一种高拉伸性能的煤矸石改性橡胶的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高拉伸性能的煤矸石改性橡胶，其原料按重量份包括：天然橡胶20-23份，氯丁橡胶15-18份，三元乙丙橡胶72-76份，棉纤维10-14份，硫磺粉2-3份，促进剂DZ?1.5-2.4份，促进剂TMTM?1.1-1.5份，改性填充混合物35-38份，轻质碳酸钙20-23份，高耐磨炭黑11-14份，壬二酸二辛酯D0Z?3-4份，邻苯二甲酸二异丁酯DIBP?5-8份，氢氧化镁3-4份，三聚氰胺磷酸盐2.5-3.2份，防老剂OD?1.1-1.7份，防老剂BLE?1.5-1.9份。本发明对煤矸石进行处理后添加进入橡胶材料中，提高橡胶材料的拉伸强度、300％拉伸应力和拉断伸长率，并能降低生产成本。
【专利说明】一种高拉伸性能的煤矸石改性橡胶
【技术领域】
[0001]本发明涉及橡胶【技术领域】，尤其涉及一种高拉伸性能的煤矸石改性橡胶。
【背景技术】
[0002]煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。其主要成分是ai2o3、S12,另外还含有数量不等的Fe203、CaO、MgO, Na2O, K2O, P2O5, SO3和微量稀有元素(镓、银、钛、钴)。
[0003]中国历年已积存煤矸石约lOOOMt，并且每年仍继续排放约lOOMt，不仅堆积占地，而且还能自燃污染空气或引起火灾。煤矸石主要被用于生产矸石水泥、混凝土的轻质骨料、耐火砖等建筑材料，此外还可用于回收煤炭，煤与矸石混烧发电，制取结晶氯化铝、水玻璃等化工产品以及提取贵重稀有金属，也可作肥料。现需要对煤矸石进行废物处理，使之能在更多的领域使用。
【发明内容】
[0004]基本【背景技术】存在的技术问题，本发明提出了一种高拉伸性能的煤矸石改性橡胶，对煤矸石进行球磨、焙烧、偶联改性后添加进入橡胶材料中，提高橡胶材料的拉伸强度、300%拉伸应力和拉断伸长率，并能降低生产成本。
[0005]本发明提出的一种高拉伸性能的煤矸石改性橡胶，其原料按重量份包括:天然橡胶20-23份，氯丁橡胶15-18份，三元乙丙橡胶72-76份，棉纤维10-14份，硫磺粉2_3份，促进剂DZ 1.5-2.4份，促进剂TMTM 1.1-1.5份，改性填充混合物35-38份，轻质碳酸钙20-23份，高耐磨炭黑11-14份，壬二酸二辛酯DOZ 3-4份，邻苯二甲酸二异丁酯DIBP 5_8份，氢氧化镁3-4份，三聚氰胺磷酸盐2.5-3.2份，防老剂OD 1.1-1.7份，防老剂BLE 1.5-1.9份；其中改性填充混合物的制备过程中，将铝锆偶联剂TL-6溶于无水乙醇中并搅拌均匀，加入纳米焙烧硅铝炭黑在72-75°C时以840-860rpm的搅拌速率搅拌15_19min，取出置于干燥箱内干燥43-47min，干燥温度为92_95°C，再加入煅烧高岭土以680_700rpm的搅拌速率搅拌20-23min后，取出置于球磨机中球磨得到改性填充混合物，铝锆偶联剂TL-6与无水乙醇的体积比为1-2:10-12，铝锆偶联剂TL-6、纳米焙烧硅铝炭黑和煅烧高岭土的重量比为
1.2-1.5:15-18:23-26 ;改性填充混合物中的纳米焙烧硅铝炭黑制备方法包括:将煤矸石破碎后，再置于球磨机中球磨得到纳米煤矸石粉，纳米煤矸石粉的粒径为75-100nm ;将纳米煤矸石粉以10°C /min升高至470-500°C后，保温28_32min，然后继续升温至630_640°C，升温过程符合T = 500+ln (t+1)，T为温度，单位为。C，t为时间，单位为min，接着保温47-52min，空冷至室温得到纳米焙烧硅铝炭黑。
[0006]优选地，煤矸石的吸碘值为33_35mg/g。
