一种复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐橡胶硫化促进剂的制备方法与流程
1.本发明属于橡胶硫化促进剂制备领域，具体涉及一种复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐橡胶硫化促进剂的制备方法。
背景技术：
2.二硫代氨基甲酸盐类促进剂为超超速级橡胶硫化促进剂。其硫化活性温度低，硫化速度快，交联度高。但焦烧时间、平坦性不可调控，硫化操作不当时，易造成欠硫或过硫。随着橡胶工业的发展，传统型二硫代氨基甲酸盐类促进剂不能满足现代橡胶工业的需求。
3.目前，在二乙基二硫代氨基甲酸盐的制备方法中，主要有以下几种路线：
4.专利(cn 101121684a)公开了一种二乙基二硫代氨基甲酸盐的制备方法是将水、二乙胺、氢氧化钠投入反应器中，控制温度10～35℃，滴加二硫化碳，滴加完毕后，搅拌一定时间。控制温度，滴加氯化锌溶液，进行复分解反应。复分解结束后，用硫酸调节反应液ph值，即反应结束。该方法反应迅速，是一种二乙基二硫代氨基甲酸盐最常用的传统生产路线。该方法不足之处在于会产生大量氯化钠或硫酸钠副产物，需对产物去盐洗涤，1吨产品水耗高达7m3以上的废水，极难处理，不利于环境保护且增加了处理废水的成本。
5.专利(cn 104725433a)公开了一种二乙基二硫代氨基甲酸基双金属配合物促进剂，结构通式为a
xby
(ddtc)z，式中：a为金属锌元素；b代表铁、钴、镍、铜金属元素中的一种；ddtc为二乙基二硫代氨基甲酸离子。将溶有金属a盐的乙醇溶液和溶有金属b盐的乙醇溶液混合均匀后，滴加至二乙基二硫代甲酸钠的无水乙醇溶液中，恒温搅拌后过滤，沉淀洗涤，干燥至衡中即得二乙基二硫代氨基甲酸基双金属配合物促进剂。该方法简化了生产步骤，但使用到乙醇溶液，反应完成后同样会产生大量氯化钠副产物，需对产物用水和乙醇的混合物去盐洗涤，产生大量废水废溶剂，增加了废水废溶液处理成本。另外，虽然该专利提及抗焦烧能力强，焦烧时间长，但是无法根据需要调整焦烧时间。
6.专利(cn 104725432a)一种二乙基二硫代氨基甲酸基稀土-过渡金属双金属配合物硫化促进剂，结构通式为ln
xby
(ddtc)z，式中ln代表镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥中的一种；b代表钴、镍、铜、锌金属元素中的一种；ddtc为二乙基二硫代氨基甲酸离子。将溶有金属ln盐的乙醇溶液和溶有金属b盐的乙醇溶液混合均匀后，滴加至二乙基二硫代氨基甲酸盐的无水乙醇溶液中，恒温搅拌后过滤，沉淀洗涤，干燥至衡中即得二乙基二硫代氨基甲酸基双金属配合物促进剂。该方法同专利(cn 104725433a)会产生大量的废水和废溶剂，增加了废水废溶液处理成本，同时该方法引入稀土元素，增加了生产成本。
7.专利(cn 114213297a)公开了一种二乙基二硫代氨基甲酸盐的制备方法是采用水、二乙胺、二硫化碳、氧化锌、相转移催化剂十二烷基磺酸钠为原料，在连续化装置上反应得到二乙基二硫代氨基甲酸盐。该方法虽然解决了批产品之间的差异，但采用微混合反应器和连续槽平推式搅拌混合，指定特定生产设备，且反应过程中需要催化剂，增加了成产成本。
8.专利(cn 108003078a)公开了一种二乙基二硫代氨基甲酸盐的制备方法，首先将二乙胺、氧化锌、分散剂加入不溶于水的有机溶剂中搅拌均匀，随后滴加二硫化碳进行反应，滴加完成后进行搅拌反应，之后升温至30～50℃反应1～2h，得到橡胶硫化促进剂二乙基二硫代氨基甲酸盐。产品有溶剂残留，成本偏高，生产过程中不能使voc达标,很难实现工业化持续生产。
9.专利(cn 108558722a)公开了一种二乙基二硫代氨基甲酸盐的制备方法是将水、二乙胺、氧化锌或氢氧化锌投入反应器中，≤40℃滴加二硫化碳，完毕后搅拌一段时间即的得二乙基二硫代氨甲酸锌。该方法虽然优化了传统路线，但是在≤40℃不能进行有效反应，收率低，母液也无法实现套用。
10.专利(cn 111018760b)公开了一种二乙基二硫代氨基甲酸盐的制备方法是将水、金属氧化物、表面活性剂投入反应器，交替滴加仲胺和二硫化碳。该方法的缺点是，母液无法进行反复套用，二乙基二硫代氨基甲酸基单金属配合物硫化促进剂易焦烧，平坦性差，硫化操作不当时，易造成欠硫或过硫。且产品中的表面活性剂不能完全除去，在乳胶制品应用中易形成气泡，不能满足行业要求。
