技术领域
[0001] 本发明涉及一种食品生产输送用环保胶管及其制备方法。
相关背景技术
[0002] 食品生产输送用胶管在食品工业中扮演着至关重要的角色，用于输送各种食品原料、成品和液体。这些管道需要满足一系列严格的要求，包括耐高温、抗化学物质侵蚀、耐磨损、无异味、耐油脂和耐牛奶，同时确保输送的食品安全和卫生。然而，传统的橡胶管材料在满足所有这些要求时存在一定的局限性，因此需要新型环保胶管的研发与应用。
[0003] 传统的橡胶管材料通常采用丁腈橡胶作为主要基材，以及一系列的填料、增塑剂、促进剂、硫磺等添加剂。尽管这些材料在一定程度上满足了食品输送管道的基本要求，但仍然存在一些不足之处。首先，传统材料中的增塑剂和其他添加剂可能会释放出对食品安全有潜在危害的物质，因此需要更环保的替代品。其次，传统管材在高温和化学物质的作用下可能会发生老化和脆化，从而影响其性能和寿命。此外，这些材料通常具有较高的吸水性，容易吸收液体，导致体积膨胀和性能下降。最后，传统橡胶管材料在高温下容易软化，导致其耐磨性降低，这在食品输送管道中可能引发问题。
[0004] 为了解决传统橡胶管材料的局限性，近年来，研究人员开始探索新型环保胶管的研发。这些新型管材通常采用特殊的橡胶材料，添加更环保、无害的填料和助剂，以满足食品安全和环保的要求。其中一个重要的创新是引入了硅橡胶作为材料的一部分，以提高管材的性能。硅橡胶具有出色的高温耐受性、抗化学侵蚀性、耐磨性和耐油脂性能，这些特性使其成为食品工业中的理想选择。
[0005] 为了更好地兼顾不同要求，新型环保胶管的制备过程中，通常采用多种填料和助剂的组合。例如，氧化锌常被用作硫化活性剂和补强剂，以提高硫化速度、增强机械性能和耐磨性。润滑剂的加入有助于减少摩擦，保持橡胶与加工设备的良好工作状态。增塑剂的选择可以改善橡胶的延展性和柔软性，从而提高其加工性能。
[0006] 此外，新型环保胶管的研发也着重考虑了管材在特定环境下的性能表现。对于食品输送管道来说，它们经常需要在高温和不同化学介质的环境下工作。因此，管材的高温稳定性、抗化学腐蚀性以及耐油耐牛奶性能都至关重要。这些特性的提高可以确保管材在各种极端条件下保持优越性能，确保食品生产过程的可靠性和安全性。
[0007] 总之，新型环保胶管的研发和应用对于食品工业的发展至关重要。它们代表了一种更安全、更耐用、更环保的材料选择，有望改善食品输送管道的性能和可靠性，进一步促进食品生产工艺的现代化和提高食品质量的标准。通过不断的创新和改进，这些新型管材有望成为未来食品工业的主要材料之一，推动整个行业迈向更高水平的发展。
具体实施方式
[0067] 一种食品生产输送用管道内层材料，包括下述质量份原材料：
[0068] 丁腈橡胶40‑60份；
[0069] 甲基乙烯基硅橡胶20‑40份；
[0070] 甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶20‑40份；
[0071] N660炭黑40‑60份；
[0072] 白炭黑30‑50份；
[0073] 氧化锌3‑5份；
[0074] 润滑剂0.5‑1.5份；
[0075] 增塑剂7‑13份；
[0076] 促进剂1‑3份；
[0077] 硫磺1‑2份。
[0078] 优选地，所述增塑剂为邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二月桂酯和环氧脂肪酸异辛酯中的至少一种。
[0079] 优选地，所述促进剂为N‑叔丁基‑2‑苯并噻唑次磺酰胺和N‑五甲撑二硫代氨基甲酸锌中的至少一种。
[0080] 优选地，所述润滑剂为硬脂酸。
[0081] 在本发明中，
[0082] 丁腈橡胶是一种具有良好的耐油性、耐溶剂性和耐化学品性的橡胶，它作为基础材料，主要赋予软管内胶层所需的弹性和耐用性。此外，丁腈橡胶还具备抗氧化和耐老化的特性，使得在长期使用中，该材料可以保持较好的物理性能和化学稳定性。丁腈橡胶的这些优势使得其在食品传输应用中表现出色，有效防止油脂和其他化学物质的渗透和泄露。