[0007]优选地，改性填充混合物的平均粒径为75-100nm。
[0008]优选地，天然橡胶、氯丁橡胶和三元乙丙橡胶21-22:16-17:73_75。
[0009]优选地，其原料按重量份包括:天然橡胶21-22份，氯丁橡胶16-17份，三元乙丙橡胶73-75份，棉纤维12-13份，硫磺粉2.3-2.5份，促进剂DZ 1.8-2.2份，促进剂TMTM
1.2-1.4份，改性填充混合物36-37份，轻质碳酸钙21-22份，高耐磨炭黑12-13份，壬二酸二辛酯DOZ 3.2-3.6份，邻苯二甲酸二异丁酯DIBP6.4-7.2份，氢氧化镁3.5-3.9份，三聚氰胺磷酸盐2.8-3份，防老剂OD 1.4-1.6份，防老剂BLE 1.7-1.8份。
[0010]优选地，改性填充混合物的制备过程中，将铝锆偶联剂TL-6溶于无水乙醇中并搅拌均匀，加入纳米焙烧硅铝炭黑在73-74°C时以845-855rpm的搅拌速率搅拌16_18min，取出置于干燥箱内干燥44-46min，干燥温度为93_94°C，再加入煅烧高岭土以685_690rpm的搅拌速率搅拌21-22min后，取出置于球磨机中球磨得到改性填充混合物，铝锆偶联剂TL-6与无水乙醇的体积比为1:6-8，铝锆偶联剂TL-6、纳米焙烧硅铝炭黑和煅烧高岭土的重量比为 1.3-1.4:16-17:24-25。
[0011]优选地，改性填充混合物中的纳米焙烧硅铝炭黑制备方法包括:将煤矸石破碎后，再置于球磨机中球磨得到纳米煤矸石粉，纳米煤矸石粉的粒径为75-100nm ;将纳米煤矸石粉以10°C /min升高至480-490°C后，保温29_30min，然后继续升温至634-638°C，升温过程符合T = 500+ln (t+1)，T为温度，单位为。C，t为时间，单位为min，接着保温48_50min，空冷至室温得到纳米焙烧硅铝炭黑。
[0012]本发明以天然橡胶、氯丁橡胶和三元乙丙橡胶为主料，使本发明具有高弹性和优异的耐油耐压缩变形性能；硫磺粉、促进剂DZ和促进剂TMTM形成交联系统，促进主料中天然橡胶、氯丁橡胶和三元乙丙橡胶的橡胶大分子彼此交联形成立体网格结构，增加三种主料之间的交联密度，而加入棉纤维与主料进行配合，形成互穿的网格结构，使本发明的拉伸性能、弹性性能和耐压缩变形性能进一步得到提升；壬二酸二辛酯DOZ和邻苯二甲酸二异丁酯DIBP作为增塑剂和脱模剂，使改性填充混合物、轻质碳酸钙和高耐磨炭黑均匀分散在主料的大分子间隙中，保证了本发明材料性能的一致性；三聚氰胺磷酸盐同时具备磷系阻燃剂和氮系阻燃剂的特点，提高了本发明的氧指数，氢氧化镁与聚氰胺磷酸盐配合使用，不仅进一步提高本发明的阻燃能力，而且还达到抑制烟雾产生的效果，而氢氧化镁与改性填充混合物、轻质碳酸钙、高耐磨炭黑作为补强填充剂，提高了本发明的密度，而且增强本发明的强度和耐磨抗撕裂的性能；防老剂OD和防老剂BLE复合加入主料中，能有效抵抗紫外线和高温对橡胶材料的影响，显著提高了本发明的抗氧化耐老化的能力。
[0013]煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，价格低廉，在通过对其球磨和焙烧后得到纳米焙烧硅铝炭黑，煤矸石中的可挥发份被燃烧，纳米焙烧硅铝炭黑中的主要物质为A1203、S12和类炭黑物质，当纳米煤矸石粉先以10°C /min升高至470-500°C后，保温28-32min，使温度以较快的速度升高，促进煤矸石中的挥发分挥发，然后继续升温至630-640°C，而升温过程符合T = 500+ln (t+1)，T为温度，单位为。C，t为时间，单位为min，随着时间的推移，升温速率越来越缓慢，使纳米煤矸石粉中的物质充分燃烧；经过对比试验发现当煤矸石的吸碘值为33-35mg/g时，本发明的拉升性能达到最佳。
