[發明專利]一種官能化溶聚丁苯橡膠/白炭黑復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810368150.6
• 申請日: 2018-04-23
• 公開（公告）號: CN110387073B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 董靜;李福崇;宋同江;李旭;張華強;龔光碧;鄭聚成;李晶;梁滔;湯海鯤;陶惠平;叢日新
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: C08L15/00
• 分類號: C08L15/00;C08K3/36;C08C19/25;C08F236/10;C08F212/08;C08F2/38
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 王玉雙;鮑俊萍

本發明提供了一種官能化溶聚丁苯橡膠/白炭黑復合材料及其制備方法，鏈中含有硅氧烷支化結構的溶聚丁苯橡膠直接與白炭黑反應共混得到復合材料。溶聚丁苯橡膠使用硅氫加成反應制備鏈中含有硅氧烷的支化結構，硅氧烷官能團含量為溶聚丁苯橡膠重量的0.1wt％～8wt％。利用鏈中硅氧烷官能團與白炭黑表面的羥基進行化學反應，直接在聚合后期加入白炭黑，最終制備溶聚丁苯橡膠/白炭黑復合材料。本發明能較大地減少白炭黑在溶聚丁苯橡膠中的團聚現象，并從分子水平減小橡膠與白炭黑的相分離，通過加強白炭黑與橡膠基體間的強相互作用可以有效改善材料綜合性能。本發明不需要使用橡膠加工過程中傳統笨重的混煉設備，省去了高耗能和耗時的混煉補強加工過程。

技術領域

本發明屬于合成橡膠技術領域，特別是一種使用β-位硅氫加成合成分子鏈中含有硅氧烷支化改性溶液聚合丁苯橡膠及制備方法，改性的溶液聚合丁苯橡膠與白炭黑直接反應，制備具有強相互作用的官能化溶聚丁苯橡膠/白炭黑復合材料制備方法。

背景技術

隨著汽車工業的發展，對輪胎用合成橡膠性能的要求也越來越高，在突出輪胎對整車燃油經濟性影響的同時，對輪胎的高速安全性能提出了更高的要求。溶聚丁苯橡膠(SSBR)具有抗濕滑性好，滾動阻力低等特點，是滿足高性能輪胎的理想材料。除了SSBR，高分散性白炭黑也是綠色輪胎必不可少的原料之一。白炭黑與溶聚丁苯橡膠配合使用能更好發揮橡膠的高抗濕滑、低滾阻的特點。白炭黑是一種粒徑小、比表面積大、表面活性大的納米材料，其組成為SiO₂·nH₂O，其中nH₂O以表面羥基的形式存在。這些羥基分為兩種，一種是單獨存在的羥基，稱為隔離羥基；另一種是連生的相鄰羥基，這些羥基彼此之間會形成氫鍵。白炭黑表面上的羥基容易形成氫鍵引起團聚，在與橡膠材料的混合過程中分散不均勻，削弱了橡膠材料的部分性能。因此需要對白炭黑進行化學改性，提高白炭黑在橡膠材料中的分散程度，提高橡膠的性能。

現階段，白炭黑化學改性的方法通常是在白炭黑表面引入一些有機小分子化合物。這些化合物一般具有親水相和親油相，其親水相基團能夠與白炭黑表面上的羥基作用，而親油相基團能夠與橡膠結合，在白炭黑與橡膠之間起到相容劑的作用，從而改善白炭黑與橡膠之間的親和性并有效減小相分離。改性的白炭黑通常是在橡膠加工過程中以機械共混的方式加入橡膠基體中，作為橡膠的補強劑。為了保證混煉膠的性能，必須進行高耗能和耗時的混煉加工工作，這會帶來嚴重的環境污染。溶液聚合橡膠能比較方便地進行化學改性，如果對橡膠進行化學改性，在聚合后期加入白炭黑就能在橡膠與白炭黑表面建立化學鍵合，這必然拉大白炭黑粒子間的距離，減少白炭黑間的團聚現象，提高白炭黑在橡膠中的分散程度，同時可省去傳統笨重的橡膠加工設備，節省投資和能源，為橡膠加工帶來極大便利。

本發明通過制備鏈中含有與白炭黑具有強相互作用硅氧基團的官能化溶聚丁苯橡膠，直接在聚合末期實現橡膠長鏈與白炭黑的化學鍵合，從分子水平減小聚合物與白炭黑的相分離，從而較好地解決白炭黑分散問題，并且操作工藝簡單。

發明內容

為了解決溶聚丁苯橡膠與白炭黑相互作用差的技術問題，本發明提供一種官能化溶聚丁苯橡膠/白炭黑復合材料及其制備方法，支化改性溶聚丁苯橡膠利用硅氫反應在鏈中引入一定量的硅氧烷基團，這些硅氧烷基團能與白炭黑形成化學鍵合，在聚合反應末期加入白炭黑直接制備官能化溶聚丁苯橡膠/白炭黑復合材料。與傳統混煉時加入白炭黑相比，不僅工藝簡單易于工業化生產，而且實現了復合材料較低的滾動阻力，良好的抗濕滑性能及優異的物理機械性能。

本發明提供了一種官能化溶聚丁苯橡膠/白炭黑復合材料，以復合材料的質量為100份計，該復合材料含有50～83份的溶聚丁苯橡膠，17～50份的白炭黑，0～5份的助劑；其中，溶聚丁苯橡膠的鏈中含有β-位支化改性的硅氧烷，助劑選自抗氧劑。

本發明還提供了一種官能化溶聚丁苯橡膠/白炭黑復合材料的合成方法，包括以下步驟：