一種高拉伸性能的煤矸石改性橡膠的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高拉伸性能的煤矸石改性橡膠，其原料按重量份包括：天然橡膠20-23份，氯丁橡膠15-18份，三元乙丙橡膠72-76份，棉纖維10-14份，硫磺粉2-3份，促進劑DZ?1.5-2.4份，促進劑TMTM?1.1-1.5份，改性填充混合物35-38份，輕質碳酸鈣20-23份，高耐磨炭黑11-14份，壬二酸二辛酯D0Z?3-4份，鄰苯二甲酸二異丁酯DIBP?5-8份，氫氧化鎂3-4份，三聚氰胺磷酸鹽2.5-3.2份，防老劑OD?1.1-1.7份，防老劑BLE?1.5-1.9份。本發(fā)明對煤矸石進行處理后添加進入橡膠材料中，提高橡膠材料的拉伸強度、300％拉伸應力和拉斷伸長率，并能降低生產成本。
【專利說明】一種高拉伸性能的煤矸石改性橡膠

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及橡膠【技術領域】，尤其涉及一種高拉伸性能的煤矸石改性橡膠。

【背景技術】
[0002]煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石。包括巷道掘進過程中的掘進矸石、采掘過程中從頂板、底板及夾層里采出的矸石以及洗煤過程中挑出的洗矸石。其主要成分是ai2o3、S12,另外還含有數(shù)量不等的Fe203、CaO、MgO, Na2O, K2O, P2O5, SO3和微量稀有元素(鎵、銀、鈦、鈷)。
[0003]中國歷年已積存煤矸石約lOOOMt，并且每年仍繼續(xù)排放約lOOMt，不僅堆積占地，而且還能自燃污染空氣或引起火災。煤矸石主要被用于生產矸石水泥、混凝土的輕質骨料、耐火磚等建筑材料，此外還可用于回收煤炭，煤與矸石混燒發(fā)電，制取結晶氯化鋁、水玻璃等化工產品以及提取貴重稀有金屬，也可作肥料。現(xiàn)需要對煤矸石進行廢物處理，使之能在更多的領域使用。


【發(fā)明內容】

[0004]基本【背景技術】存在的技術問題，本發(fā)明提出了一種高拉伸性能的煤矸石改性橡膠，對煤矸石進行球磨、焙燒、偶聯(lián)改性后添加進入橡膠材料中，提高橡膠材料的拉伸強度、300%拉伸應力和拉斷伸長率，并能降低生產成本。
[0005]本發(fā)明提出的一種高拉伸性能的煤矸石改性橡膠，其原料按重量份包括:天然橡膠20-23份，氯丁橡膠15-18份，三元乙丙橡膠72-76份，棉纖維10-14份，硫磺粉2_3份，促進劑DZ 1.5-2.4份，促進劑TMTM 1.1-1.5份，改性填充混合物35-38份，輕質碳酸鈣20-23份，高耐磨炭黑11-14份，壬二酸二辛酯DOZ 3-4份，鄰苯二甲酸二異丁酯DIBP 5_8份，氫氧化鎂3-4份，三聚氰胺磷酸鹽2.5-3.2份，防老劑OD 1.1-1.7份，防老劑BLE 1.5-1.9份；其中改性填充混合物的制備過程中，將鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6溶于無水乙醇中并攪拌均勻，加入納米焙燒硅鋁炭黑在72-75°C時以840-860rpm的攪拌速率攪拌15_19min，取出置于干燥箱內干燥43-47min，干燥溫度為92_95°C，再加入煅燒高嶺土以680_700rpm的攪拌速率攪拌20-23min后，取出置于球磨機中球磨得到改性填充混合物，鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6與無水乙醇的體積比為1-2:10-12，鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6、納米焙燒硅鋁炭黑和煅燒高嶺土的重量比為
1.2-1.5:15-18:23-26 ;改性填充混合物中的納米焙燒硅鋁炭黑制備方法包括:將煤矸石破碎后，再置于球磨機中球磨得到納米煤矸石粉，納米煤矸石粉的粒徑為75-100nm ;將納米煤矸石粉以10°C /min升高至470-500°C后，保溫28_32min，然后繼續(xù)升溫至630_640°C，升溫過程符合T = 500+ln (t+1)，T為溫度，單位為。C，t為時間，單位為min，接著保溫47-52min，空冷至室溫得到納米焙燒硅鋁炭黑。
[0006]優(yōu)選地，煤矸石的吸碘值為33_35mg/g。
[0007]優(yōu)選地，改性填充混合物的平均粒徑為75-100nm。
