[發明專利]一種硅炭黑/天然橡膠復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710557075.3
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107337815B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 王曉峰;金璐;周玉;朱燕超;楊曉敏;王子忱
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C08L7/02
• 分類號: C08L7/02;C08L9/06;C08L9/00;C08L91/00;C08L91/06;C08K13/06;C08K9/10;C08K3/36;C08K3/22;C08K3/06
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所(普通合伙) 22210
• 代理人: 王瑩

一種硅炭黑/天然橡膠復合材料的制備方法，屬于復合材料技術領域。解決了現有技術中采用表面改性的二氧化硅填充天然橡膠，成本高、屬于不可再生資源、工藝復雜、加工困難、分散不均勻的問題。本發明的方法先將凈化后的稻殼加入反應裝置中，熱解得到熱解氣和熱解炭，然后除焦，降溫，分離，得到無焦油熱解氣和無焦油熱解炭；再將無焦油熱解炭氣流粉碎后球磨至平均粒徑在10μm以內，得到硅炭黑粉體，并通過硅炭黑粉體進一步加工得到改性硅炭黑粉體和硅炭黑母料；最后采用混煉捏合技術得到硅炭黑/天然橡膠復合材料。該制備方法成本低、節能環保、充分利用可再生資源，在橡膠領域具備廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種硅炭黑/天然橡膠復合材料的制備方法。

背景技術

天然橡膠是一種天然高分子化合物，是指從橡膠樹上采集的天然膠乳，經過凝固、干燥等加工工序而制成的彈性固狀物。天然橡膠的主要成分為橡膠烴(順-1，4-聚異戊二烯)，含量在91％-94％，其余為蛋白質、脂肪酸、灰分、糖類等非橡膠物質。

天然橡膠具備優異的回彈性、絕緣性、隔水性及可塑性，但耐老化性、耐油性、耐化學藥品性、耐溫性、抗凍性差，因此填料助劑的加入可以能其獲得耐油、耐酸、耐堿、耐熱、耐寒、耐壓、耐磨等性質。

炭黑是常用的橡膠補強助劑，世界橡膠工業原材料耗用量排在第一位的是生膠，第二位的便是炭黑；而與炭黑相比，白炭黑補強的硫化膠具有強度高、伸長率大，撕裂強度高、硬度高、絕緣性好等優點，在橡膠制品中亦可替代部分炭黑，以獲得高質量的橡膠制品，如越野輪胎、工程輪胎、子午胎等。

填料粒子表面活性對橡膠性能有著重要影響。二氧化硅粒子表面含有大量羥基，表現出強極性，與非極性橡膠不相容，難于分散均勻。現有技術中，通常通過加入硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑和鋁酸酯偶聯劑等對填料進行表面改性，使其補強性能大幅提升。如，CN102108144A公開了一種納米二氧化硅/炭黑高分散的環氧化天然橡膠母煉膠制備方法，先將用硅烷偶聯劑進行改性的納米二氧化硅、氧化劑液相氧化炭黑用去離子水超聲分散，然后加入環氧化天然膠乳中，攪拌，最后蒸汽凝固或凝固劑凝固，干燥，得到高分散納米二氧化硅、炭黑填充的環氧化天然橡膠母煉膠；CN104788685A公開了一種改性炭黑及其制備方法與應用，通過強氧化劑增加炭黑表面羧基含量，用氯化亞砜溶液在炭黑表面引入酰氯基團，從而活化炭黑表面的官能團；并將該改性炭黑應用到粘合劑配方體系中，表現出優異的分散性能和良好的導熱性能。CN104231349A公開了一種高耐磨硅鋁炭黑改性橡膠，具有優異的耐磨、耐老化性能，而且生產成本低。CN104194085A公開了一種耐磨高減震性能橡膠材料，還公開了上述耐磨高減震性能橡膠材料的制備方法，該橡膠材料耐磨性好，減震性能優異。CN101798473A公開了一種硅烷改性的白炭黑-炭黑的復合填料的制備方法，先將沉淀法白炭黑和氣相法白炭黑按重量比加入到高速混合機中，將多硫硅烷以噴霧的形式緩慢均勻加入，逐步升溫100～120℃促使表面改性反應進行徹底；在繼續攪拌和保溫的情況下，按照炭黑與氣相法白炭黑和沉淀法白炭黑的量的比例加入炭黑并混合，降溫冷卻，即得硅烷改性的白炭黑-炭黑的復合填料。CN102951649A公開了一種用于輪胎和橡膠制品的橡膠補強劑材料，改性沉淀法白炭黑的制備方法，首先在反應器中加入10％～50％的液體硅酸鈉；再向反應器中同時加入剩余50％～90％的硅酸鈉和與全部硅酸鈉等摩爾量的濃度為10％～30％的硫酸水溶液，并加入改性劑十二烷基硫酸鈉或硬脂酸或硬脂酸鋅，升溫下反應；然后用氨水調節PH，同時加入沉降劑十二水合硫酸鋁鉀，繼續反應0.5～2h；最后水洗、抽濾，并進行干燥，得到改性沉淀法白炭黑。CN102220036A一種制備硅烷偶聯劑改性白炭黑的方法，通過將溶劑、水、催化劑和偶聯劑混合制備偶聯劑溶膠溶液。再利用超聲分散或剪切的方法，將白炭黑均勻分散溶膠溶液中，得到分散均勻，粒度理想的渾濁液。再將渾濁液置于勻速攪拌下使偶聯劑溶膠與白炭黑反應，通過控制溫度及反應時間進而制備具有高疏水性的偶聯劑改性的白炭黑。

但是，即便表面改性后，二氧化硅在改性橡膠中仍存在一些缺陷：