一种以钢渣微粉作为橡胶填充剂的橡胶

摘要

本发明涉及橡胶填料领域，特别是涉及一种利用冶金渣的以钢渣作为橡胶填充剂的橡胶及其制备方法和用途。本发明提供一种以钢渣微粉作为橡胶填充剂的橡胶，其原料按重量份计，包括如下组分：钢渣微粉1‑10份；硅铝炭黑0‑9份；硫磺1‑1.2份；生胶50‑60份；炭黑18.8‑29份；硬脂酸1.5‑2份；氧化锌2.5‑3份；促进剂DM0.3‑0.5份；促进剂CZ0.3‑0.5份；氢氧化镁4‑5.4份。

权利要求

1.一种以钢渣微粉作为橡胶填充剂的橡胶，其原料按重量份计，包括如下组分：所述钢渣微粉≥400目，钢渣微粉含水量≤1％；

所述硅铝炭黑细度400-600目。

2.如权利要求1所述的一种以钢渣微粉作为橡胶填充剂的橡胶，其特征在于，所述钢渣为炼钢钢渣。

3.如权利要求1所述的一种以钢渣微粉作为橡胶填充剂的橡胶，其特征在于，所述生胶为天然橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶的复合橡胶，其天然橡胶含量为95-97wt％，丁苯橡胶含量为1-3wt％，顺丁橡胶含量为1-3wt％。

4.如权利要求1所述的一种以钢渣微粉作为橡胶填充剂的橡胶，其特征在于，所述炭黑符合GB3778-2003中N339标准。

5.如权利要求1-4任一权利要求所述的以钢渣微粉作为橡胶填充剂的橡胶的制备方法，包括如下步骤：

1)按配方将钢渣微粉与其他组分进行混炼；

2)将步骤1所得的混炼胶进行硫化，即得所述以钢渣微粉作为橡胶填充剂的橡胶。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，钢渣微粉的制备方法为：将炼钢钢渣破碎、烘干、粉磨至400目以上，取400目筛下钢渣微粉备用；混炼的具体条件为：混炼温度40-70℃，混炼时间4-7min；所述步骤2中，硫化的具体条件为：硫化温度150-160℃，硫化时间20—45min。

7.如权利要求1-4任一权利要求所述的以钢渣微粉作为橡胶填充剂的橡胶在制备橡胶输送带中的用途。

8.一种整芯阻燃输送带，由权利要求1-4任一权利要求所述的以钢渣微粉作为橡胶填充剂的橡胶制备。

说明书

一种以钢渣微粉作为橡胶填充剂的橡胶

技术领域

[0001] 本发明涉及橡胶填料领域，特别是涉及一种利用冶金渣的以钢渣作为橡胶填充剂的橡胶及其制备方法和用途，并进一步提供由所述以钢渣作为橡胶填充剂的橡胶制备的整芯阻燃输送带及其制备方法和用途。

背景技术

[0002] 橡胶生产工艺过程通常主要为生胶开炼、混炼、硫化、成型等。其中，橡胶填料主要起填充和补强作用，其粒径需满足50微米以下，能在胶体内分散良好。目前，橡胶工业主要填料为炭黑和白炭黑，价格较高。其中炭黑价格在6000元/吨以上，白炭黑价格在4000元/吨以上。随着炭黑和白炭黑价格持续上涨，国内外研究人员通过对多种无机类矿物和有机物进行改性后替代炭黑、白炭黑用作橡胶补强填料，取得了较好效果。其中，无机类矿物具有代表性的有：碳酸钙类、粘土类和工业废渣类。碳酸钙类可分为改性碳素钙和纳米碳酸钙；粘土类有高岭土、陶土、滑石粉等；工业废渣类有粉煤灰、煤矸石、冶炼废渣；有机物有木质素、短纤维等。

发明内容

[0003] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种以钢渣微粉作为橡胶填充剂的橡胶及其制备方法和用途，用于解决现有技术中的问题。

[0004] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种以钢渣微粉作为橡胶填充剂的橡胶，其原料按重量份计，包括如下组分：

[0005]

[0006]

[0007] 具体的，炭黑、硬脂酸、氧化锌、促进剂DM、促进剂CZ和阻燃剂氢氧化镁均为填料助剂。

[0008] 优选的，所述以钢渣微粉作为橡胶填充剂的橡胶，其原料按重量份计，包括如下组分：

[0009]

