[发明专利]一种大分子增容剂及其制备方法和用途

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种增容剂及其制备方法和用途，具体地说是一种用于两种橡胶共混并用时的增容剂及其制备方法，主要用于三元乙丙橡胶和丁腈橡胶的共混增容。

二、背景技术

三元乙丙橡胶（EPDM）的主链是饱和链，分子链中无极性取代基，柔顺性好，是一种饱和非结晶性橡胶，具有极高的化学稳定性。EPDM的分子结构决定了它具有以下良好的性能：

1、耐老化性能优异，具有突出的耐臭氧性、耐候性，较高的热稳定性，一般可在150℃下长期使用，200℃下间歇使用。耐低温性也比较好；

2、耐介质性良好，对各种极性化学药品有很好的稳定性；

3、具有优良的电绝缘性，突出的耐电晕性，且吸水性小。

但EPDM同样也存在不足，EPDM主链上不存在极性基团，因此其耐油性非常差、自粘性及互粘性低、不易与不饱和橡胶共硫化，共混时与极性材料的相容性不佳。

EPDM的用途很广泛，主要用于制造汽车橡胶零部件、电线电缆的绝缘包皮和护套、建筑和防水材料以及各种工业与民用橡胶制品等。

丁腈橡胶（NBR）是不饱和碳链橡胶，主链上含有双键，同时含有电负性很大的极性侧基氰基-CN，所以NBR具有：

1、优异的耐非极性和弱极性的油类和溶剂，并随丙烯腈含量增加，耐油性越好，但低温性能较差，并随丁二烯含量减少，耐寒性下降；

2、耐热性和耐老化性能较好，因为-CN强吸电子作用，使烯丙基位置上的氢比较稳定，故随丙烯腈含量增加耐热性和耐老化性提高，它可在120℃以下长期使用，短时耐温可达150℃。

3、耐化学腐蚀性较好，对碱和弱酸有良好的抗耐性，但不耐强氧化性酸。

丁腈橡胶主要用于制造耐油制品、耐溶剂橡胶制品，如油封、油管、油衬、垫圈、耐油胶带胶布、橡胶隔膜和大型油囊等。

按照高聚物共混改性的相关原理，如果将EPDM和NBR进行共混并用，若能够形成以NBR为分散相(一般相畴大小的数量级在亚微米到微米级范围)、EPDM为连续相的微相分离的形态结构，那么共混体系将主要体现连续相EPDM的优良性能，同时分散相NBR则会对连续相EPDM起到改性作用，即提高它的耐油性，从而能够拓展EPDM的应用范围。然而由于EPDM（δ=16(J/cm³)^1/2左右）和NBR（δ=18-21(J/cm³)^1/2）二者的溶解度参数相差较大，属于热力学不相容体系，简单的机械共混物会呈现较大的、甚至宏观的相分离形态，并用胶硫化后的物理机械性能很差。如果研发出增容性优良的增容剂，使得NBR在EPDM连续相中呈现微相分离的形态结构，则可充分发挥二者优势的协同效应，得到耐油性优于EPDM，耐高低温、耐臭氧、耐候、耐老化性优于NBR的共混改性橡胶材料，使得EPDM/NBR并用胶具有更加广泛的应用领域。

三、发明内容

本发明旨在提供一种大分子增容剂及其制备方法和用途，所要解决的技术问题是通过分子设计遴选合适的结构制备得到大分子增容剂，使其能够提高三元乙丙橡胶（EPDM）和丁腈橡胶（NBR）机械共混物之间的相容性，形成以NBR为分散相、EPDM为连续相、微相分离的共混并用胶的形态结构，从而既保持了EPDM的优良性能，又改善了它的耐油性能，进一步拓宽三元乙丙橡胶EPDM的应用领域。

随着接枝共聚技术的进一步发展，接枝共聚已成为对高分子材料的改性，以及对某些材料进行表面处理的一种重要手段。接枝共聚物本身除了可以作为一种新型改性高分子材料外，接枝密度和支链长短合适的A-g-B型接枝共聚物，还可以作为高聚物P_A和高聚物P_B共混改性、效果良好的非反应性增容剂。它们是依靠其大分子结构中同时含有与共混组分P_A及P_B相同的聚合物链，因而可以在P_A和P_B两相界面处起到“乳化”或“偶联”作用，使二者相容性得到改善。

本发明遴选的大分子增容剂的结构是以丙烯腈单体（AN）对EPDM大分子进行接枝聚合反应所得到的接枝共聚物EPDM-g-PAN，即在EPDM的主链上接上了一定数量、长短不一的聚丙烯腈（PAN）支链的大分子。

本发明大分子增容剂的结构通式为：

其中，m表示分子结构中结构单元乙烯的数目；n表示分子结构中结构单元丙烯的数目；x表示分子结构中结构单元丙烯腈的数目；R为第三单体乙叉降冰片烯；