[發明專利]質子化離子液體改性橡膠/無機填料復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201010154468.8
• 申請日: 2010-04-16
• 公開（公告）號: CN101831093A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 郭寶春;類延達;唐征海
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08L9/06
• 分類號: C08L9/06;C08K13/02;C08K3/36;C08K5/3432;C08K3/34;C08K5/3445;C08K5/378
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及一種質子化離子液體改性橡膠/無機填料復合材料的制備方法。

技術背景

超細的無機物填料(如白炭黑和粘土)對各種橡膠具有優異的補強效果，在淺色橡膠制品、綠色輪胎等領域獲得了重要的應用。然而，無機填料的強極性和高表面能使得其在橡膠基體中的分散困難，不僅影響橡膠的性能，而且增加了加工能耗。同時在橡膠加工中，加工助劑(如促進劑、活化劑、硫化劑、穩定劑)都會因超細無機填料表面的強極性發生嚴重的表面吸附，降低助劑的效率。因而，在采用超細無機填料補強橡膠材料時，一般采用表面的預處理和加入界面改性劑等手段改善其硫化、加工和力學等性能。

超細無機填料最常用的表面處理方法是加入聚乙二醇(PEG)或硅烷偶聯劑(如雙[3-(三乙氧基硅基)丙基]四硫化物)。聚乙二醇雖然會改善無機填料的分散，但弱的界面結合限制了橡膠/無機填料復合材料性能的提高；硅烷偶聯劑處理可以改善填料分散、強化橡膠/無機填料的界面結合，但其應用受到材料配方和加工條件的強烈影響。

室溫離子液體因其低熔點、極低的蒸汽壓、寬電化學窗口、溶解特性強、可回收利用等特點成為一種新型的“軟功能材料”，已經廣泛應用于綠色化學、生物化學、電化學等諸多方面。質子化室溫離子液體具有結構多樣、高反應活性、制備簡單且無任何副產物等優點。如果將質子化離子液體進一步官能化，這一類物質可望在高分子復合材料的界面改性上獲得重要應用。本發明是利用功能性質子化離子液體對無機填料的特殊相互作用及其對橡膠的反應性，提供了一系列功能性質子化離子液體的合成方法及其在橡膠/白炭黑復合材料的界面改性的應用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種質子化離子液體改性橡膠/無機填料復合材料的制備方法。本發明是基于功能性離子液體的結構與功能之間的關系，設計和合成一類質子化離子液體作為橡膠/白炭黑復合材料的界面改性劑，以其改善復合材料的加工、硫化、力學和耐磨等性能。

本發明的質子化離子液體改性橡膠復合材料的制備方法具有以下步驟：

(1)功能性質子化離子液體的制備；

(2)采用功能性質子化離子液體對橡膠/無機填料復合材料進行原位改性；

所述功能性質子化離子液體為含有特定官能團的離子液體；

所述功能性質子化離子液體的用量為無機填料重量的1％～20％，無機填料用量為橡膠重量的10％-70％。

步驟(1)所述功能性質子化離子液體的制備是將陽離子前驅體和陰離子前驅體按照產物的化學計量比在0～60℃反應0.5～6小時。

步驟(2)所述采用功能性質子化離子液體對橡膠/無機填料復合材料進行原位改性的方法，可以采用本領域技術人員常用的改性方法。例如：將步驟(1)所得的功能性質子化離子液體、橡膠、無機填料與橡膠助劑在橡膠混煉設備中進行混煉，停放過夜，再經過硫化制得質子化離子液體改性橡膠/無機填料復合材料。

所述橡膠助劑為促進劑、活化劑、防老劑和硫化劑。

所述混煉設備為開煉機或密煉機。

所述陽離子前驅體為

咪唑及其衍生物：R₁、R₂和R₃為H、烷基或含有特定官能團的烷基、

吡啶及其衍生物：其中R₁、R₂和R₃為H、烷基或含有特定官能團的烷基、

吡咯及其衍生物：其中R為H、烷基或含有特定官能團的烷基、

胺及其衍生物：其中R₁、R₂和R₃為H、烷基或含有特定官能團的烷基、

或者胍及其衍生物：其中R₁、R₂為H、烷基或含有特定官能團的烷基。

所述陰離子前驅體的結構式為

其中R₁、R₂、R₃和R₄均為H、烷基或含有特定官能團的烷基。

所述陰離子前驅體優選丙烯酸、α-甲基丙烯酸、山梨酸、巴豆酸、粘糠酸、衣康酸、3-巰基丙酸、巰基乙酸或巰基琥珀酸酸。

所述特定官能團為羥基(-OH)、巰基(-SH)、氨基(-NHR，R＝H或烷基)、環氧基雙鍵(C＝C)官能團。

步驟(2)所述無機填料為白炭黑、蒙脫土、埃洛石、凹凸棒土、高嶺土、蛭石、云母、滑石、長石、碳酸鈣、金屬氫氧化物或金屬氧化物中的一種或兩種以上的混合物。