二烯与马来酸酐的加合物、封端异氰酸酯、异氰 酸铵和聚异氰酸酯。可以使用封端异氰酸酯，其中该材料在30至200°C或40至160°C或 40至100°C的温度范围内“解封”。所需模量增强添加剂的量将取决于所需性能水平和所 选MEA。已表明，在EE中，每100份橡胶的MEA份数介于0. 1至12.0份之间比较有效。芳 族和脂族聚异氰酸酯均为合适的MEA。这些材料的实例为2，4_甲苯二异氰酸酯(TDI 二聚 体)和异佛尔酮二异氰酸酯的三聚体(IPDI三聚体)。已发现，通过加入MEA，可以使酚醛 树脂的模量增加30%以上，而丁基胶乳的模量甚至可以增加得更多。利用水分散性异氰酸 酯和氨基甲酸酯也可以将模量增加约两倍。在制备EE过程中加入粘合剂不但可以有效制 备该高值产品，而且也是使性能最大化的优选方式。当把粘合剂加入弹性体胶乳/纤维水 浆液时，粘合剂会贴近弹性体和纤维，尤其是让纤维具有比正常配混操作中更大的浓度。在 凝结发生之前将纤维浓缩并用胶乳紧密分散，可以使弹性体与纤维之间的粘附力最大化， 并最终使最终化合物的性能达到最佳。在一个实施方案中，本专利技术涉及掺入本专利技术弹性体材料的复合橡胶，其中该橡胶 具有比在未添加模量增强添加剂的情况下制备的其他比较用复合橡胶更大的纵向上的应 力模量。令人吃惊地发现，如果在复合橡胶的配混过程中加入等量的模量增强添加剂而不 是首先将添加剂加入弹性体材料，则复合橡胶不会达到本专利技术的实施方案中所达到的纵向上的应力模量水平。事实上，与在未加入模量增强添加剂情况下制备的其他比较用复合橡 胶，或者在橡胶配混过程中加入等量模量增强添加剂而不是在加入EE中后再配混得到的 比较用复合橡胶相比，本专利技术含有加强添加剂的复合橡胶具有高出约5%至175%的纵向 上的应力模量。一般来讲，配混过程的第一阶段涉及磨碎或破碎聚合物。天然橡胶可以在开放式 辊磨机上破碎，但更常见的做法是使用高剪切密炼机，例如班伯里密炼机或肖氏密炼机进 行破碎。也可以使用挤出机或辊磨机。偶尔也可以采用独立的预磨碎步骤，例如，当化合物 含有聚合物的共混物时使用合成橡胶。当大多数成分都已经掺入橡胶时，在该步骤后制备 母料。这样可以确保成分充分而均勻地分散在橡胶内。混合过程中，重要的是本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于制造复合橡胶产品的固体弹性体加强材料，所述固体弹性体加强材料包含： （ａ）由天然或合成胶乳凝结而成的弹性体材料； （ｂ）天然或合成的纤维填料，所述纤维具有至少０．５分特的线密度、至少１．０克／分特的韧度、介于０．１和６ｍｍ之间的纤维长度、以及介于０．１至２５平方米／克之间范围内的比表面积； （ｃ）模量增强添加剂，所述添加剂单独地或共同地选自酚醛树脂、丁基胶乳、苯乙烯丁二烯乙烯基吡啶胶乳、异氰酸酯、以及聚丁二烯与马来酸酐的加合物。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-12-5 60/992441用于制造复合橡胶产品的固体弹性体加强材料，所述固体弹性体加强材料包含(a)由天然或合成胶乳凝结而成的弹性体材料；(b)天然或合成的纤维填料，所述纤维具有至少0.5分特的线密度、至少1.0克/分特的韧度、介于0.1和6mm之间的纤维长度、以及介于0.1至25平方米/克之间范围内的比表面积；(c)模量增强添加剂，所述添加剂单独地或共同地选自酚醛树脂、丁基胶乳、苯乙烯丁二烯乙烯基吡啶胶乳、异氰酸酯、以及聚丁二烯与马来酸酐的加合物。2.权利要求1的弹性体加强材料，所述弹性体加强材料包含(a)在100份弹性体材料中10-100重量份的合成纤维填料；(b)在100份弹性体材料中0.1-20重量份的模量增强添加剂。3.权利要求1的弹性体加强材料，其中所述纤维填料具有至少18克/分特的韧度。4.权利要求1的弹性体加强材料，其中所述异氰酸酯添加剂单独地或共同地选自芳族 异氰酸酯、脂族异氰酸酯、封端异氰酸酯、芳族聚异氰酸酯和脂族聚异氰酸酯。5.权利要求1的弹性体加强材料，其中所述纤维填料单独地或共同地选自芳香族聚 酰胺、聚烯烃、聚芳烃吡略、聚酯、玻璃纤维、碳、陶瓷、聚丙烯腈、聚乙烯醇、尼龙、丙烯酸类、 棉、纤维素。6.权利要求4的封端异氰酸酯，其中所述封端异氰酸酯在30...
【专利技术属性】
技术研发人员：A弗朗西斯，D黎，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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