一种轻质可降解鞋用橡胶复合材料及制备方法
阅读说明：本技术 一种轻质可降解鞋用橡胶复合材料及制备方法 (Light degradable rubber composite material for shoes and preparation method thereof ) 是由 程扬健 陈瑞杰 杨鹏 于 2021-10-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种轻质可降解鞋用橡胶复合材料,包括如下重量份材料：80-100份天然橡胶3L、50-70份纳米二氧化硅、30-50份环烷油4006、0.5-2份硬脂酸、4-6份氧化锌、5-8份聚乙二醇4000、2-5份聚异丁烯、1-3份促进剂、2-4份硫磺、10-40份天然酸碱调节剂、10-40份增容填充剂。该橡胶复合材料具有操作简便、硫速适中、比重轻、易降解、气味温和、原料廉价易得等现有橡胶材料不具备的优点。相较于轻钙等无机增容填充剂,天然植物填料含有丰富的糖类、蛋白质、脂质,易于被微生物降解,极大减缓了橡胶废弃物所带来的的环保压力。(The invention discloses a light degradable rubber composite material for shoes, which comprises the following materials in parts by weight: 80-100 parts of natural rubber 3L, 50-70 parts of nano silicon dioxide, 30-50 parts of naphthenic oil 4006, 0.5-2 parts of stearic acid, 4-6 parts of zinc oxide, 5-8 parts of polyethylene glycol 4000, 2-5 parts of polyisobutylene, 1-3 parts of an accelerator, 2-4 parts of sulfur, 10-40 parts of a natural acid-base regulator and 10-40 parts of a bulking filler. The rubber composite material has the advantages of simple and convenient operation, moderate sulfur speed, light specific gravity, easy degradation, mild smell, cheap and easily obtained raw materials and the like which are not possessed by the existing rubber materials. Compared with inorganic bulking fillers such as light calcium and the like, the natural plant filler contains abundant saccharides, proteins and lipids, is easily degraded by microorganisms, and greatly relieves the environmental protection pressure brought by rubber wastes.)
技术领域
本发明涉及橡胶复合材料领域，尤其涉及一种轻质可降解鞋用橡胶复合材料及制备方法。
背景技术
市面上常见的鞋底橡胶材料一般用碳酸钙或高岭土等一类天然矿物质作为填充剂，例如申请公布号CN201711022164.4以偏高岭土及粉煤灰作为填充剂。一方面，这类填充剂能降低体积成本并有效增强复合胶的耐磨性能；另一方面，这一类填充剂的价格高昂，不适宜于大规模运用，而且矿物质比重较大，降低了鞋材的综合性能。利用红木等天然填料作为填充剂，不仅来源广泛，而且比重较轻，可适用于童鞋鞋底。传统填充剂与橡胶材料硫化后所形成的复合材料难以降解，随意丢弃后占用大量空间。因植物填料含有糖类、脂质等天然高分子物质，会在紫外线、氧气及微生物的共同作用下逐步分解，所以将天然植物填料作为填充剂可缓解这一现象。传统橡胶复合材质由于橡胶助剂中含有大量芳香烃等有毒有害物质，在高温下会大量挥发，具有强烈焦臭味，刺激人体（尤其是婴幼儿）呼吸道，而红木及花生壳中所具有的醛类化合物对人体无毒无害，避免了对呼吸道的伤害。