[0083] 甲基乙烯基硅橡胶和甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶，这两种硅橡胶可以与丁腈橡胶形成均相胶料，大大加强了整体的耐油性和耐溶剂性，提高了产品的可靠性和稳定性。甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶的侧链上的三氟丙基结构，能有效阻止非极性溶剂对共混胶料的侵蚀，从而提供额外的保护，降低了因化学腐蚀导致的损坏风险。这两种硅橡胶的结合，不仅实现了氟硅橡胶对硅橡胶的改性，还使硅橡胶具备了更好的耐油耐牛奶性能，极大拓宽了应用范围。
[0084] N660炭黑和白炭黑，主要充当填充剂，它们可以较大地提升材料的机械性能，使材料具有更好的抗拉强度、耐磨性和整体耐久性。N660炭黑和白炭黑的加入，也使橡胶材料的硬度和强度得到了适当的提高，从而使管道内层材料更为结实耐用。白炭黑还可以进一步增强橡胶材料的强度和耐磨性，使产品在高负荷和高摩擦的环境中表现更加稳定。
[0085] 氧化锌在此材料中主要作为硫化活性剂和补强剂使用。作为硫化活性剂，氧化锌能够加快硫化速度，确保橡胶在加工过程中能够完全硫化，从而形成稳定的三维网络结构；作为补强剂，氧化锌可以进一步提高材料的硫化度和机械性能，增强其耐磨性和耐撕裂性，使其在复杂的工况中表现更加可靠。
[0086] 润滑剂，有助于减少橡胶与加工设备之间的摩擦。在橡胶加工过程中，橡胶与加工设备的摩擦会生成热量，可能导致橡胶的性能下降。因此，润滑剂的加入显得较为重要。它不仅可以提高橡胶的加工性能，降低橡胶的热量生成，而且还可以提高硫化效率，确保橡胶在后续的使用中表现出更优异的性能和耐用性。
[0087] 增塑剂，可提高橡胶的延展性和柔软性，使得橡胶具有更好的弹性。延展性和柔软性的提升，使得橡胶更容易加工，可以在更广泛的温度范围内保持良好的物理性能。
[0088] 优选地，所述增塑剂为邻苯二甲酸二月桂酯和/或环氧脂肪酸异辛酯。进一步优选地，所述增塑剂为邻苯二甲酸二月桂酯和环氧脂肪酸异辛酯，质量比为1：(0.5‑2)。
[0089] 促进剂，在橡胶中用作超促进剂，它们能够显著提高硫化速度，加速橡胶分子之间的交联反应。交联反应的加速有助于加快橡胶生产速度，并确保橡胶具有良好的结构和稳定性。快速且有效的交联反应是生产高性能橡胶的关键环节，能够确保橡胶在各种极端环境下保持优越性能。
[0090] 硫磺，是硫化过程中的主要交联剂。在硫化过程中，硫磺能促使橡胶分子之间发生交联反应，从而使橡胶具有更高的强度和耐磨性。强度和耐磨性的提升意味着这种橡胶能够在更为苛刻的条件下使用，例如高压、高摩擦等环境，这对于食品生产输送用管道来说是极为重要的。
[0091] 本发明还公开了一种食品生产输送用环保胶管，包括橡胶内胶层，所述橡胶内胶层的材质为食品生产输送用管道内层材料，所述的材质为上述食品生产输送用管道内层材料。
[0092] 本发明还公开了一种食品生产输送用环保胶管的制备方法，包括下述步骤：
[0093] (1)食品生产输送用管道内层材料的制备：
[0094] 丁腈橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶、N660炭黑、白炭黑、氧化锌、润滑剂、增塑剂、促进剂和硫磺混合，密炼共混；
[0095] 老化、硫化，制得所述食品生产输送用管道内层材料；
[0096] (2)食品生产输送用环保胶管的制备：
[0097] 将所述食品生产输送用管道内层材料压出机压出成橡胶内胶管；
[0098] 将所述橡胶内胶管在编织机上编织钢丝，形成钢丝编织层；
[0099] 再用挤出机包覆橡胶外胶层；