[0008]優(yōu)選地，天然橡膠、氯丁橡膠和三元乙丙橡膠21-22:16-17:73_75。
[0009]優(yōu)選地，其原料按重量份包括:天然橡膠21-22份，氯丁橡膠16-17份，三元乙丙橡膠73-75份，棉纖維12-13份，硫磺粉2.3-2.5份，促進劑DZ 1.8-2.2份，促進劑TMTM
1.2-1.4份，改性填充混合物36-37份，輕質碳酸鈣21-22份，高耐磨炭黑12-13份，壬二酸二辛酯DOZ 3.2-3.6份，鄰苯二甲酸二異丁酯DIBP6.4-7.2份，氫氧化鎂3.5-3.9份，三聚氰胺磷酸鹽2.8-3份，防老劑OD 1.4-1.6份，防老劑BLE 1.7-1.8份。
[0010]優(yōu)選地，改性填充混合物的制備過程中，將鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6溶于無水乙醇中并攪拌均勻，加入納米焙燒硅鋁炭黑在73-74°C時以845-855rpm的攪拌速率攪拌16_18min，取出置于干燥箱內干燥44-46min，干燥溫度為93_94°C，再加入煅燒高嶺土以685_690rpm的攪拌速率攪拌21-22min后，取出置于球磨機中球磨得到改性填充混合物，鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6與無水乙醇的體積比為1:6-8，鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6、納米焙燒硅鋁炭黑和煅燒高嶺土的重量比為 1.3-1.4:16-17:24-25。
[0011]優(yōu)選地，改性填充混合物中的納米焙燒硅鋁炭黑制備方法包括:將煤矸石破碎后，再置于球磨機中球磨得到納米煤矸石粉，納米煤矸石粉的粒徑為75-100nm ;將納米煤矸石粉以10°C /min升高至480-490°C后，保溫29_30min，然后繼續(xù)升溫至634-638°C，升溫過程符合T = 500+ln (t+1)，T為溫度，單位為。C，t為時間，單位為min，接著保溫48_50min，空冷至室溫得到納米焙燒硅鋁炭黑。
[0012]本發(fā)明以天然橡膠、氯丁橡膠和三元乙丙橡膠為主料，使本發(fā)明具有高彈性和優(yōu)異的耐油耐壓縮變形性能；硫磺粉、促進劑DZ和促進劑TMTM形成交聯(lián)系統(tǒng)，促進主料中天然橡膠、氯丁橡膠和三元乙丙橡膠的橡膠大分子彼此交聯(lián)形成立體網格結構，增加三種主料之間的交聯(lián)密度，而加入棉纖維與主料進行配合，形成互穿的網格結構，使本發(fā)明的拉伸性能、彈性性能和耐壓縮變形性能進一步得到提升；壬二酸二辛酯DOZ和鄰苯二甲酸二異丁酯DIBP作為增塑劑和脫模劑，使改性填充混合物、輕質碳酸鈣和高耐磨炭黑均勻分散在主料的大分子間隙中，保證了本發(fā)明材料性能的一致性；三聚氰胺磷酸鹽同時具備磷系阻燃劑和氮系阻燃劑的特點，提高了本發(fā)明的氧指數(shù)，氫氧化鎂與聚氰胺磷酸鹽配合使用，不僅進一步提高本發(fā)明的阻燃能力，而且還達到抑制煙霧產生的效果，而氫氧化鎂與改性填充混合物、輕質碳酸鈣、高耐磨炭黑作為補強填充劑，提高了本發(fā)明的密度，而且增強本發(fā)明的強度和耐磨抗撕裂的性能；防老劑OD和防老劑BLE復合加入主料中，能有效抵抗紫外線和高溫對橡膠材料的影響，顯著提高了本發(fā)明的抗氧化耐老化的能力。
[0013]煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，價格低廉，在通過對其球磨和焙燒后得到納米焙燒硅鋁炭黑，煤矸石中的可揮發(fā)份被燃燒，納米焙燒硅鋁炭黑中的主要物質為A1203、S12和類炭黑物質，當納米煤矸石粉先以10°C /min升高至470-500°C后，保溫28-32min，使溫度以較快的速度升高，促進煤矸石中的揮發(fā)分揮發(fā)，然后繼續(xù)升溫至630-640°C，而升溫過程符合T = 500+ln (t+1)，T為溫度，單位為。C，t為時間，單位為min，隨著時間的推移，升溫速率越來越緩慢，使納米煤矸石粉中的物質充分燃燒；經過對比試驗發(fā)現(xiàn)當煤矸石的吸碘值為33-35mg/g時，本發(fā)明的拉升性能達到最佳。