绿色制造已经成为我国橡胶产业发展壮大的不二法门。因此，对传统的天然橡胶添加一定量的可降解天然植物材料，可以在保证橡胶复合材料较高强度和耐磨性的前提下，减轻其比重，使其具有良好的降解性，极大减少了环境污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种轻质可降解鞋用橡胶复合材料及制备方法。本发明提供的天然填料为红木粉、红木片等天然植物纤维，不仅能降低了橡胶材料的分子量，从而使其易于降解，而且使农业废弃物资源化，大大降低了企业成本。
本发明针对不足，提出一种鞋底用橡胶材料，具有轻比重同时还可降解。本发明还同时提出了该鞋底用橡胶材料的制备方法。
为实现上述发明目的，本发明可通过以下技术方案实现：一种轻质可降解鞋用橡胶复合材料及制备方法，原料按重量份为：80-100份天然橡胶3L、50-70份纳米二氧化硅、30-50份增塑剂、0.5-2份硬脂酸、4-6份氧化锌、5-8份活化分散剂、2-5份防吐霜剂、1-3份促进剂、2-4份硫化剂、10-40份天然酸碱调节剂、10-40份增容填充剂。
各组分间的结合方式及结构特点是：1.纳米二氧化硅按主胶的50%-70%重量份2.增塑剂按主胶的30%-50%重量份 3.硬脂酸按主胶的0%-2%重量份4.氧化锌按主胶的4%-6%重量份 5.活化分散剂按纳米二氧化硅的10%-15%重量份 6.天然酸碱调节剂和增容填充剂按主胶的30%-40%重量份（两者间的比例可为1:1、2.5:1.5、1.5:2.5、3:1、1:3中任意一组）
本发明还提出了一种轻质可降解鞋用橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按重量份称取以下组分：80-100份天然橡胶3L、50-70份纳米二氧化硅、30-50份环烷油4006、0.5-2份硬脂酸、4-6份氧化锌、5-8份聚乙二醇4000、2-5份聚异丁烯、1-3份促进剂、2-4份硫磺、10-40份100目花生壳粉、10-40份100目红木粉或10-40份红木片。
步骤2：将步骤1中所述的天然橡胶、纳米二氧化硅、环烷油4006、硬脂酸、氧化锌、聚乙二醇4000、聚异丁烯加入密炼机进行混炼，时间10-15分钟，温度110-140℃。
步骤3：将步骤2所混炼的材料取出冷却，冷却后的材料温度小于60℃。
步骤4：将步骤3所冷却的材料、促进剂、硫化剂、天然酸碱调节剂、增容填充剂进行开炼，时间为8-10分钟，温度为60-80℃，混炼均匀后，出片，然后经平板硫化机硫化成型，硫化温度160℃±5，硫变时间90±10秒，得2毫米试片。
在整个混炼过程中，由于步骤4中硫化剂、促进剂的最佳混炼温度和时间(60-80℃、8-10分钟)远低于步骤2中其它材料的最佳混炼温度和时间（110-140℃、10-15分钟），故本申请分两步将步骤1准备的材料进行混炼。
具体实施方式
为便于充分理解，本申请在下列描述中阐述了诸多具体细节。但是本申请能够以诸多不同于此描述的其它相似方式来实施，故本领域技术人员可以在不违背本申请实质内涵的情况下做类似推广，因此本申请并不拘泥于下面公开的具体实施例的限制。
本发明的鞋用橡胶材质，包括以下步骤：
步骤1：按重量份称取以下组分：80-100份天然橡胶3L、50-70份纳米二氧化硅、30-50份环烷油4006、0.5-2份硬脂酸、4-6份氧化锌、5-8份聚乙二醇4000、2-5份聚异丁烯、1-3份促进剂、2-4份硫磺、10-40份100目花生壳粉、10-40份100目红木粉或10-40份红木片。
步骤2：将步骤1中所述的天然橡胶、纳米二氧化硅、环烷油4006、硬脂酸、氧化锌、聚乙二醇4000、聚异丁烯加入密炼机进行混炼，时间10-15分钟，温度110-140℃。
步骤3：将步骤2所混炼的材料取出冷却，冷却后的材料温度小于60℃。
步骤4：将步骤3所冷却的材料、促进剂、硫化剂、天然酸碱调节剂、增容填充剂进行开炼，时间为8-10分钟，温度为60-80℃，混炼均匀后，出片，然后经平板硫化机硫化成型，硫化温度160℃±5，硫变时间90±10秒，得2毫米试片。
在整个混炼过程中，由于步骤4中硫化剂、促进剂的最佳混炼温度和时间(60-80℃、8-10分钟)远低于步骤2中其它材料的最佳混炼温度和时间（110-140℃、10-15分钟），故本申请分两步将步骤1准备的材料进行混炼。
下面将通过详细的实施例来进一步说明本发明的实际效果。
实施例1
由上述步骤1，备好所述材料：100份天然橡胶3L、38份天然酸碱调节剂与增容填充剂混合物（花生壳粉：红木粉质量比为2.5:1.5）、50份纳米二氧化硅、30份环烷油4006、2份硬脂酸、5份氧化锌、5份聚乙二醇4000、2份聚异丁烯、2份促进剂、2份硫化剂。