[0014]将铝锆偶联剂TL-6溶于无水乙醇后再加入纳米焙烧硅铝炭黑，并通过在92_95°C下干燥43-47min去除水分和无水乙醇，以对纳米焙烧硅铝炭黑进行表面活化处理，再加入煅烧高岭土球磨后作为改性填充混合物加入主料中提高本发明的拉升性能，由于改性填充混合物既含有S12和Al、Fe、Ca、Mg、Na、K的氧化物，又含有类似炭黑的混合物，使改性填充混合物具有填充、补强、改性的作用，与轻质碳酸钙、高耐磨炭黑配合，提高了本发明的密度，而且增强本发明的强度和耐磨抗撕裂的性能，还与硫磺粉、促进剂DZ、促进剂TMTM配合，作为防焦剂，有效阻燃橡胶分子交联的过程中发生焦烧；经多次对比试验证实，当改性填充混合物的平均粒径为75-100nm时，本发明的拉伸强度、300%定伸应力和拉断伸长率达到最佳。
【具体实施方式】
[0015]下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0016]实施例1
[0017]本发明提出的一种高拉伸性能的煤矸石改性橡胶，其原料按重量份包括:天然橡胶20份，氯丁橡胶18份，三元乙丙橡胶72份，棉纤维14份，硫磺粉2份，促进剂DZ 2.4份，促进剂TMTM 1.1份，改性填充混合物38份，轻质碳酸钙20份，高耐磨炭黑14份，壬二酸二辛酯DOZ 3份，邻苯二甲酸二异丁酯DIBP8份，氢氧化镁3份，三聚氰胺磷酸盐3.2份，防老剂OD 1.1份，防老剂BLE 1.9份；其中改性填充混合物的制备过程中，将铝锆偶联剂TL-6溶于无水乙醇中并搅拌均匀，加入纳米焙烧硅铝炭黑在72°C时以860rpm的搅拌速率搅拌15min，取出置于干燥箱内干燥47min，干燥温度为92°C，再加入煅烧高岭土以700rpm的搅拌速率搅拌20min后，取出置于球磨机中球磨得到改性填充混合物，改性填充混合物的平均粒径为75-100nm，铝锆偶联剂TL-6与无水乙醇的体积比为2:10，铝锆偶联剂TL-6、纳米焙烧硅铝炭黑和煅烧高岭土的重量比为1.5:15:26 ;改性填充混合物中的纳米焙烧硅铝炭黑制备方法包括:将吸碘值为33mg/g的煤矸石破碎后，再置于球磨机中球磨得到纳米煤矸石粉，纳米煤矸石粉的粒径为75-100nm ;将纳米煤矸石粉以10°C /min升高至490°C后，保温29min，然后继续升温至638°C，升温过程符合T = 500+ln (t+1)，T为温度，单位为。C，t为时间，单位为min，接着保温48min，空冷至室温得到纳米焙烧硅铝炭黑。
[0018]实施例2
[0019]本发明提出的一种高拉伸性能的煤矸石改性橡胶，其原料按重量份包括:天然橡胶22份，氯丁橡胶16份，三元乙丙橡胶75份，棉纤维12份，硫磺粉2.5份，促进剂DZ 1.8份，促进剂TMTM 1.4份，改性填充混合物36份，轻质碳酸钙22份，高耐磨炭黑12份，壬二酸二辛酯DOZ 3.6份，邻苯二甲酸二异丁酯DIBP 6.4份，氢氧化镁3.9份，三聚氰胺磷酸盐
2.8份，防老剂OD 1.6份，防老剂BLE 1.7份；其中改性填充混合物的制备过程中，将铝锆偶联剂TL-6溶于无水乙醇中并搅拌均匀，加入纳米焙烧硅铝炭黑在75°C时以840rpm的搅拌速率搅拌19min，取出置于干燥箱内干燥43min，干燥温度为95°C，再加入煅烧高岭土以680rpm的搅拌速率搅拌23min后，取出置于球磨机中球磨得到改性填充混合物，铝锆偶联剂TL-6与无水乙醇的体积比为1:12，铝锆偶联剂TL-6、纳米焙烧硅铝炭黑和煅烧高岭土的重量比为1.2:18:23 ;改性填充混合物中的纳米焙烧硅铝炭黑制备方法包括:将煤矸石破碎后，再置于球磨机中球磨得到纳米煤矸石粉，纳米煤矸石粉的粒径为75-100nm ;将纳米煤矸石粉以10°C /min升高至500°C后，保温28min，然后继续升温至640°C，升温过程符合T = 500+ln (t+1)，T为温度，单位为。C，t为时间，单位为min，接着保温47min，空冷至室温得到纳米焙烧硅铝炭黑。
