一种生物基高阻尼橡胶材料及其制备方法与流程

本发明属于橡胶材料，尤其涉及一种生物基高阻尼橡胶材料及其制备方法。

背景技术：

1、生物基衣康酸酯橡胶是以绿色环保生物质衣康酸酯为主要单体，通过低温乳液聚合制备的新型橡胶材料，是国际首创的生物基合成橡胶品种。相比于天然橡胶，衣康酸酯橡胶具有更佳的阻尼性能和屈挠性能，尤其是屈挠性能。当采用衣康酸酯橡胶替代部分天然橡胶作为主体生胶时，为了改善衣康酸酯橡胶和/或天然橡胶的阻尼性能，通常会并用部分高阻尼生胶(如氯丁橡胶、丁腈橡胶等)或添加部分高阻尼材料(如ao-80、抗氧剂1010或部分阻尼树脂)，因衣康酸酯橡胶和天然橡胶为非极性生胶，其与具有高阻尼特性的极性橡胶(如氯丁橡胶、丁腈橡胶等)并用时，二者相容性较差，胶料的力学性能较差，无法满足产品使用需求。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中的问题，本发明提供一种生物基高阻尼橡胶材料及其制备方法，制备的阻尼材料与生胶具有良好的相容性，在实际使用过程中不会存在析出问题，解决了传统阻尼胶料及产品阻尼性能不稳定性问题，同时解决了传统阻尼材料阻尼性能和疲劳性能无法兼顾的难题。

2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案如下：

3、本发明提供一种生物基高阻尼橡胶材料，包括以下质量份数的原料：生胶：100份；氧化锌：3-10份；硬脂酸：1-3份；补强填充剂：10-60份；增塑剂：2-20份；防老剂：4-10份；阻尼材料：2-15份；硫化体系：1.5-6份；所述橡胶为衣康酸酯橡胶，或衣康酸酯橡胶和天然橡胶的混合物，所述阻尼材料中包括聚降冰片烯橡胶。

4、本发明中使用衣康酸酯橡胶和天然橡胶作为生胶，相比于天然橡胶，衣康酸酯橡胶具有更佳的阻尼性能和屈挠性能，尤其是屈挠性能，二者组合使用，保证阻尼性能的前提下，疲劳性能也得到了大幅提升。同时加入具有高阻尼特性的聚降冰片烯橡胶(pnr)，其同时存在顺式和反式结构，能够避免结晶，玻璃化转变温度为35-37℃，具有高减震阻尼性，损耗因子可高达3，甚至更高，可将大部分振动能量转换为热能；此外，其分子链中含有c＝c双键，可与衣康酸酯/天然橡胶分子链中的c＝c双键发生化学反应，从而通过硫化剂的交联作用将聚降冰片烯橡胶与衣康酸酯/天然橡胶有机结合在一起，提高二者相容性，从而大幅提升衣康酸酯/天然橡胶的阻尼性能。

5、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的生物基高阻尼橡胶材料中，所述阻尼材料中还包括阻尼助剂a，所述阻尼助剂a的结构式如下式(1)所示：

6、

7、本发明中为了进一步提升衣康酸酯橡胶和/或天然橡胶的阻尼性能，还添加了阻尼助剂a，其分子结构中含有大量苯环结构，可增加空间位阻效应，进一步大幅提升胶料的阻尼性能；此外，该新型阻尼助剂分子结构中的羧基可与填料表面的羟基或增塑剂分子结构中的环氧基团在一定条件下发生化学反应或形成氢键，形成化学和/或物理结合键；其分子结构中的氨基可与橡胶分子链中的双键在高温及缩合剂条件下发生化学反应，从而将橡胶分子链与填料/增塑剂有机结合在一起，从根本上解决了阻尼剂析出问题。

8、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的生物基高阻尼橡胶材料中，所述衣康酸酯橡胶选自二元衣康酸酯和三元衣康酸酯橡胶中的一种或几种；所述天然橡胶选自烟片胶、恒粘胶和全乳胶中的一种或几种。

9、进一步地，衣康酸酯橡胶优选三元衣康酸酯橡胶；天然橡胶优选烟片胶。

10、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的生物基高阻尼橡胶材料中，所述阻尼材料中聚降冰片烯橡胶为2-12份，阻尼助剂a为1-10份。

11、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的生物基高阻尼橡胶材料中，所述阻尼助剂a由5-氨基-2,4,6-三碘间苯二甲酸和三芳基咪唑催化反应后得到。