由上述步骤2:将步骤1中准备的除硫化剂和促进剂、天然酸碱调节剂、增容填充剂之外的材料放入密炼机中混炼，混炼时间10分钟，温度110℃。
由上述步骤3:将混炼后的材料由密炼机中取出，自然冷却至温度50℃。
由上述步骤4:冷却后的混炼胶与硫磺、促进剂、天然酸碱调节剂、增容填充剂放入开炼机进行混炼，时间8分钟，温度60℃，混炼均匀后，出片，然后经平板硫化机硫化成型，硫化温度160℃，硫变时间95秒，得2毫米试片。
实施例2
由上述步骤1，备好所述材料：100份天然橡胶3L、38份天然酸碱调节剂与增容填充剂混合物（花生壳粉：红木粉质量比为3:1）、50份纳米二氧化硅、30份环烷油4006、2份硬脂酸、5份氧化锌、5份聚乙二醇4000、2份聚异丁烯、2份促进剂、2份硫化剂。
由上述步骤2:将步骤1中准备的除硫化剂和促进剂、天然酸碱调节剂、增容填充剂、之外的材料放入密炼机中混炼，混炼时间10分钟，温度110℃。
由上述步骤3:将混炼后的材料由密炼机中取出，自然冷却至温度50℃。
由上述步骤4:冷却后的混炼胶与硫磺、促进剂、天然酸碱调节剂、增容填充剂放入开炼机进行混炼，时间8分钟，温度60℃，混炼均匀后，出片，然后经平板硫化机硫化成型，硫化温度160℃，硫变时间96秒，得2毫米试片。
实施例3
由上述步骤1，备好所述材料100份天然橡胶3L、38份天然酸碱调节剂与增容填充剂混合物（花生壳粉：红木粉质量比为1:1）、50份纳米二氧化硅、30份环烷油4006、2份硬脂酸、5份氧化锌、5份聚乙二醇4000、2份聚异丁烯、2份促进剂、2份硫化剂。
由上述步骤2:将步骤1中准备的除硫化剂和促进剂、天然酸碱调节剂、增容填充剂之外的材料放入密炼机中混炼，混炼时间10分钟，温度110℃。
由上述步骤3:将混炼后的材料由密炼机中取出，自然冷却至温度50℃。
由上述步骤4:冷却后的混炼胶与硫磺、促进剂、天然酸碱调节剂、增容填充剂放入开炼机进行混炼，时间8分钟，温度60℃，混炼均匀后，出片，然后经平板硫化机硫化成型，硫化温度160℃，硫变时间93秒，得2毫米试片。
对比例1
此对比例除将实施例2的38份天然酸碱调节剂与增容填充剂混合物换为38份增容填充剂(100目红木粉)外，其他材料及步骤完全相同。
对比例2
此对比例除将实施例2的38份天然酸碱调节剂与增容填充剂混合物换为轻钙外，其他材料及步骤完全相同。
对比例3
此对比例除将实施例2的38份天然酸碱调节剂与增容填充剂混合物换为38份天然酸碱调节剂(100目花生壳粉)外，其他材料及步骤完全相同。
对比例4
此对比例除不添加实施例2的38份天然酸碱调节剂与增容填充剂混合物外，其他材料及步骤完全相同。
对所述实施例1、2、3、所制得的鞋用复合橡胶材料进行性能检测，同时与对比例1、对比例2、对比例3、对比例4的性能进行对比，结果如下表1。
综上表所述，实施例所阐述的鞋用橡胶复合材料，在拉伸强度和耐磨性方面和对比例2、4相比略有逊色，主要是植物粉末颗粒太大，在拉伸过程中易出现剥离。此外，对比例1和对比例3未调节酸碱，只添加了单一的植物填料，所以和实施例相比拉升强度均有下降。由于植物填料代替轻钙增容，极大减轻了胶料比重，因此和对比例2相比，实施例的比重均有所下降。利用植物粉末填料代替轻钙、高岭土作为增容填充剂缩短了硫变时间，因为植物粉末的所含的脂肪酸、果酸等活性成分相当于硫化体系的活化剂，和促进剂产生了协同作用，提高了橡胶大分子和硫磺的反应速率，从而缩短正硫化时间。而果胶、脂质的流动性较好，和塑化剂产生了协同作用。从而提高了工业生产效率，降低生产成本。植物填料的加入极大降低了复合材料的分子量，使其在自然状态下易于被微生物降解，减轻了环保压力。无论是在偏酸还是在偏碱情况下，在高温硫化过程中，橡胶大分子会产生大量的自由基，导致碳链被其攻击断裂，拉伸强度变低。传统的加工工艺通过滴加酸溶液或碱溶液来精准调控酸碱，但这一做法产生了大量废液，提高了生产成本。而本发明采用植物纤维来调节酸碱，环保便利。花生壳粉水溶液呈弱酸性，可中和体系中的碱性氧化物氧化锌，红木水溶液呈弱碱性，可中和体系中的酸性化合物硬脂酸，使整个配方体系趋于中性，两者共同起到缓释调节酸碱的作用。在高温硫化过程中，由于芳香烃等化学助剂的挥发，复合材料会产生刺激性气味，而植物填料所具有的醛类化合物具有独特红木及花生乳香味，稀释了芳香烃气体，减轻不适，保障消费者健康。
上述内容仅为本发明的优先实施方式，并不唯一。特在此说明，对于本技术领域的相关技术人员而言，在不违背本发明基本原理和操作方式的前提下，本发明还可以做出相关改善和修饰，这些改善和修饰属于本发明的保护范围之内。
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