[0020]实施例3
[0021]本发明提出的一种高拉伸性能的煤矸石改性橡胶，其原料按重量份包括:天然橡胶23份，氯丁橡胶15份，三元乙丙橡胶76份，棉纤维10份，硫磺粉3份，促进剂DZ 1.5份，促进剂TMTM 1.5份，改性填充混合物35份，轻质碳酸钙23份，高耐磨炭黑11份，壬二酸二辛酯DOZ 4份，邻苯二甲酸二异丁酯DIBP5份，氢氧化镁4份，三聚氰胺磷酸盐2.5份，防老剂OD 1.7份，防老剂BLE 1.5份；改性填充混合物的制备过程中，将铝锆偶联剂TL-6溶于无水乙醇中并搅拌均匀，加入纳米焙烧硅铝炭黑在73°C时以855rpm的搅拌速率搅拌16min，取出置于干燥箱内干燥46min，干燥温度为93°C，再加入煅烧高岭土以690rpm的搅拌速率搅拌21min后，取出置于球磨机中球磨得到改性填充混合物，改性填充混合物的平均粒径为75-100nm，铝锆偶联剂TL-6与无水乙醇的体积比为1: 8，铝锆偶联剂TL-6、纳米焙烧硅铝炭黑和煅烧高岭土的重量比为1.3:17:24 ;改性填充混合物中的纳米焙烧硅铝炭黑制备方法包括:将吸碘值为35mg/g的煤矸石破碎后，再置于球磨机中球磨得到纳米煤矸石粉，纳米煤矸石粉的粒径为75-100nm ;将纳米煤矸石粉以10°C /min升高至480°C后，保温30min,然后继续升温至634°C，升温过程符合T = 500+ln (t+1)，T为温度，单位为。C，t为时间，单位为min,接着保温50min,空冷至室温得到纳米焙烧娃招炭黑。
[0022]实施例4
[0023]本发明提出的一种高拉伸性能的煤矸石改性橡胶，其原料按重量份包括:天然橡胶21份，氯丁橡胶17份，三元乙丙橡胶73份，棉纤维13份，硫磺粉2.3份，促进剂DZ 2.2份，促进剂TMTM 1.2份，改性填充混合物37份，轻质碳酸钙21份，高耐磨炭黑13份，壬二酸二辛酯DOZ 3.2份，邻苯二甲酸二异丁酯DIBP 7.2份，氢氧化镁3.5份，三聚氰胺磷酸盐3份，防老剂OD 1.4份，防老剂BLE 1.8份；改性填充混合物的制备过程中，将铝锆偶联剂TL-6溶于无水乙醇中并搅拌均匀，加入纳米焙烧硅铝炭黑在74°C时以845rpm的搅拌速率搅拌18min，取出置于干燥箱内干燥44min，干燥温度为94°C，再加入煅烧高岭土以685rpm的搅拌速率搅拌22min后，取出置于球磨机中球磨得到改性填充混合物，铝锆偶联剂TL-6与无水乙醇的体积比为1:6，铝锆偶联剂TL-6、纳米焙烧硅铝炭黑和煅烧高岭土的重量比为1.4:16:25 ;改性填充混合物中的纳米焙烧硅铝炭黑制备方法包括:将吸碘值为34mg/g的煤矸石破碎后，再置于球磨机中球磨得到纳米煤矸石粉，纳米煤矸石粉的粒径为75-100nm ;将纳米煤矸石粉以10°C /min升高至470°C后，保温32min，然后继续升温至630°C，升温过程符合T = 500+ln (t+1)，T为温度，单位为。C，t为时间，单位为min，接着保温52min，空冷至室温得到纳米焙烧硅铝炭黑。
