[發明專利]稀土或過渡金屬摻雜炭黑填充型粉末橡膠的制備方法

無效

• 申請號: 200710029871.6
• 申請日: 2007-08-24
• 公開（公告）號: CN101134819A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發明（設計）人: 王煉石;張安強;林雅鈴;郭宇波;洪少穎;郭濤
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08J3/12
• 分類號: C08J3/12;C08L7/02;C08L9/06;C08L9/02;C08L11/00;C08K9/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 楊曉松

技術領域

本發明涉及炭黑摻雜(Carbon?black?modification)和填充型粉末橡膠(Fillerfilled?powdered?rubber)的制備領域，特別涉及一種稀土或過渡金屬摻雜炭黑填充型粉末橡膠(Rare?earth?or?transition?metal?modified?carbon?black?filledpowdered?rubber?materials)的制備方法。

背景技術

凝聚共沉法是目前制備炭黑填充型粉末橡膠的常用方法，其原理是將粉狀炭黑分散在水性體系中，制成炭黑乳液，然后將其與橡膠膠乳共混，形成橡膠／炭黑混合乳液，經凝聚、洗滌、干燥后得到炭黑在橡膠中預分散優良的粉末狀橡膠／炭黑復合材料，即炭黑填充型粉末橡膠(Carbon?black?filled?powderedrubber)。上述制備方法在我們已得到授權的中國發明專利(CN02152077.1)中有詳細陳述。炭黑填充型粉末橡膠的優點是：炭黑在橡膠中的分散優于傳統的機械混煉法得到的混煉膠；同時，由于炭黑在混煉前已經分散在橡膠中，故其混煉能耗可大大降低，且混煉過程中無炭黑粉塵的飛揚，有助于生產環境的潔凈，因而是一種綠色環保的新型橡膠材料。

但由于炭黑粒子表面的活性點在凝聚共沉體系中受到水、乳化劑、包覆劑和凝聚劑等雜質的損害，導致炭黑與橡膠的結合變弱，從而使得采用傳統凝聚共沉法所制備的炭黑填充型粉末橡膠硫化膠的定伸應力較低，且拉伸強度不能令人滿意。因此，有必要采取適當的有效方法增強炭黑的表面活性，改善炭黑與橡膠之間的結合，從而得到具有良好物理機械性能的炭黑填充型粉末橡膠材料。

稀土元素和某些過渡金屬元素的電子結構特殊，可與聚合物分子鏈發生作用而顯著改善其力學性能和加工性能。

用化學沉積法可在炭黑粒子的表面形成稀土化合物包膜，然后將其與橡膠膠乳共混，采用凝聚共沉法制備稀土或過渡金屬摻雜炭黑填充型粉末橡膠。經摻雜改性后，炭黑粒子表面存在稀土化合物或過渡金屬化合物形成的活性點，起到增強炭黑與橡膠結合力的作用。研究表明，鑭系稀土化合物(Ln)和某些過渡金屬化合物(TM)可顯著改善炭黑在橡膠中的分散性，增強橡膠基體與炭黑粒子之間的界面結合力，與傳統的炭黑填充型粉末橡膠相比，稀土或過渡金屬摻雜炭黑填充型粉末橡膠的物理機械性能、動態力學性和加工性能得到顯著改善，其硫化膠的定伸應力和拉伸強度顯著提高。

制備稀土或過渡金屬摻雜炭黑填充型粉末橡膠的關鍵技術在于將稀土化合物或過渡金屬化合物以成膜的方式沉積于炭黑粒子的表面。只有這樣，才能起到增加炭黑粒子表面活性的效果。研究表明，將稀土化合物直接與粉狀炭黑共混后填充橡膠，其硫化膠的物理機械性能沒有得到改善。而將稀土或某些過渡金屬化合物通過成膜的方式沉積于炭黑粒子表面，然后制備稀土或過渡金屬摻雜炭黑填充型粉末橡膠，其硫化膠的物理機械性能得到顯著的改善。

發明內容

本發明的目的在于克服傳統凝聚包覆法所制備的炭黑填充型粉末橡膠的定伸應力和拉伸強度不理想的缺點，提供一種稀土或過渡金屬摻雜炭黑填充型粉末橡膠的制備方法。

本發明的目的通過下述技術方案實現：一種稀土或過渡金屬摻雜炭黑填充型粉末橡膠的制備方法，包括下述步驟：

(一)備料

按膠乳計量所含干膠：炭黑：稀土化合物或過渡金屬化合物或兩者的混合物：炭黑乳化劑：操作油：防老劑：脂肪酸堿金屬鹽乳化劑：凝聚劑：去離子水的重量比為100∶10～150∶0.01～15.0∶0.25～15.0∶0～70∶0.5～3.0∶1.0～6.0∶1.5～5.0∶300～2500的配比配料。

(二)炭黑的乳化

向裝有攪拌器的混合槽中加入計量的水和炭黑乳化劑，攪拌均勻后，在攪拌中加入計量的炭黑，繼續攪拌混合5～30分鐘，得到炭黑乳液。

(三)稀土化合物或過渡金屬化合物摻雜炭黑的制備

將稀土化合物或過渡金屬化合物溶于1～20％的鹽酸或硝酸，加去離子水稀釋，得到0.1～5mol/L的稀土或過渡金屬鹽溶液；將所述稀土或過渡金屬鹽溶液加入到上述炭黑乳液中，攪拌混合5～60分鐘后，加入氨水或稀堿溶液，調節體系的pH值為9～12，使得全部的可溶性稀土或過渡金屬鹽轉化為不溶于水的稀土或過渡金屬氫氧化物，并沉積于炭黑粒子的表面，得到稀土或過渡金屬摻雜炭黑乳液。

(四)膠乳的加熱處理