[0014]將鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6溶于無水乙醇后再加入納米焙燒硅鋁炭黑，并通過在92_95°C下干燥43-47min去除水分和無水乙醇，以對納米焙燒硅鋁炭黑進行表面活化處理，再加入煅燒高嶺土球磨后作為改性填充混合物加入主料中提高本發(fā)明的拉升性能，由于改性填充混合物既含有S12和Al、Fe、Ca、Mg、Na、K的氧化物，又含有類似炭黑的混合物，使改性填充混合物具有填充、補強、改性的作用，與輕質碳酸鈣、高耐磨炭黑配合，提高了本發(fā)明的密度，而且增強本發(fā)明的強度和耐磨抗撕裂的性能，還與硫磺粉、促進劑DZ、促進劑TMTM配合，作為防焦劑，有效阻燃橡膠分子交聯(lián)的過程中發(fā)生焦燒；經多次對比試驗證實，當改性填充混合物的平均粒徑為75-100nm時，本發(fā)明的拉伸強度、300%定伸應力和拉斷伸長率達到最佳。

【具體實施方式】
[0015]下面，通過具體實施例對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明。
[0016]實施例1
[0017]本發(fā)明提出的一種高拉伸性能的煤矸石改性橡膠，其原料按重量份包括:天然橡膠20份，氯丁橡膠18份，三元乙丙橡膠72份，棉纖維14份，硫磺粉2份，促進劑DZ 2.4份，促進劑TMTM 1.1份，改性填充混合物38份，輕質碳酸鈣20份，高耐磨炭黑14份，壬二酸二辛酯DOZ 3份，鄰苯二甲酸二異丁酯DIBP8份，氫氧化鎂3份，三聚氰胺磷酸鹽3.2份，防老劑OD 1.1份，防老劑BLE 1.9份；其中改性填充混合物的制備過程中，將鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6溶于無水乙醇中并攪拌均勻，加入納米焙燒硅鋁炭黑在72°C時以860rpm的攪拌速率攪拌15min，取出置于干燥箱內干燥47min，干燥溫度為92°C，再加入煅燒高嶺土以700rpm的攪拌速率攪拌20min后，取出置于球磨機中球磨得到改性填充混合物，改性填充混合物的平均粒徑為75-100nm，鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6與無水乙醇的體積比為2:10，鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6、納米焙燒硅鋁炭黑和煅燒高嶺土的重量比為1.5:15:26 ;改性填充混合物中的納米焙燒硅鋁炭黑制備方法包括:將吸碘值為33mg/g的煤矸石破碎后，再置于球磨機中球磨得到納米煤矸石粉，納米煤矸石粉的粒徑為75-100nm ;將納米煤矸石粉以10°C /min升高至490°C后，保溫29min，然后繼續(xù)升溫至638°C，升溫過程符合T = 500+ln (t+1)，T為溫度，單位為。C，t為時間，單位為min，接著保溫48min，空冷至室溫得到納米焙燒硅鋁炭黑。
[0018]實施例2
[0019]本發(fā)明提出的一種高拉伸性能的煤矸石改性橡膠，其原料按重量份包括:天然橡膠22份，氯丁橡膠16份，三元乙丙橡膠75份，棉纖維12份，硫磺粉2.5份，促進劑DZ 1.8份，促進劑TMTM 1.4份，改性填充混合物36份，輕質碳酸鈣22份，高耐磨炭黑12份，壬二酸二辛酯DOZ 3.6份，鄰苯二甲酸二異丁酯DIBP 6.4份，氫氧化鎂3.9份，三聚氰胺磷酸鹽
2.8份，防老劑OD 1.6份，防老劑BLE 1.7份；其中改性填充混合物的制備過程中，將鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6溶于無水乙醇中并攪拌均勻，加入納米焙燒硅鋁炭黑在75°C時以840rpm的攪拌速率攪拌19min，取出置于干燥箱內干燥43min，干燥溫度為95°C，再加入煅燒高嶺土以680rpm的攪拌速率攪拌23min后，取出置于球磨機中球磨得到改性填充混合物，鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6與無水乙醇的體積比為1:12，鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6、納米焙燒硅鋁炭黑和煅燒高嶺土的重量比為1.2:18:23 ;改性填充混合物中的納米焙燒硅鋁炭黑制備方法包括:將煤矸石破碎后，再置于球磨機中球磨得到納米煤矸石粉，納米煤矸石粉的粒徑為75-100nm ;將納米煤矸石粉以10°C /min升高至500°C后，保溫28min，然后繼續(xù)升溫至640°C，升溫過程符合T = 500+ln (t+1)，T為溫度，單位為。C，t為時間，單位為min，接著保溫47min，空冷至室溫得到納米焙燒硅鋁炭黑。