11.为了解决以上技术存在的不足，开发一种多功能复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐的清洁制备方法变得尤为迫切，新工艺的实现将具有重要的工业化生产价值，且制备的复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐橡胶促进剂能够实现根据需要调整焦烧时间，延长或缩短焦烧时间来满足橡胶硫化的需要。
技术实现要素：
12.本发明目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，本发明提供了一种复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐橡胶硫化促进剂的制备方法。
13.本发明通过以下技术方案实施：
14.一种复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐橡胶硫化促进剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
15.s1将水、混合金属氧化物、二乙胺依次投入承压反应器中，控制温度25～30℃，搅拌2～3h，得到第一混合物；
16.s2在25～30℃，往步骤s1中制备的第一混合物中缓慢滴加二硫化碳，滴加完毕后缓慢升温至40～43℃反应1～2h；
17.s3用氮气置换承压反应器内空气3～5min；
18.s4升温至115～135℃，控制温度115～135℃，搅拌3～5h；
19.s5降至室温固液分离、干燥、粉碎，即得复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐。
20.进一步地，混合金属氧化物为氧化铜、氧化镍、氧化锌中的一种或多种。
21.进一步地，二乙基二硫代氨基甲酸盐具体结构式如下：
[0022][0023]
其中a为金属锌、金属镍、金属铜中的一种或多种。
[0024]
进一步地，金属氧化物是指粒径d90≤10μm的金属氧化物，包括纳米金属氧化物，或经过磨研后d90≤10μm的金属氧化物。
[0025]
进一步地，二乙胺、二硫化碳、混合金属氧化物摩尔比为1.0:(1.0～1.02):(0.5～0.52)。
[0026]
进一步地，混合金属化物中的氧化锌、氧化铜、氧化镍的摩尔比为1:(0.01～1):(0.01～1)。
[0027]
进一步地，水与二乙胺的质量比为1:(5～8)。
[0028]
进一步地，步骤s2中二硫化碳的滴加速度为8-10g/min，升温速率为1-3℃/min；步骤s4中升温速率为3-5℃/min。
[0029]
进一步地，步骤s3中用氮气置换承压反应器内空气3～5min后，承压反应器内的压力为0.17～0.35mpa。
[0030]
进一步地，复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐收率超过99.5％。
[0031]
进一步地，复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐主要用作橡胶促进剂。
[0032]
一种复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐橡胶硫化促进剂在橡胶硫化过程中调整焦烧时间的的应用，包括以下步骤：
[0033]
s1根据上述方法制备复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐；混合金属氧化物为氧化铜、氧化镍、氧化锌任意两种或三种的混合；
[0034]
s2根据缩短或延长焦烧时间需要选择s1制备的复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐作为复合促进剂和橡胶混炼制备橡胶/促进剂复合材料。
[0035]
本发明的有益效果：
[0036]
(1)本发明以水为介质，二硫化碳、二乙胺、混合金属氧化物为原料，在115～135℃带压情况下生成复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐，产品中无有机溶剂残留，收率≥99.5％，产生的母液循环套用，实现了三废“零”排放。
[0037]