[0100] 在硫化罐硫化，硫化条件140‑170℃，保温40‑90min。
[0101] 具体在本发明的下述实施例和对比例中：
[0102] 丁腈橡胶，日本JSR公司牌号N250S丁腈橡胶。
[0103] 甲基乙烯基硅橡胶，Mingyi Silicone明怡硅业牌号MY 110‑3甲基乙烯基硅橡胶，5
分子量6×10，乙烯基含量0.21％
[0104] 甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶，重均分子量为650000，乙烯基质量含量为21wt％，三氟丙基的质量含量为16wt％。
[0105] N660炭黑，卡博特炭黑N660。
[0106] 白炭黑，卡博特CAB‑O‑SIS M‑5LM‑150防沉降气相白炭黑。
[0107] 氧化锌，平均粒径50nm。
[0108] 邻苯二甲酸二异丁酯，CAS号84‑69‑5。
[0109] 邻苯二甲酸二乙酯，CAS号84‑66‑2。
[0110] 邻苯二甲酸二异癸酯，CAS号26761‑40‑0。
[0111] 邻苯二甲酸二异壬酯，CAS号20548‑62‑3。
[0112] 邻苯二甲酸二丁酯，CAS号84‑74‑2。
[0113] 邻苯二甲酸二甲酯，CAS号131‑11‑3。
[0114] 邻苯二甲酸二月桂酯，CAS号2432‑90‑8。
[0115] 环氧脂肪酸异辛酯，CAS号141‑38‑8。
[0116] 实施例1：
[0117] 一种食品生产输送用管道内层材料，包括下述质量份原材料：
[0118] 丁腈橡胶50份；
[0119] 甲基乙烯基硅橡胶30份；
[0120] 甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶30份；
[0121] N660炭黑50份；
[0122] 白炭黑40份；
[0123] 氧化锌4份；
[0124] 润滑剂硬脂酸1份；
[0125] 增塑剂邻苯二甲酸二月桂酯10份；
[0126] 促进剂N‑叔丁基‑2‑苯并噻唑次磺酰胺2份；
[0127] 硫磺1.5份。
[0128] 上述食品生产输送用管道内层材料的制备方法：
[0129] 丁腈橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶、N660炭黑、白炭黑、氧化锌、润滑剂、增塑剂、促进剂和硫磺混合，密炼共混；
[0130] 老化15小时，120℃硫化15分钟(硫化压力16MPa)，制得所述食品生产输送用管道内层材料。
[0131] 本发明在丁腈橡胶基础上引入甲基乙烯基硅橡胶和甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶，由于甲基乙烯基硅橡胶与甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶的主链相同，二者极易通过共混与丁腈橡胶形成均相胶料，甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶侧链上的三氟丙基，可有效阻止非极性溶剂对共混胶料的侵蚀，从而实现了氟硅橡胶对硅橡胶的改性，提高了硅橡胶的耐油耐牛奶性能。
[0132] 实施例2：
[0133] 与实施例1的不同之处是采用增塑剂邻苯二甲酸二异丁酯替代增塑剂邻苯二甲酸二月桂酯。
[0134] 具体为，一种食品生产输送用管道内层材料，包括下述质量份原材料：
[0135] 丁腈橡胶50份；
[0136] 甲基乙烯基硅橡胶30份；
[0137] 甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶30份；
[0138] N660炭黑50份；
[0139] 白炭黑40份；
[0140] 氧化锌4份；
[0141] 润滑剂硬脂酸1份；
[0142] 增塑剂邻苯二甲酸二异丁酯10份；