[0020]實施例3
[0021]本發(fā)明提出的一種高拉伸性能的煤矸石改性橡膠，其原料按重量份包括:天然橡膠23份，氯丁橡膠15份，三元乙丙橡膠76份，棉纖維10份，硫磺粉3份，促進劑DZ 1.5份，促進劑TMTM 1.5份，改性填充混合物35份，輕質碳酸鈣23份，高耐磨炭黑11份，壬二酸二辛酯DOZ 4份，鄰苯二甲酸二異丁酯DIBP5份，氫氧化鎂4份，三聚氰胺磷酸鹽2.5份，防老劑OD 1.7份，防老劑BLE 1.5份；改性填充混合物的制備過程中，將鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6溶于無水乙醇中并攪拌均勻，加入納米焙燒硅鋁炭黑在73°C時以855rpm的攪拌速率攪拌16min，取出置于干燥箱內干燥46min，干燥溫度為93°C，再加入煅燒高嶺土以690rpm的攪拌速率攪拌21min后，取出置于球磨機中球磨得到改性填充混合物，改性填充混合物的平均粒徑為75-100nm，鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6與無水乙醇的體積比為1: 8，鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6、納米焙燒硅鋁炭黑和煅燒高嶺土的重量比為1.3:17:24 ;改性填充混合物中的納米焙燒硅鋁炭黑制備方法包括:將吸碘值為35mg/g的煤矸石破碎后，再置于球磨機中球磨得到納米煤矸石粉，納米煤矸石粉的粒徑為75-100nm ;將納米煤矸石粉以10°C /min升高至480°C后，保溫30min,然后繼續(xù)升溫至634°C，升溫過程符合T = 500+ln (t+1)，T為溫度，單位為。C，t為時間，單位為min,接著保溫50min,空冷至室溫得到納米焙燒娃招炭黑。
[0022]實施例4
[0023]本發(fā)明提出的一種高拉伸性能的煤矸石改性橡膠，其原料按重量份包括:天然橡膠21份，氯丁橡膠17份，三元乙丙橡膠73份，棉纖維13份，硫磺粉2.3份，促進劑DZ 2.2份，促進劑TMTM 1.2份，改性填充混合物37份，輕質碳酸鈣21份，高耐磨炭黑13份，壬二酸二辛酯DOZ 3.2份，鄰苯二甲酸二異丁酯DIBP 7.2份，氫氧化鎂3.5份，三聚氰胺磷酸鹽3份，防老劑OD 1.4份，防老劑BLE 1.8份；改性填充混合物的制備過程中，將鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6溶于無水乙醇中并攪拌均勻，加入納米焙燒硅鋁炭黑在74°C時以845rpm的攪拌速率攪拌18min，取出置于干燥箱內干燥44min，干燥溫度為94°C，再加入煅燒高嶺土以685rpm的攪拌速率攪拌22min后，取出置于球磨機中球磨得到改性填充混合物，鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6與無水乙醇的體積比為1:6，鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6、納米焙燒硅鋁炭黑和煅燒高嶺土的重量比為1.4:16:25 ;改性填充混合物中的納米焙燒硅鋁炭黑制備方法包括:將吸碘值為34mg/g的煤矸石破碎后，再置于球磨機中球磨得到納米煤矸石粉，納米煤矸石粉的粒徑為75-100nm ;將納米煤矸石粉以10°C /min升高至470°C后，保溫32min，然后繼續(xù)升溫至630°C，升溫過程符合T = 500+ln (t+1)，T為溫度，單位為。C，t為時間，單位為min，接著保溫52min，空冷至室溫得到納米焙燒硅鋁炭黑。
