[發明專利]一種橡膠補強填料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110791527.0
• 申請日: 2021-07-13
• 公開（公告）號: CN113278202B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 王先廣;杜高翔;唐紹文;陳強;羅音
• 申請（專利權）人: 江西省礦產資源保障服務中心;北京依依星科技有限公司
• 主分類號: C08K9/06
• 分類號: C08K9/06;C08K9/04;C08K3/34;C08K3/22;C08K3/36;C08K3/04;C08L21/00
• 代理公司: 北京興智翔達知識產權代理有限公司 11768
• 代理人: 郭衛芹

本發明總體地屬于無機非金屬材料領域，具體地涉及一種橡膠補強填料及其制備方法。該制備方法以新型礦物為原料，首先，通過烘干和焙燒去除水和有機物等雜質；在深冷條件下，氣流粉碎細磨，得到超細粉體，再分級確保所有粉體d₉₇＜5μm，d_max＜10μm；最后，在高溫條件下，利用表面活性劑改性，即可制備得到。制備出的新型橡膠補強填料，其粒度均勻，作為填料加入到橡膠當中，可以提高橡膠的力學性能，并有助于膠料在硫化后的形狀和尺寸保持穩定。另外，本發明所使用的新型礦物原料儲量巨大，性能穩定，相較于現有的碳黑和白炭黑等補強填料，具有原料安全環保，成本低廉，制備高效，補強效果好等優勢，為橡膠補強填料提供了一種新的制備途徑。

技術領域

本發明總體地屬于無機非金屬材料領域，具體地涉及一種橡膠補強填料及其制備方法。

背景技術

除天然橡膠(NR)和氯丁橡膠(CR)等少數自補強橡膠品種外，大部分合成橡膠在不填充補強填料的情況下性能較差，單獨使用的價值不大。補強填料在橡膠加工中具有重要而又獨特的作用。它可以提高橡膠的力學性能，對非自補強型膠種如丁苯橡膠(SBR)、丁腈橡膠(NBR)等更是不可或缺；可以滿足膠料加工工藝要求，減小膠料的收縮率，有利于成型，并有助于膠料在硫化后的形狀和尺寸保持穩定；有些品種還具有其他作用，如阻燃、導電、耐熱等；可以降低膠料成本。

橡膠填料以降低膠料成本、確保產品質量為主旨，以大劑量添加到主體材料——橡膠中；而補強劑大多以提高或滿足性能要求為使用目的，如炭黑和白炭黑；兩者之間有相似之處。橡膠補強填料綜合了橡膠填料和補強劑的優點，即以填料為原料，通過機械加工和化學改性的途徑，得到的材料在性能和使用效果方面均與使用補強劑接近，而成本則介于上述兩者之間。近年來，伴隨著發展各類橡膠制品的需要，經過改性提高的補強填料的品種和用量與日俱增，已經成為橡膠配合劑中的一個新門類。

炭黑(CB)是由固態、液態或氣態烴類物質經過不完全燃燒或裂解生成的一種化工產品。炭黑作為橡膠制品的重要補強劑和填料，在于它具有提高橡膠的機械性能等作用，主要起補強、著色、導電、提高耐候性等作用，迄今已有超過100年的歷史。長期以來，輪胎一直都是利用炭黑來進行補強的。但是，在2017年世界衛生組織國際癌癥研究機構公布的致癌物清單初步整理參考，碳黑在2B類致癌物清單中，不論是生產制造或者使用炭黑，都會對地區環境和從業人員身心健康，帶來潛在危害。

在白色、淺色填料中，補強效果能接近炭黑的，僅白炭黑一個品種。白炭黑又稱水合二氧化硅、活性二氧化硅和沉淀二氧化硅，分子式SiO₂·nH₂O。它是高度分散狀的無定形粉末或絮狀粉末，密度小，電絕緣性、多孔性和吸水性很高。其原始顆粒粒徑小于3μm，故比表面積大，因此具有很好的補強和增粘作用以及良好的分散性、懸浮性和振動液化特性。白炭黑根據制造方法大致可分為濕法白炭黑(水合硅酸)和干法白炭黑(無水硅酸)兩種。硅橡膠中干法白炭黑的用量非常大，尤其是熱硫化硅橡膠，其添加量可達40％～50％，但其成本較高，因此，橡膠通常使用濕法白炭黑。目前在氫化丁腈橡膠(HNBR)、氟橡膠(FKM)、順丁橡膠、丁苯橡膠和異戊橡膠等中均有應用。盡管濕法白炭黑相比于干法白炭黑大大降低成本，但是仍具有制備工藝復雜，價格昂貴的缺陷。

因此，如何研發一種新的橡膠補強填料，既能達到二氧化硅和碳的補強效果，又能有效降低成本，減少工藝流程，適用于工業化大規模生產，是本領域亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種以新型礦物為原料制備的橡膠補強填料，該方法充分利用新型礦物中含有碳和二氧化硅的組分，對其除雜、細磨、分級并改性。制備得到新型橡膠補強填料，其粒度均勻，且最大粒徑小于10μm，作為填料加入到橡膠當中，可以提高橡膠的力學性能，并有助于膠料在硫化后的形狀和尺寸保持穩定。

本發明所使用的新型礦物原料是在江西省某地發現的一種新型天然礦物，該新型礦物外觀為黑色，儲量巨大，性能穩定，相較于現有的碳黑和白炭黑，具有原料安全環保，成本低廉易得等優勢。