[0143] 促进剂N‑叔丁基‑2‑苯并噻唑次磺酰胺2份；
[0144] 硫磺1.5份。
[0145] 实施例3：
[0146] 与实施例1的不同之处是采用增塑剂邻苯二甲酸二乙酯替代增塑剂邻苯二甲酸二月桂酯。
[0147] 具体为，一种食品生产输送用管道内层材料，包括下述质量份原材料：
[0148] 丁腈橡胶50份；
[0149] 甲基乙烯基硅橡胶30份；
[0150] 甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶30份；
[0151] N660炭黑50份；
[0152] 白炭黑40份；
[0153] 氧化锌4份；
[0154] 润滑剂硬脂酸1份；
[0155] 增塑剂邻苯二甲酸二乙酯10份；
[0156] 促进剂N‑叔丁基‑2‑苯并噻唑次磺酰胺2份；
[0157] 硫磺1.5份。
[0158] 实施例4：
[0159] 与实施例1的不同之处是采用增塑剂邻苯二甲酸二异癸酯替代增塑剂邻苯二甲酸二月桂酯。
[0160] 具体为，一种食品生产输送用管道内层材料，包括下述质量份原材料：
[0161] 丁腈橡胶50份；
[0162] 甲基乙烯基硅橡胶30份；
[0163] 甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶30份；
[0164] N660炭黑50份；
[0165] 白炭黑40份；
[0166] 氧化锌4份；
[0167] 润滑剂硬脂酸1份；
[0168] 增塑剂邻苯二甲酸二异癸酯10份；
[0169] 促进剂N‑叔丁基‑2‑苯并噻唑次磺酰胺2份；
[0170] 硫磺1.5份。
[0171] 实施例5：
[0172] 与实施例1的不同之处是采用增塑剂邻苯二甲酸二异壬酯替代增塑剂邻苯二甲酸二月桂酯。
[0173] 具体为，一种食品生产输送用管道内层材料，包括下述质量份原材料：
[0174] 丁腈橡胶50份；
[0175] 甲基乙烯基硅橡胶30份；
[0176] 甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶30份；
[0177] N660炭黑50份；
[0178] 白炭黑40份；
[0179] 氧化锌4份；
[0180] 润滑剂硬脂酸1份；
[0181] 增塑剂邻苯二甲酸二异壬酯10份；
[0182] 促进剂N‑叔丁基‑2‑苯并噻唑次磺酰胺2份；
[0183] 硫磺1.5份。
[0184] 实施例6：
[0185] 与实施例1的不同之处是采用增塑剂邻苯二甲酸二丁酯替代增塑剂邻苯二甲酸二月桂酯。
[0186] 具体为，一种食品生产输送用管道内层材料，包括下述质量份原材料：
[0187] 丁腈橡胶50份；
[0188] 甲基乙烯基硅橡胶30份；
[0189] 甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶30份；
[0190] N660炭黑50份；
[0191] 白炭黑40份；
[0192] 氧化锌4份；
[0193] 润滑剂硬脂酸1份；
[0194] 增塑剂邻苯二甲酸二丁酯10份；
[0195] 促进剂N‑叔丁基‑2‑苯并噻唑次磺酰胺2份；
[0196] 硫磺1.5份。
[0197] 实施例7：
[0198] 与实施例1的不同之处是采用增塑剂邻苯二甲酸二甲酯替代增塑剂邻苯二甲酸二月桂酯。
[0199] 具体为，一种食品生产输送用管道内层材料，包括下述质量份原材料：
[0200] 丁腈橡胶50份；
[0201] 甲基乙烯基硅橡胶30份；
[0202] 甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶30份；
[0203] N660炭黑50份；
[0204] 白炭黑40份；
[0205] 氧化锌4份；
[0206] 润滑剂硬脂酸1份；
