[發(fā)明專利]納米白炭黑增強丁苯橡膠復(fù)合材料的制備工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210416301.3
• 申請日: 2012-10-26
• 公開（公告）號: CN102942721A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林志東;向騰瑞;宋文龍;郭春亮
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢工程大學(xué)
• 主分類號: C08L9/06
• 分類號: C08L9/06;C08K3/36;C01B33/18;B82Y30/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米白炭黑增強丁苯橡膠復(fù)合材料的制備工藝，屬于橡膠技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

“綠色輪胎”也稱環(huán)保或低污染輪胎，是指在輪胎的配方中用二氧化硅取代碳黑，從而降低輪胎的滾動阻力、在不損失輪胎基本的安全性能(如抓地力)的情況下，增強燃料使用效率，降低二氧化碳排放，減少油耗，達(dá)到減少汽車廢氣排放的環(huán)保效應(yīng)。目前“綠色輪胎”在降低滾動阻力方面的主要是使用防滑性好、滾動阻力低的溶聚丁苯橡膠(SSBR)，同時配合以白炭黑為主的填料體系。但目前SSBR的生產(chǎn)成本較高，同時白炭黑(SiO₂)由于內(nèi)部的聚硅氧及其外表面存在的大量活性硅氧基和吸附水使其親水性強，很難在橡膠中分散均勻，這兩個因素使得當(dāng)前綠色輪胎母煉膠成本高，各廠家型號、性能差異大，推廣應(yīng)用難。

大量實驗和理論研究表明橡膠的高效增強必須是“納米”增強。采用納米增強技術(shù)即使用納米尺度原生粒子分散在橡膠基體中，可得到性能優(yōu)異的橡膠納米復(fù)合材料。納米白炭黑(SiO₂)增強SSBR可制備出高性能的綠色輪胎母煉膠。目前的主要技術(shù)難點是納米白炭黑如何均勻的分散在SSBR中，通常橡膠的大部分性能會隨增強體分散性的下降而降低，特別是拉伸強度、動態(tài)疲勞和滯后生熱性能等。研究開發(fā)具有性能一致的高性能納米SiO₂增強綠色SSBR輪胎用母煉膠是非常必要的，具有廣闊的市場前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)而提出一種納米白炭黑增強丁苯橡膠復(fù)合材料的制備工藝，所得到的納米級分散的SSBR/SiO₂綠色輪胎母煉膠，其中橡膠與納米SiO₂粒子間結(jié)合力強、SiO₂粒子納米級分散，母煉膠綜合性能（主要是耐磨性、抗?jié)窕泻偷蜐L動阻力）均高于丁苯橡膠，應(yīng)用范圍更廣。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的解決方案為：納米白炭黑增強丁苯橡膠復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于包括有以下步驟：

1)將質(zhì)量份數(shù)為1000份的丁苯橡膠溶解在質(zhì)量份數(shù)5000-20000份環(huán)己烷或戊烷中，形成丁苯橡膠溶液；

2)取質(zhì)量份數(shù)15-32000份的環(huán)己烷或戊烷，質(zhì)量份數(shù)1-9000份的表面活性劑和質(zhì)量份數(shù)1.5-37000份的正丁醇或戊醇或含有3-6個碳的醇的混合液經(jīng)混合得到澄清液，再向其中加入質(zhì)量份數(shù)10-6000份的去離子水一起攪拌混合均勻，得到反相微乳液，再向其中加入質(zhì)量份數(shù)30-3500份的正硅酸乙酯或正硅酸甲酯，攪拌均勻，得到納米SiO₂前驅(qū)液；

3)將步驟1）所得丁苯橡膠溶液與步驟2）所得納米SiO₂前驅(qū)液混合，混合液通入質(zhì)量份數(shù)1-2500份的質(zhì)量濃度為1%-20%(Wt)的氨水或硝酸，使納米SiO₂前驅(qū)液反應(yīng)原位生成納米白炭黑，并立即用水蒸氣汽提干燥除去混合液中的環(huán)己烷或戊烷，醇類以及部分水份，從而促使納米白炭黑與丁苯橡膠同時析出，得到納米白炭黑增強丁苯橡膠，汽提完成后通過過濾或進一步水洗得到最終產(chǎn)品納米白炭黑增強丁苯橡膠復(fù)合材料。

按上述方案，所述的表面活性劑為CTAB(十六烷基三甲基溴化銨)、TX（壬基酚聚氧乙烯醚）或OP（辛基酚聚氧乙烯醚）。

本發(fā)明使用正硅酸乙酯或正硅酸甲酯為二氧化硅前驅(qū)體，納米SiO₂前驅(qū)液在反相微乳液與SSBR溶液或工業(yè)原膠溶液（工業(yè)液相法合成的未汽提干燥的丁苯橡膠溶液）共混，混合液中SiO₂前驅(qū)液原位反應(yīng)生成納米白炭黑，完成濕法混煉，使SiO₂微粒均勻分散在SSBR中，形成SiO₂納米級分散的SSBR溶液，最后經(jīng)過與原膠液相同的干燥工藝，得到SiO₂增強體納米級分散的SSBR/SiO₂綠色輪胎母煉膠。

????本發(fā)明的反應(yīng)原理如下：

（1）正硅酸乙酯的水解

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（2）水解過程中羥基進攻硅原子

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（3）水解產(chǎn)物之間的縮合反應(yīng)生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的二氧化硅