12、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的生物基高阻尼橡胶材料中，所述阻尼助剂a的合成过程如下：将5-氨基-2,4,6-三碘间苯二甲酸和三芳基咪唑置于反应容器中，加入碘化亚铜和配体l-脯氨酸后，氮气氛围下在溶剂中，60-80℃温度下搅拌反应12-48h后，抽滤，取下层清液，浓缩溶剂，真空干燥即得阻尼助剂a。

13、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的生物基高阻尼橡胶材料中，所述5-氨基-2,4,6-三碘间苯二甲酸和三芳基咪唑的摩尔比为(1-1.1)：(3.1-4)。

14、本发明中，控制5-氨基-2,4,6-三碘间苯二甲酸和三芳基咪唑在(1-1.1)：(3.1-4)，若超出该范围，制备的得到的阻尼助剂a中可能会有小分子物质残留，影响阻尼效果。

15、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的生物基高阻尼橡胶材料中，所述溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的一种。

16、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的生物基高阻尼橡胶材料中，所述补强填充剂选自生物基炭黑、稻壳灰白炭黑、生物基碳酸钙、白炭黑、高岭土、强威粉和蒙脱土中的一种或多种。

17、进一步地，优选生物基炭黑、稻壳灰白炭黑和生物基碳酸钙。

18、本发明中采用生物基炭黑、稻壳灰白炭黑、生物基碳酸钙，其中生物基炭黑由甲烷、二氧化碳和植物油三种原料制备而成，与传统炭黑相比，碳排放量大大减少；稻壳灰白炭黑是采用大米加工的副产品稻壳灰制备而成；生物基碳酸钙采用牡蛎壳制备而成，可以替代橡胶产品中高达80％的炭黑，从而降低80％-90％的碳排放。

19、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的生物基高阻尼橡胶材料中，所述增塑剂选自大豆油、蓖麻油、环氧化大豆油、环氧腰果酚月桂酸酯、环氧腰果酚乙酸酯、环氧蓖麻油中的一种或多种。

20、进一步地，优选为环氧化大豆油、环氧腰果酚月桂酸酯、环氧腰果酚乙酸酯、环氧蓖麻油中的一种或多种。

21、本发明中采用植物油基增塑剂替代石油基增塑剂(包括环烷油、石蜡油、芳烃油等)，植物油基增塑剂的增塑效果与石油基增塑剂基本相当，但来源于植物，属于可再生资源，符合环保要求。

22、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的生物基高阻尼橡胶材料中，所述防老剂选自喹啉类、对苯二胺类、防护蜡和紫外线吸收剂中的一种或几种。

23、进一步地，优选防老剂rd、4020、微晶蜡以及uv-531。

24、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的生物基高阻尼橡胶材料中，所述所述硫化体系包括硫化剂和促进剂。

25、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的生物基高阻尼橡胶材料中，所述硫化剂选自硫黄、不溶性硫黄和硫载体中的一种或几种；所述促进剂选自噻唑类促进剂、次磺酰胺类促进剂和秋兰姆类促进剂中的一种或几种。

26、进一步地，硫化剂优选硫黄和不溶性硫黄。促进剂优选为噻唑类或次磺酰胺类，如促进剂dm、促进剂nobs。

27、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的生物基高阻尼橡胶材料中，所述氧化锌选自直接法氧化锌和间接法氧化锌中的一种。

28、进一步地，优选为间接法氧化锌。

29、基于相同的技术构思，本发明还提供上述的生物基高阻尼橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：

30、在密炼机中加入衣康酸酯橡胶和天然橡胶，50-70℃下混合1-2分钟后加入补强填充剂和增塑剂，混炼1-2分钟后加入氧化锌、硬脂酸、防老剂和阻尼材料，混合均匀后冷却至70℃以下加入硫化剂和促进剂，下片并自然冷却得到橡胶混炼胶，待橡胶混炼胶停放后进行硫化。

31、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，硫化过程中硫化温度140℃-160℃，硫化压力10-20mpa，硫化时间10-30分钟。

32、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

33、(1)本发明生物基衣康酸酯橡胶部分或全部替代天然橡胶，可同步提升胶料的阻尼性能和疲劳性能，解决了传统胶料阻尼性能和疲劳性能无法兼顾的技术问题。同时采用pnr替代极性阻尼橡胶(如丁腈橡胶)，可进一步大幅提升胶料的力学性能、阻尼性能和疲劳性能，且解决了天然橡胶/衣康酸酯与极性阻尼橡胶相容性差的难题，可进一步提升胶料的使用性能及使用寿命。

34、(2)本发明采用阻尼助剂a替代传统极性阻尼助剂(如ao-80)，解决了传统阻尼助剂易析出导致胶料及产品阻尼性能不稳定的技术难题，并进一步提升了胶料力学、阻尼及疲劳性能。