[0207] 增塑剂邻苯二甲酸二甲酯10份；
[0208] 促进剂N‑叔丁基‑2‑苯并噻唑次磺酰胺2份；
[0209] 硫磺1.5份。
[0210] 实施例8：
[0211] 与实施例1的不同之处是配方中采用增塑剂环氧脂肪酸异辛酯替代增塑剂邻苯二甲酸二月桂酯。
[0212] 具体为，一种食品生产输送用管道内层材料，包括下述质量份原材料：
[0213] 丁腈橡胶50份；
[0214] 甲基乙烯基硅橡胶30份；
[0215] 甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶30份；
[0216] N660炭黑50份；
[0217] 白炭黑40份；
[0218] 氧化锌4份；
[0219] 润滑剂硬脂酸1份；
[0220] 增塑剂环氧脂肪酸异辛酯10份；
[0221] 促进剂N‑叔丁基‑2‑苯并噻唑次磺酰胺2份；
[0222] 硫磺1.5份。
[0223] 实施例9：
[0224] 一种食品生产输送用管道内层材料，包括下述质量份原材料：
[0225] 丁腈橡胶50份；
[0226] 甲基乙烯基硅橡胶30份；
[0227] 甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶30份；
[0228] N660炭黑50份；
[0229] 白炭黑40份；
[0230] 氧化锌4份；
[0231] 硬脂酸1份；
[0232] 增塑剂邻苯二甲酸二月桂酯5份；
[0233] 增塑剂环氧脂肪酸异辛酯5份；
[0234] 促进剂N‑叔丁基‑2‑苯并噻唑次磺酰胺1份；
[0235] 促进剂N‑五甲撑二硫代氨基甲酸锌1份；
[0236] 硫磺1.5份。
[0237] 上述食品生产输送用管道内层材料的制备方法：
[0238] 丁腈橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶、N660炭黑、白炭黑、氧化锌、润滑剂、增塑剂、促进剂和硫磺混合，密炼共混；
[0239] 老化15小时，120℃硫化15分钟(硫化压力16MPa)，制得所述食品生产输送用管道内层材料。
[0240] 对比例1：
[0241] 与实施例1的不同之处是配方中没有甲基乙烯基硅橡胶和甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶。
[0242] 具体的，一种食品生产输送用管道内层材料，包括下述质量份原材料：
[0243] 丁腈橡胶110份；
[0244] N660炭黑50份；
[0245] 白炭黑40份；
[0246] 氧化锌4份；
[0247] 润滑剂硬脂酸1份；
[0248] 增塑剂邻苯二甲酸二月桂酯10份；
[0249] 促进剂N‑叔丁基‑2‑苯并噻唑次磺酰胺2份；
[0250] 硫磺1.5份。
[0251] 测试例1：
[0252] 将材料在鲜牛奶中80℃下浸泡240小时后，测定该材料的体积前后变化率，测试10次，计算其平均值，记为浸泡牛奶体积变化率(80℃×240h)。
[0253] 将材料在ASTM 3#油中80℃下浸泡240小时后，测定该材料的体积前后变化率，测试10次，计算其平均值，记为浸泡油体积变化率(80℃×240h)，具体见表1。
[0254] 体积变化率越小，说明性能越稳定。
[0255] 表1：体积变化率表
[0256]