[0024]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种高拉伸性能的煤矸石改性橡胶，其特征在于，其原料按重量份包括:天然橡胶20-23份，氯丁橡胶15-18份，三元乙丙橡胶72-76份，棉纤维10-14份，硫磺粉2_3份，促进剂DZ 1.5-2.4份，促进剂TMTM 1.1-1.5份，改性填充混合物35-38份，轻质碳酸钙20-23份，高耐磨炭黑11-14份，壬二酸二辛酯DOZ 3-4份，邻苯二甲酸二异丁酯DIBP 5_8份，氢氧化镁3-4份，三聚氰胺磷酸盐2.5-3.2份，防老剂OD 1.1-1.7份，防老剂BLE 1.5-1.9份； 其中改性填充混合物的制备过程中，将铝锆偶联剂TL-6溶于无水乙醇中并搅拌均匀，加入纳米焙烧硅铝炭黑在72-75°C时以840-860rpm的搅拌速率搅拌15-19min，取出置于干燥箱内干燥43-47min，干燥温度为92_95°C，再加入煅烧高岭土以680_700rpm的搅拌速率搅拌20-23min后，取出置于球磨机中球磨得到改性填充混合物，铝锆偶联剂TL-6与无水乙醇的体积比为1-2:10-12，铝锆偶联剂TL-6、纳米焙烧硅铝炭黑和煅烧高岭土的重量比为1.2-1.5:15-18:23-26 ； 改性填充混合物中的纳米焙烧硅铝炭黑制备方法包括:将煤矸石破碎后，再置于球磨机中球磨得到纳米煤矸石粉，纳米煤矸石粉的粒径为75-100nm ;将纳米煤矸石粉以10°C /min升高至470-50(TC后，保温28_32min，然后继续升温至630_64(TC，升温过程符合T =500+ln (t+1)，T为温度，单位为°C，t为时间，单位为min，接着保温47_52min，空冷至室温得到纳米焙烧硅铝炭黑。
2.根据权利要求1所述高拉伸性能的煤矸石改性橡胶，其特征在于，煤矸石的吸碘值为 33_35mg/g。
3.根据权利要求2所述高拉伸性能的煤矸石改性橡胶，其特征在于，改性填充混合物的平均粒径为75-100nm。
4.根据权利要求3所述高拉伸性能的煤矸石改性橡胶，其特征在于，天然橡胶、氯丁橡胶和三元乙丙橡胶21-22:16-17:73-75。
5.根据权利要求4所述高拉伸性能的煤矸石改性橡胶，其特征在于，其原料按重量份包括:天然橡胶21-22份，氯丁橡胶16-17份，三元乙丙橡胶73-75份，棉纤维12-13份，硫磺粉2.3-2.5份，促进剂D Z 1.8-2.2份，促进剂TMTM1.2-1.4份，改性填充混合物36-37份，轻质碳酸钙21-22份，高耐磨炭黑12-13份，壬二酸二辛酯DOZ 3.2-3.6份，邻苯二甲酸二异丁酯DIBP 6.4-7.2份，氢氧化镁3.5-3.9份，三聚氰胺磷酸盐2.8-3份，防老剂OD 1.4-1.6份，防老剂BLE 1.7-1.8份。
6.根据权利要求3所述高拉伸性能的煤矸石改性橡胶，其特征在于，改性填充混合物的制备过程中，将铝锆偶联剂TL-6溶于无水乙醇中并搅拌均匀，加入纳米焙烧硅铝炭黑在73-74°C时以845-855rpm的搅拌速率搅拌16_18min，取出置于干燥箱内干燥44_46min，干燥温度为93-94°C，再加入煅烧高岭土以685-690rpm的搅拌速率搅拌21_22min后，取出置于球磨机中球磨得到改性填充混合物，铝锆偶联剂TL-6与无水乙醇的体积比为1:6-8，铝锆偶联剂TL-6、纳米焙烧硅铝炭黑和煅烧高岭土的重量比为1.3-1.4:16-17:24_25。
7.根据权利要求6所述高拉伸性能的煤矸石改性橡胶，其特征在于，改性填充混合物中的纳米焙烧硅铝炭黑制备方法包括:将煤矸石破碎后，再置于球磨机中球磨得到纳米煤矸石粉，纳米煤矸石粉的粒径为75-100nm ;将纳米煤矸石粉以10°C /min升高至480_490°C后，保温29-30min，然后继续升温至634-638°C，升温过程符合T = 500+ln (t+1)，T为温度，单位为。C，t为时间 ，单位为min，接着保温48-50min，空冷至室温得到纳米焙烧硅铝炭黑。
【文档编号】C08K5/12GK104177714SQ201410458793
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2014年9月10日
【发明者】吴本长 申请人:安徽弘毅电缆集团有限公司