[0010] 优选的，所述钢渣微粉≥400目，钢渣微粉含水量≤1％。

[0011] 优选的，所述钢渣为炼钢钢渣。

[0012] 更优选的，所述炼钢钢渣按重量百分比计，FeO和Fe2O3的含量为12-33％；CaO的含量为39-51％；SiO2的含量为11-15％；SO3的含量为0.1-2％；Al2O3和MgO的总含量为6-14％；MnO、P2O5、TiO2和C的总含量为8-10％。

[0013] 具体的，所述硅铝炭黑是以煤矸石为主要成分微粉化制得的。

[0014] 优选的，所述硅铝炭黑的细度400-600目，符合HG/T2797.1-2797.7-2007标准。

[0015] 优选的，所述生胶为天然橡胶(NR)、丁苯橡胶和顺丁橡胶的复合橡胶，其天然橡胶含量为95-97wt％，丁苯橡胶含量为1-3wt％，顺丁橡胶含量为1-3wt％。

[0016] 更优选的，所述天然橡胶为拉伸强度≥20Mpa，扯断伸长率≥640％，500％定伸应力3.5-4.5Mpa，门尼粘度ML1+4(100℃)为75-85，塑性保持率(PRI)≥60％(GB/T 528)的烟片胶。

[0017] 进一步优选的，所述天然橡胶塑性初始值P0≥30(GB/T 1232)，灰分≤1％(GB/T 3517)，挥发份≤0.8％(GB/T 3517)。

[0018] 具体的，所述丁苯橡胶为聚苯乙烯丁二烯共聚物，由单体1,3-丁二烯、苯乙烯合成。

[0019] 更优选的，所述丁苯橡胶为乳聚丁苯橡胶，更优选为SBR-1500或SBR-1502型(低温丁苯橡胶，≤10℃，优选为5—8℃)，门尼粘度(ML100℃1+4)≤60，优选为45-60。

[0020] 具体的，所述顺丁橡胶是是顺式-1,4-聚丁二烯橡胶的简称，由丁二烯聚合而成。

[0021] 更优选的，所述顺丁橡胶为低顺顺丁橡胶，其顺式结构占32-40％，一般由锂系催化剂(丁基锂)制备获得，其顺式和反式结构属于无规分布，门尼粘度(ML100℃1+4)≥35，优选为35-45。

[0022] 优选的，所述炭黑符合GB3778-2003中N339标准。

[0023] 具体的，所述硬脂酸为的CAS号为57-11-4。

[0024] 具体的，所述促进剂DM为2，2'-二硫代二苯并噻唑，CAS号为120-78-5。

[0025] 具体的，所述促进剂CZ为N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺，CAS号为95-33-0。

[0026] 本发明第二方面提供所述以钢渣微粉作为橡胶填充剂的橡胶的制备方法，包括如下步骤：

[0027] 1)按配方将钢渣微粉与其他组分进行混炼；

[0028] 2)将步骤1所得的混炼胶进行硫化，即得所述以钢渣微粉作为橡胶填充剂的橡胶。

[0029] 优选的，所述步骤1中，钢渣微粉的制备方法为：将炼钢钢渣破碎、烘干、粉磨至400目以上，取400目筛下钢渣微粉备用。

[0030] 优选的，所述步骤1中，混炼的具体条件为：混炼温度40-70℃，混炼时间4-7min。

[0031] 优选的，所述步骤2中，硫化的具体条件为：硫化温度150-160℃，硫化时间20-45min。

[0032] 本发明第三方面提供所述以钢渣微粉作为橡胶填充剂的橡胶在制备橡胶输送带中的用途，所述橡胶输送带优选为整芯输送带，更优选为阻燃抗静电织物整芯输送带。

[0033] 本发明发明人利用钢渣中存在的FeO、Fe2O3、CaO、SiO2、S和石墨等组分，通过在橡胶中填充钢渣微粉，通过钢渣微粉对橡胶进行填充和补强作用，使得以钢渣微粉作为橡胶填充剂的橡胶制备获得的橡胶输送带的硬度、定伸强度、耐磨性等物理机械性能等得到增强，亦改善了橡胶输送带的阻燃性和导电性能。此外，在同等条件下钢渣微粉可等量替代输送带橡胶填料硅铝炭黑使用，从而大大降低产品的生产成本。