(2)本发明研究发现以二乙基二硫代氨基甲酸锌复合二乙基二硫代氨基甲酸铜制得的复合型促进剂，缩短焦烧时间，提高硫化效率；以二乙基二硫代氨基甲酸锌复合二乙基二硫代氨基甲酸镍制得的复合型促进剂，延长焦烧时间。通过二乙基二硫代氨基甲酸锌，复合二乙基二硫代氨基甲酸铜和/或二乙基二硫代氨基甲酸镍，能够实现二乙基二硫代氨基甲酸盐促进剂的焦烧时间的控制，而且平坦性好。实际应用中可以根据橡胶加工的需要，通过调整混合金属氧化物的比例来控制焦烧期、平坦期，本发明制备的复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐橡胶促进剂能够实现根据需要调整焦烧时间，延长或缩短焦烧时间来满足橡胶硫化的需要。本发明制备的产品在橡胶中易于均匀分散，应用这种促进剂制备的橡胶复合材料具有良好的性能均一性。
附图说明
[0038]
图1为实施例1、3和4制备的复合型促进剂与单一型促进剂在140℃天然胶基础配方中的硫化曲线对比。
具体实施方式
[0039]
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详述，但本发明的保护范围
并不仅限于以下实施例。
[0040]
如无具体说明，本发明的各种原料均可市售购得，或根据本领域的常规方法制备得到。本实施例和对比例中的氧化锌为经研磨的工业氧化锌(d90＝2.8μm)，氧化铜为经研磨的工业氧化铜(d90＝5.1μm)，氧化镍为经研磨的工业氧化镍(d90＝4.3μm)。
[0041]
实施例1
[0042]
常温下将350.00g水、50.00g二乙胺溶液、14.12g氧化锌、13.86g氧化铜依次投入承压反应釜内，控制温度至30℃，在此温度下搅拌3h；控制温度30℃滴加53.38g二硫化碳，滴加速度为10g/min，完毕后升温至43℃，升温速率为2℃/min；控制温度43℃反应2h；氮气置换5min，保持承压反应器内的压力为0.3mpa，升温至135℃，升温速率为5℃/min；控制温度135℃反应5h；降至室温固液分离、干燥、粉碎，得到121.6g复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐，母液回收套用；复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐收率99.5％，母液中cod18mg/l，氨氮5mg/l。
[0043]
实施例2
[0044]
常温下将350.00g实施例1中的母液、50.00g二乙胺、14.12g氧化锌、13.86g氧化铜依次投入承压反应釜内，控制温度至30℃，在此温度下搅拌3h；控制温度30℃滴加53.38g二硫化碳，滴加速度为10g/min，完毕后缓慢升温至43℃，升温速率为2℃/min；控制温度43℃反应2h；氮气置换5min，保持承压反应器内的压力为0.3mpa，缓慢升温至135℃，升温速率为5℃/min；控制温度135℃反应5h；降至室温固液分离、干燥、粉碎，得到121.80g复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐，母液回收套用；复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐收率99.7％，母液中cod 19mg/l，氨氮5mg/l。
[0045]
实施例3
[0046]
常温下将525.00g水、75.00g二乙胺、14.12g氧化锌、13.86g氧化铜、13.01g氧化镍依次投入承压反应釜内，控制温度至30℃，在此温度下搅拌3h；控制温度30℃滴加80.07g二硫化碳，滴加速度为10g/min，完毕后缓慢升温至43℃，升温速率为2℃/min；控制温度43℃反应2h；氮气置换5min，保持承压反应器内的压力为0.3mpa，缓慢升温至135℃，升温速率为5℃/min；控制温度135℃反应5h；降至室温固液分离、干燥、粉碎，得到181.90g复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐，母液回收套用；复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐收率99.8％，母液中cod16mg/l，氨氮4mg/l。
[0047]
实施例4
[0048]
常温下将350.00g实施例1中母液、50.00g二乙胺、14.12g氧化锌、13.01g氧化镍依次投入承压反应釜内，控制温度至30℃，在此温度下搅拌3h；控制温度30℃滴加53.38g二硫化碳，滴加速度为10g/min，完毕后缓慢升温至43℃，升温速率为2℃/min；控制温度43℃反应2h；氮气置换5min，保持承压反应器内的压力为0.3mpa，缓慢升温至135℃，升温速率为5℃/min；控制温度135℃反应5h；降至室温固液分离、干燥、粉碎，得到120.90g复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐，母液回收套用；复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐收率99.6％，母液中cod 21mg/l，氨氮6mg/l。
