[發(fā)明專利]原料組合物、橡膠材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010929270.6
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN111995802B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王強;李秋影;吳馳飛
• 申請（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號: C08L9/02
• 分類號: C08L9/02;C08K3/16;C08K5/3477;C08K3/30;C08K3/04;C08L9/06;C08K7/26;C08L7/00;C08J3/24
• 代理公司: 上海弼興律師事務(wù)所 31283
• 代理人: 王衛(wèi)彬;劉奉麗

本發(fā)明公開了一種原料組合物、橡膠材料及其制備方法和應(yīng)用。原料組合物包括下述組分：含有不飽和碳碳雙鍵的橡膠100份，橡膠中不飽和碳碳雙鍵的摩爾數(shù)與橡膠中全部聚合單體的摩爾數(shù)之比為5％～100％；四嗪化合物，四嗪化合物選自3,6?取代?1,2,4,5?四嗪；四嗪化合物與橡膠中不飽和碳碳雙鍵的摩爾數(shù)之比為0.1％～10％；過渡金屬鹽1～30份；補強填料0～100份；上述份數(shù)均是指的各組分的質(zhì)量份數(shù)。本發(fā)明的原料組合物制備得到的橡膠材料對彈性體具有普適性，且具有良好的力學(xué)性能和循環(huán)再利用的特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種原料組合物、橡膠材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

橡膠材料是最重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，其應(yīng)用范圍覆蓋基本工業(yè)品和生活必需品、交通運輸、機械電子和機器人以及人工智能等。然而，橡膠行業(yè)在發(fā)展的同時，也面臨著環(huán)境、資源、創(chuàng)新、高性能需求等一系列挑戰(zhàn)。由于傳統(tǒng)共價鍵交聯(lián)橡膠(如硫磺交聯(lián))具有不可逆性，因此無法從交聯(lián)鍵分子層面根本上解決橡膠材料的回收再利用的問題，而且傳統(tǒng)橡膠加工中使用的硫磺和硫化促進劑等有毒有害，自身也給環(huán)境和排放帶來較大污染。而對于傳統(tǒng)彈性體而言，由于其固有交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是不可逆的，其拉伸斷裂強度和斷裂伸長率也始終是一對不可調(diào)和的矛盾。基于金屬離子配位鍵的可逆斷裂與重構(gòu)，可同時賦予聚合物體系良好的剛性和韌性，并滿足橡膠材料綠色可回收再利用的功能。

然而，現(xiàn)有技術(shù)中利用過渡金屬鹽制備配位交聯(lián)橡膠只能運用于自身含有配位功能基團的彈性體，目前工業(yè)化可用的含有可配位基團的彈性體非常有限(目前僅有特定結(jié)構(gòu)的丁腈橡膠)，其他工業(yè)化普遍使用的不飽和彈性體，由于自身并不含有配位基團，無法將具有清潔環(huán)保且可循環(huán)再利用特性的配位交聯(lián)技術(shù)運用到通用不飽和橡膠中。例如中國發(fā)明專利申請CN101486800A公開了一種通過負載的過渡金屬來交聯(lián)丁腈橡膠的新方法，其僅限于丁腈橡膠的腈基與過渡金屬配位，不具有普適性；且丁腈與過渡金屬的配位鍵能過強，所得橡膠產(chǎn)品不具有反復(fù)加工功能，無法實現(xiàn)可循環(huán)利用的效果。

中國發(fā)明專利申請CN110461931A公開了一種橡膠組合物及輪胎，將四嗪化合物和橡膠反應(yīng)，從而降低橡膠的滾動阻力。其中，四嗪化合物的作用僅僅是利用四嗪化合物上的極性基團，增強改性反應(yīng)后橡膠和白炭黑/炭黑無機填料表面極性基團(如硅羥基等)的分子間結(jié)合力，起到兩相界面“偶聯(lián)劑”的作用。而且該現(xiàn)有技術(shù)中所使用的交聯(lián)體系仍為傳統(tǒng)的硫磺/促進劑交聯(lián)體系，所得橡膠產(chǎn)品不具有反復(fù)加工功能，不能實現(xiàn)可循環(huán)再利用。

而現(xiàn)有技術(shù)中具有反復(fù)加工功能的橡膠產(chǎn)品往往是通過鍵能較弱的離子鍵或者氫鍵等來實現(xiàn)，其力學(xué)性能較弱(一般拉伸強度不超過5MPa)且需要通過多步有機溶液法制備，很難實現(xiàn)工業(yè)化運用。而利用物理機械的方法將傳統(tǒng)硫化后的廢舊橡膠磨成粉末當(dāng)作填料再利用的方法屬于高耗能工藝，且粉塵污染等產(chǎn)生一系列環(huán)保問題。以上問題亟待解決。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中配位交聯(lián)橡膠的制備對彈性體不具有普適性且所得橡膠產(chǎn)品無法循環(huán)再利用的缺陷，提供一種原料組合物、橡膠材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的原料組合物制備得到的橡膠材料對彈性體具有普適性，且具有良好的力學(xué)性能和循環(huán)再利用的特性。

發(fā)明人在研發(fā)過程中，嘗試了多種可能的方法來實現(xiàn)通用不飽和橡膠的配位交聯(lián)：如使用含有配位基團的硫醇通過巰點擊技術(shù)在彈性體上引入配位基團和金屬鹽配位交聯(lián)，但是巰點擊化學(xué)反應(yīng)需要在有機溶劑中進行且硫醇試劑具有惡臭味，試驗過程不僅不環(huán)保且難以實現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)；另如采用環(huán)氧化的方法將不飽和橡膠上的雙鍵開環(huán)引入環(huán)氧基團，以此為基礎(chǔ)再引入各種配體基團，此方法亦需要通過多步改性，不僅工藝復(fù)雜產(chǎn)率低且過程中使用的溶劑大大增加了對環(huán)境排放的壓力。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題：

本發(fā)明提供一種原料組合物，包括下述組分：

含有不飽和碳碳雙鍵的橡膠100份，所述橡膠中的不飽和碳碳雙鍵的摩爾數(shù)與所述橡膠中的全部聚合單體的摩爾數(shù)之比為5％～100％；