[發明專利]一種稻殼灰-天然橡膠復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 200810239410.6
• 申請日: 2008-12-08
• 公開（公告）號: CN101418086A
• 公開（公告）日: 2009-04-29
• 發明（設計）人: 曾宗強;余和平;彭政;黃茂芳
• 申請（專利權）人: 中國熱帶農業科學院農產品加工研究所
• 主分類號: C08L7/00
• 分類號: C08L7/00;C08L15/00;C08K9/06;C08J3/215
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳成海

一、技術領域

本發明涉及天然橡膠復合材料的制備方法，特別涉及一種稻殼灰-天然橡膠復合材料的制備方法。

二、背景技術

幾乎所有的橡膠在加工過程中都必須加入一定量的填充劑才能用來制備有用的橡膠制品。填充劑習慣上根據對生膠料性能的影響分為兩大類：一類是活性填充劑或稱為補強劑，它加入生膠料中能提高硫化膠的耐磨耗性、模量、抗張強度、抗撕裂性及耐疲勞性；另一類是非活性填充劑或稱為惰性填充劑，它加入生膠料中沒有補強作用，但卻能在基本上不損害橡膠性能的前提下，降低成本、改善加工藝。目前，在橡膠工業中廣泛使用的填充劑主要有炭黑、白炭黑、纖維、陶土等，其中，炭黑、白炭黑、纖維等對橡膠具有不同程度的補強作用，但價格較高，易生熱。而陶土、碳酸鈣等無機填充劑雖然價格低廉，不易生熱，但對天然橡膠不產生補強作用。在橡膠中加入碳酸鈣、陶土等無機填充劑后，橡膠的力學性能會顯著下降。因此，實際生產中，碳酸鈣等無機填充劑僅僅是用作橡膠的增量劑，以降低產品的成本。

我國是世界上最大的水稻種植國家，每年產量達1.8億噸以上。稻殼通常占稻谷產量的20％以上，據此計算，我國的稻殼產量每年約為3600萬噸。稻殼資源十分豐富，其開發利用價值很大，同時也有利于減少環境污染。在稻殼的開發應用方面，對稻殼硅的開發利用最活躍，因為水稻能將土壤中稀少的二氧化硅富集于稻殼中，稻殼中二氧化硅的質量分數約為0.2(其余組分為本質素和纖維素等)，且主要呈無定型狀態，而自然界中絕大多數二氧化硅呈結晶狀態。利用稻殼硅最簡單、最經濟的方法是使用稻殼灰(RHA)。RHA是稻殼燃燒后的產物，(稻殼燃燒時產生的熱量可用于電廠發電等)。稻殼燃燒時大部分有機物(纖維素和本質素等)被燒掉，剩下的RHA主要成分是二氧化硅(質量分數為0.55～0.97)，粒徑約為50～100nm，其次為炭，還有少量金屬氧化物(質量分數小于0.005)。根據炭含量的高低，可將RHA分為高炭灰(RHA-HC)、低炭灰(RHA-LC)和無炭灰；也可根據其色澤分為黑稻殼灰(BRHA)和白稻殼灰(WRHA)。由于RHA價格低廉，二氧化硅含量較高，而過渡金屬離子含量很低，對天然橡膠具有一定的補強效果，是炭黑和白炭黑的理想替代品。

關于RHA對NR硫化膠物理性能的影響，Sae-oui?P等[Sae-oui?P，RakdeeC，Thanmathorn?P.Use?of?rice?husk?ash?as?filler?in?natural?rubber?industry[J].Journal?ofApplied?Poilmer?Science，2002，83(11)：2485-2493.]將RHA-LC和RHA-HC直接填充于NR膠料中，并與滑石粉、陶土、碳酸鈣、白炭黑和炭黑進行比較，發現各項物理性能均與惰性填料相當。Da?Costa?H?M等[Da?Costa?H?M，Visconte?L?L?Y，Nunes?R?C?R，et?al.Theeffect?of?coupling?agent?and?chemical?treatment?on?rice?husk?ash-filled?natural?rubbervulcanizates：in?comparison?with?other?commercial?filler[J].Journal?of?Applied?PoilmerScience，2000，76(7)：1019-1027，Da?Costa?H?M，Visconte?L?L?Y，Nunes?R?C?R，et?al.Mechanicaland?dynamic?mechanical?properties?of?rice?husk?ash-filled?natural?rubber?copounds[J].2002，83(11)：2331-2346.]通過研磨過的RHA填充NR，在填充量為20份時，硫化膠的物理性能最好，但除了耐磨性外，其它性能均比炭黑和白炭黑填充膠差。為了提高RHA填充NR硫化膠的物理性能，采用雙-(γ-三乙氧基硅烷丙基)-四硫化物(偶聯劑Si69)改善硫化膠的物理性能，但效果不明顯。Ismail?H等[Ismail?H，Nasaruddin?M?N，Ishiaku?U?S.White?rice?husk?ash?filled?natural?rubber?compounds：the?effect?of?multifunctional?additive?andsilane?coupling?agents[J].Polymer?Testing，1999，18(4)：287-298.]采用多功能添加劑MFA(一種羧酸二銨鹽)、偶聯劑Si69和MFA/Si69并用改性WRHA填充NR，結果表明它們均能改善膠料的性能，特別是當WRHA填充量為10份時，NR膠料的性能最佳，但也只是14～17MPa。