[0049]
对比例1
[0050]
常温下将150.00g水、氧化锌30.00g依次投入带有冷凝器的烧瓶内，控制温度≤40℃，在此温度下搅拌3h；控制温度≤40℃加入54.00g二乙胺溶液；控制温度≤40℃滴加
56.10g二硫化碳；滴加完毕，搅拌一段时间，检测ph值为中性停止搅拌；固液分离、干燥、粉碎，得到105.81g二乙基二硫代氨基甲酸盐；二乙基二硫代氨基甲酸盐收率80.1％，母液中cod 7579mg/l，氨氮523mg/l。
[0051]
该对比例是按照专利(cn 108558722a)公开的制备方法进行反复试验，产品收率最高为80.1％，造成收率低的主要原因是在≤40℃条件下二乙基二硫代氨基甲酸与氧化锌不能有效反应。
[0052]
对比例2
[0053]
常温下将150.00g水、1.50g十二烷基磺酸钠、30.50g氧化锌(d90＝2.8μm)依次投入带有冷凝器的四口烧瓶内，控制温度30℃搅拌2.5h；控制温度30℃加入22.97g二硫化碳；控制温度30℃滴加16.66g二乙胺；滴加完毕控制温度30℃加入22.97g二硫化碳；控制温度30℃滴加16.66g二乙胺；滴加完毕控制温度30℃加入22.97g二硫化碳；控制温度30℃滴加16.66g二乙胺；滴加完毕逐渐升温反应至微弱回流，6小时反应结束。降至室温固液分离、母液回收、干燥、粉碎，得产品。二乙基二硫代氨基羧酸锌收率99.3％，母液中氨氮9mg/l，化学需氧量100mg/l。
[0054]
对比例3
[0055]
常温下将150.00g对比例2中母液、1.50g十二烷基磺酸钠、30.50g氧化锌(d90＝2.8μm)依次投入带有冷凝器的四口烧瓶内，控制温度30℃搅拌2.5h；控制温度30℃加入22.97g二硫化碳；控制温度30℃滴加16.66g二乙胺；滴加完毕控制温度30℃加入22.97g二硫化碳；控制温度30℃滴加16.66g二乙胺；滴加完毕控制温度30℃加入22.97g二硫化碳；控制温度30℃滴加16.66g二乙胺；滴加完毕逐渐升温反应至微弱回流，6小时反应结束。降至室温进行分离、母液回收、干燥、粉碎，得产品。二乙基二硫代氨基羧酸锌收率99.1％，母液中氨氮78mg/l，化学需氧量2137mg/l。
[0056]
对比例2和3是按照专利(cn 111018760b)公开的制备方法进行反复试验，随着母液的套用产品中表面活性剂残留变高，母液中泡沫变多，氨氮、cod也逐渐升高。因此母液无法进行反复套用。
[0057]
试验例
[0058]
使用二乙基二硫代氨基甲酸锌、二乙基二硫代氨基甲酸铜以及实施例1、3、4制得的复合促进剂作为促进剂和氧化锌、硬脂酸、硫磺、天然胶制备天然胶/促进剂复合材料。天然胶/促进剂复合材料的配方如表1所示，表中序号和图1中序号相对应，采用双辊开炼机按常规方法制备天然胶/促进剂复合材料。
[0059]
表1
[0060]
序号促进剂种类nrsznosa促进剂1二乙基二硫代氨基甲酸锌1002.5510.52二乙基二硫代氨基甲酸铜1002.5510.53实施例1复合型促进剂1002.5510.54实施例3复合型促进剂1002.5510.55实施例4复合型促进剂1002.5510.5
[0061]
天然胶/促进剂复合材料的硫化性能测试采用有转子硫化仪测试。各类促进剂在140℃天然胶基础配方中的硫化曲线对比如图1所示，1号曲线为二乙基二硫代氨基甲酸锌，
焦烧时间为1.2min；3号曲线为实施例1中的二乙基二硫代氨基甲酸锌和二乙基二硫代氨基甲酸铜复合型促进剂，焦烧时间为0.75min；5号曲线为实施例4中的二乙基二硫代氨基甲酸锌和二乙基二硫代氨基甲酸镍复合型促进剂，焦烧时间为3.9min；从图1中可以看出，相较于单一型促进剂，以二乙基二硫代氨基甲酸锌复合二乙基二硫代氨基甲酸铜制得的复合型促进剂，可以明显缩短焦烧时间，提高硫化效率；以二乙基二硫代氨基甲酸锌复合二乙基二硫代氨基甲酸镍制得的复合型促进剂，可以明显延长焦烧时间，防止天然胶加工过程中产生早期硫化的现象。
[0062]