[0024]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，根據本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種高拉伸性能的煤矸石改性橡膠，其特征在于，其原料按重量份包括:天然橡膠20-23份，氯丁橡膠15-18份，三元乙丙橡膠72-76份，棉纖維10-14份，硫磺粉2_3份，促進劑DZ 1.5-2.4份，促進劑TMTM 1.1-1.5份，改性填充混合物35-38份，輕質碳酸鈣20-23份，高耐磨炭黑11-14份，壬二酸二辛酯DOZ 3-4份，鄰苯二甲酸二異丁酯DIBP 5_8份，氫氧化鎂3-4份，三聚氰胺磷酸鹽2.5-3.2份，防老劑OD 1.1-1.7份，防老劑BLE 1.5-1.9份； 其中改性填充混合物的制備過程中，將鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6溶于無水乙醇中并攪拌均勻，加入納米焙燒硅鋁炭黑在72-75°C時以840-860rpm的攪拌速率攪拌15-19min，取出置于干燥箱內干燥43-47min，干燥溫度為92_95°C，再加入煅燒高嶺土以680_700rpm的攪拌速率攪拌20-23min后，取出置于球磨機中球磨得到改性填充混合物，鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6與無水乙醇的體積比為1-2:10-12，鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6、納米焙燒硅鋁炭黑和煅燒高嶺土的重量比為1.2-1.5:15-18:23-26 ； 改性填充混合物中的納米焙燒硅鋁炭黑制備方法包括:將煤矸石破碎后，再置于球磨機中球磨得到納米煤矸石粉，納米煤矸石粉的粒徑為75-100nm ;將納米煤矸石粉以10°C /min升高至470-50(TC后，保溫28_32min，然后繼續(xù)升溫至630_64(TC，升溫過程符合T =500+ln (t+1)，T為溫度，單位為°C，t為時間，單位為min，接著保溫47_52min，空冷至室溫得到納米焙燒硅鋁炭黑。
2.根據權利要求1所述高拉伸性能的煤矸石改性橡膠，其特征在于，煤矸石的吸碘值為 33_35mg/g。
3.根據權利要求2所述高拉伸性能的煤矸石改性橡膠，其特征在于，改性填充混合物的平均粒徑為75-100nm。
4.根據權利要求3所述高拉伸性能的煤矸石改性橡膠，其特征在于，天然橡膠、氯丁橡膠和三元乙丙橡膠21-22:16-17:73-75。
5.根據權利要求4所述高拉伸性能的煤矸石改性橡膠，其特征在于，其原料按重量份包括:天然橡膠21-22份，氯丁橡膠16-17份，三元乙丙橡膠73-75份，棉纖維12-13份，硫磺粉2.3-2.5份，促進劑D Z 1.8-2.2份，促進劑TMTM1.2-1.4份，改性填充混合物36-37份，輕質碳酸鈣21-22份，高耐磨炭黑12-13份，壬二酸二辛酯DOZ 3.2-3.6份，鄰苯二甲酸二異丁酯DIBP 6.4-7.2份，氫氧化鎂3.5-3.9份，三聚氰胺磷酸鹽2.8-3份，防老劑OD 1.4-1.6份，防老劑BLE 1.7-1.8份。
6.根據權利要求3所述高拉伸性能的煤矸石改性橡膠，其特征在于，改性填充混合物的制備過程中，將鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6溶于無水乙醇中并攪拌均勻，加入納米焙燒硅鋁炭黑在73-74°C時以845-855rpm的攪拌速率攪拌16_18min，取出置于干燥箱內干燥44_46min，干燥溫度為93-94°C，再加入煅燒高嶺土以685-690rpm的攪拌速率攪拌21_22min后，取出置于球磨機中球磨得到改性填充混合物，鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6與無水乙醇的體積比為1:6-8，鋁鋯偶聯(lián)劑TL-6、納米焙燒硅鋁炭黑和煅燒高嶺土的重量比為1.3-1.4:16-17:24_25。
7.根據權利要求6所述高拉伸性能的煤矸石改性橡膠，其特征在于，改性填充混合物中的納米焙燒硅鋁炭黑制備方法包括:將煤矸石破碎后，再置于球磨機中球磨得到納米煤矸石粉，納米煤矸石粉的粒徑為75-100nm ;將納米煤矸石粉以10°C /min升高至480_490°C后，保溫29-30min，然后繼續(xù)升溫至634-638°C，升溫過程符合T = 500+ln (t+1)，T為溫度，單位為。C，t為時間 ，單位為min，接著保溫48-50min，空冷至室溫得到納米焙燒硅鋁炭黑。
【文檔編號】C08K5/12GK104177714SQ201410458793
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權日:2014年9月10日
【發(fā)明者】吳本長 申請人:安徽弘毅電纜集團有限公司