[0034] 本发明第四方面提供一种整芯阻燃输送带，由所述以钢渣微粉作为橡胶填充剂的橡胶制备。

[0035] 对于本领域技术人员而言，可采用所述以钢渣微粉作为橡胶填充剂的橡胶，通过本领域各种整芯阻燃输送带制备方法制备整芯阻燃输送带。

[0036] 如上所述，本发明所提供的以钢渣微粉作为橡胶填充剂的橡胶，具有以下有益效果：

[0037] 1、本发明所提供的新型橡胶填充剂(钢渣)可等量部分或全部替代硅铝炭黑使用，并可进一步改善橡胶的性能，对橡胶输送带硬度、扯断强度、磨耗性等机械性能具有一定补强作用，也可改善橡胶输送带阻燃性能和抗静电性能。

[0038] 2、本发明所提供的新型橡胶填充剂(钢渣)开拓了冶金废渣新的利用途径，大幅度提高废弃物的附加值。

[0039] 3、所述新型橡胶填充剂(钢渣)制取方便，价格低廉，可以降低橡胶输送带生产成本。

具体实施方式

[0040] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

[0041] 须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。

[0042] 此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

[0043] 实施例：

[0044] 实施例中使用的炼钢钢渣为宝钢钢渣(上海宝钢集团公司)，主要化学组成如下(重量百分比)：

[0045]

[0046] 生胶为安徽天地人科技集团提供的天然橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶的复合橡胶，炭黑由安徽天地人科技集团提供，型号为N339。

[0047] 实施例1和实施例2的输送带的具体制备方法如下：

[0048] 1)将钢渣、破碎、烘干、粉磨至400目，过400目筛，取筛下物备用，钢渣微粉含水量≤1％；

[0049] 2)将筛下钢渣微粉按表1配比和生胶及其他助剂进行混炼、硫化，混炼温度40-70℃，混炼时间4-7min；硫化温度150℃，硫化时间20min，30min，45min；

[0050] 3)将由四层PP帆布(由安徽天地人科技集团提供)组成的整芯叠层带浸润氢氧化镁浆体(由粒径5μm左右的氢氧化镁粉体、聚磷酸铵与适量水混合而成，氢氧化镁粉体和聚磷酸铵的重量比为6：4)，将步骤2制得的以钢渣微粉作为橡胶填充剂的橡胶分别置于整芯叠层带上下表面并压制粘结成型(上表面和下表面的厚度分别为4mm和2mm)，再经烘干(温度为120-140℃)、冷却、边角接头处理后制得输送带。

[0051] 4)按产品标准GB7984-2001要求检测输送带性能。

[0052] 对比例的输送带的制备方法除配方选用不同外，制作工艺中混炼、硫化及与织物压制、蒸汽养护条件均与上述条件相同。

[0053] 不同硫化条件制备所得的输送带的性能(邵A硬度、300％定伸、扯断强度、扯断伸长率)分别如表2-4中实施例1和实施例2的对应部分所示。

[0054] 硫化条件150℃*30min下制得橡胶输送带磨耗值和氧指数检测结果如表5所示。

[0055] 表1输送带用橡胶组分配比组成

[0056]

[0057] 表2硫化条件150℃*20min输送带性能检测结果

[0058]

[0059] 表3硫化条件150℃*30min输送带性能检测结果

[0060]

[0061] 表4硫化条件150℃*45min输送带性能检测结果

[0062]

[0063]

[0064] 表5硫化条件150℃*30min制得橡胶输送带磨耗值(GB/T 1689-1998)和氧指数(GB/T 10707)检测结果

[0065]实施例 磨耗值cm3/1.61km 氧指数
实施例1 178.6 29.5
实施例2 201.1 28
对比例1 191.0 27.8
对比例2 205.1 28
对比例3 200 27.1

[0066] 备注：氧指数越高，阻燃性能越好；磨耗值越低，耐磨性越好。

[0067] 由表2-表5的相关数据可以看出，实施例1和实施例2的配方制备所得的新型橡胶(各制备条件下)对橡胶输送带硬度、扯断强度、磨耗性等机械性能具有一定补强作用，也可改善橡胶输送带阻燃性能和抗静电性能，可等量部分或全部替代硅铝炭黑使用。此外，实施例3和实施例4所制备的橡胶的性能亦与实施例1和2相近。

[0068] 综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

[0069] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。