2号曲线为二乙基二硫代氨基甲酸铜促进剂，焦烧时间为3.3min；4号曲线为实施例3中的二乙基二硫代氨基甲酸锌、二乙基二硫代氨基甲酸铜和二乙基二硫代氨基甲酸镍复合型促进剂，焦烧时间为2.6min；从图1中可以看出，二乙基二硫代氨基甲酸铜复合二乙基二硫代氨基甲酸锌和二乙基二硫代氨基甲酸镍制得的复合型促进剂，可以明显缩短焦烧时间，提高硫化效率。实际应用中可以根据橡胶加工的需要，通过调整混合金属氧化物来控制焦烧期、平坦期。
[0063]
最后应说明的是：以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，并不用以限制本发明创造，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
技术特征：
1.一种复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐橡胶硫化促进剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1将水、混合金属氧化物、二乙胺依次投入承压反应器中，控制温度25～30℃，搅拌2～3h，得到第一混合物；s2在25～30℃，往步骤s1中制备的第一混合物中缓慢滴加二硫化碳，滴加完毕后缓慢升温至40～43℃反应1～2h；s3用氮气置换承压反应器内空气3～5min；s4升温至115～135℃，控制温度115～135℃，搅拌3～5h；s5降至室温固液分离、干燥、粉碎，即得复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，混合金属氧化物为氧化铜、氧化镍、氧化锌中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，二乙基二硫代氨基甲酸盐具体结构式如下：其中a为金属锌、金属镍、金属铜中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，金属氧化物是指粒径d90≤10μm的金属氧化物，包括纳米金属氧化物，或经过磨研后d90≤10μm的金属氧化物。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，二乙胺、二硫化碳、混合金属氧化物摩尔比为1.0:(1.0～1.02):(0.5～0.52)，混合金属化物中的氧化锌、氧化铜、氧化镍的摩尔比为1:(0.01～1):(0.01～1)，水与二乙胺的质量比为1:(5～8)。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中二硫化碳的滴加速度为8-10g/min，升温速率为1-3℃/min；步骤s4中升温速率为3-5℃/min；步骤s3中用氮气置换承压反应器内空气3～5min后，承压反应器内的压力为0.17～0.35mpa。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐收率超过99.5％。8.一种复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐橡胶硫化促进剂在橡胶硫化过程中调整焦烧时间的的应用，其特征在于，包括以下步骤：s1根据权利要求1-7任一项的方法制备复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐；混合金属氧化物为氧化铜、氧化镍、氧化锌任意两种或三种的混合；s2根据缩短或延长焦烧时间需要选择s1制备的复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐作为复合促进剂和橡胶混炼制备橡胶/促进剂复合材料。
技术总结
本发明公开了一种复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐橡胶硫化促进剂的制备方法，首先将水、混合金属氧化物、二乙胺投入承压反应器中制成混合液，再将二硫化碳滴入上述混合液中，滴加完毕反应1～2h，氮气置换3～5min，升温至115～135℃反应3～5h，最后降至室温进行固液分离、干燥、粉碎，即得所述复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐。该方法采用混合金属氧化物制备的复合型二乙基二硫代氨基甲酸盐在橡胶应用中具有焦烧期、平坦期可以调控，不易过硫化，在橡胶中易于均匀分散等特点。并且该方法以水为介质，具有产物中无有机溶剂残留、收率≥99.5％、产生的母液循环套用的优点，实现了三废“零”排放。放。放。