[0257] 比较实施例1和对比例1：对比例1和实施例1的配方区别主要集中在硅橡胶的选择和添加，这些差异在材料性能上产生了明显的影响。实施例1中，引入了甲基乙烯基硅橡胶和甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶，这两种硅橡胶在配方中起到了关键作用。甲基乙烯基硅橡胶和甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶的主链结构与丁腈橡胶相似，因此它们能够与丁腈橡胶形成均相的混合物。此外，甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶的三氟丙基侧链有助于阻止非极性溶剂对混合物的侵蚀，从而提高了硅橡胶的性能。对比例1中没有使用这两种硅橡胶，这可能导致了材料性能的差异。综上所述，实施例1中的关键优势在于硅橡胶类型的选择，这两种硅橡胶的引入改善了混合物的均相性和耐溶剂性能，从而提高了材料的综合性能，尤其是在涉及到耐油和耐牛奶性能的应用场合。因此，实施例1相对于对比例1具有更优越的性能和明显的优势。
[0258] 比较实施例1‑8：实施例1‑8的增塑剂分别采用邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二月桂酯和环氧脂肪酸异辛酯。这些增塑剂在化学结构上存在差异，因此它们可能对材料的性能产生不同的影响。增塑剂的选择可以影响材料的柔韧性、耐寒性、耐油性等方面的性能。因此，不同实施例中增塑剂的差异可能会导致材料在不同应用场景下表现出不同的性能特点。从测试数据可以看出：增塑剂邻苯二甲酸二月桂酯和环氧脂肪酸异辛酯的效果明显优异。特别是增塑剂邻苯二甲酸二月桂酯相对于其他邻苯二甲酸酯类化合物(邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二甲酯)在浸泡牛奶体积变化率和浸泡油体积变化率方面表现出更低的变化率，这意味着在耐油性和耐牛奶性能方面具有更好的性能。可能的机理可能是分子大小和极性的影响。邻苯二甲酸二月桂酯是一种长链酯类化合物，其分子较大。较大的分子尺寸可以在材料中更均匀地分散，填充材料的空隙，提高了材料的密实性和均匀性。这可能导致材料在浸泡过程中更难被液体渗透，因此在浸泡牛奶和油中的性能表现更稳定。邻苯二甲酸二月桂酯的长烷基侧链可能使其在一定程度上具有疏水性质。这种疏水性有助于阻止极性液体(如牛奶)对材料的渗透，从而提高了耐牛奶性能。对于耐油性能，疏水性质也有可能有所帮助。需要强调的是，分子结构和化学性质的影响是多方面的，可能存在多种因素交互作用。因此，以上论述是基于分子结构和性质的理论推测，实际影响可能更为复杂。
[0259] 比较实施例9和实施例1、实施例8：实施例9为增塑剂邻苯二甲酸二月桂酯和环氧脂肪酸异辛酯复配，实施例1、实施例8分别采用单一增塑剂邻苯二甲酸二月桂酯和环氧脂肪酸异辛酯。实施例9的效果明显优于实施例1和8。邻苯二甲酸二月桂酯和环氧脂肪酸异辛酯在分子结构和性质上存在显著差异。邻苯二甲酸二月桂酯是一种邻苯二甲酸酯类化合物，通常具有柔韧性、耐寒性和增塑性等性质。而环氧脂肪酸异辛酯则是一种环氧化合物，通常具有优异的附着性、化学稳定性和电绝缘性等性质。这些不同性质可能导致它们对材料的不同性能起到增强作用。
[0260] 实施例10：食品生产输送用环保胶管的制备
[0261] 食品生产输送用环保胶管的制备方法，包括下述步骤：
[0262] (1)食品生产输送用管道内层材料的制备：
[0263] 按照实施例1的方法和配方制得实施例1的食品生产输送用管道内层材料；
[0264] (2)食品生产输送用环保胶管的制备：
[0265] 将所述食品生产输送用管道内层材料压出机压出成橡胶内胶管；
[0266] 将所述橡胶内胶管在编织机上编织钢丝，形成钢丝编织层；
[0267] 再用挤出机包覆橡胶外胶层；
[0268] 在硫化罐硫化，硫化条件160℃，保温60min，最终制得所述食品生产输送用环保胶管。
[0269] 所述食品生产输送用环保胶管的结构为橡胶内胶层、钢丝编织层和橡胶外胶层的三层常规橡胶软管结构。
[0270] 本发明胶管用途：供输送白酒、啤酒、露酒、果汁及酱油、醋、奶品液体饮料用以及输送油类(大豆油、花生油、菜籽油)使用。
[0271] 表2：食品生产输送用环保胶管控制参数表
[0272]
