[發明專利]一種木質素-二氧化硅復合材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202110848612.6
• 申請日: 2021-07-27
• 公開（公告）號: CN113480862B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 朱晨杰;邱嘉寶;莊偉;應漢杰;李明;沈濤;譚卓濤
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C08L97/00
• 分類號: C08L97/00;C08K3/36;C08H7/00;C08L7/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 仲凌霞;肖明芳

本發明公開了一種木質素?二氧化硅復合材料及其制備方法與應用，所述木質素?二氧化硅復合材料的制備方法為將胺化木質素與偏硅酸鈉溶液進行第一反應，加入氯化銨溶液進行第二反應，調節pH為1～5進行第三反應，即得木質素?二氧化硅復合材料。本發明制備出的木質素?二氧化硅復合材料在填充橡膠時，與橡膠大分子形成共價交聯網絡，提高材料的交聯程度，從而實現補強作用，同時可以顯著降低橡膠的生熱和滾動阻力，有效地提高橡膠的性能。

技術領域

本發明屬于二氧化硅復合材料應用技術領域，具體涉及一種木質素-二氧化硅復合材料及其制備方法與應用。

背景技術

隨著經濟的發展，人們生活水平的提高，汽車已經成為家家戶戶出行的必要交通工具，傳統輪胎由于添加了有致癌作用的橡膠配合劑，嚴重污染了環境，被人們稱為“黑色污染”，因此“綠色輪胎”應運而生，推動綠色輪胎產業化發展既是市場行為又符合環保，節油的需求，也是應對歐盟2012年11月1日正式生效的輪胎標簽法規的需要，綠色輪胎在繼續降低生熱和滾動阻力的同時，對節油和減少污染產生巨大作用。

天然橡膠(NR)有著合成橡膠不可比擬的優異性能，但負重輪的NR膠層一般厚度較大，且NR基復合材料本身是熱的不良導體，在周期性外力作用下，其應變滯后于應力，滯后損失的機械能轉化為熱量而導致溫度升高，同時積累的熱量不能及時傳導出去，因此負重輪經過長時間的高溫運轉，膠層老化加速甚至出現崩花掉塊現象，大幅縮短了使用壽命。隨著綠色輪胎的普及，生熱性能成為橡膠材料使用性能的一個關鍵指標，降低橡膠材料生熱是提高輪胎質量和延長輪胎使用壽命的重要途徑。

白炭黑應用于輪胎工業始于1992年，其優勢主要體現在高環保性、節能性和安全舒適性三方面，很好解決了“黑色污染”、降低了橡膠的生熱、提高了抗濕滑性能及抓地力。納米SiO₂是白炭黑的主要成分，其表面富含硅羥基，表現出強極性，能夠刺穿水膜，具有較高的抗濕滑性能，同時通過硅烷偶聯劑的偶合作用，很好地平衡了抗濕滑性能與滾動阻力。但SiO₂極性較大，添加到非極性橡膠中時，由于相容性差導致補強效果不佳，同炭黑相比耐磨性大大降低。而木質素分子中含有酚羥基，羰基，苯環，醚鍵，碳碳雙鍵等，表面富含活性羥基，并且可經一系列化學改性，從而能夠在聚合物中穩定分散，將木質素和二氧化硅復合制備納米填料，改善了無機納米顆粒在橡膠中不易分散，易團聚的問題，提高了橡膠的物理機械性能，具有很強的應用前景。

目前，制備木質素/氧化硅復合材料的方法主要有溶膠—凝膠法、沉淀法、球磨法等例如：CN104525191 A采用溶膠—凝膠法先預處理稻殼，提取硅酸鈉和木質素，經過木質素與聚乙二醇的協同作用與硅酸鈉的水解制備木質素/氧化硅復合材料，這種方法雖然流程簡單，原料廉價的優點，但是這種方法做出來的木質素/氧化硅復合物必然粒徑大、分散性差且極其不規整，這是由木質素固體粉末自身顆粒大且團聚嚴重等結構缺陷所決定的。CN107771791 A將木質素磺酸鹽/季銨鹽型陽離子表面活性體系中加入硅酸乙酯，氨水制備木質素氧化硅復合物，這種方法制備的復合物相容性好，可降解但是氨水有較強的刺激性和毒性，不符合綠色化學的基本要求。CN108912417A先對木質素進行酚化改性，再與天然橡膠，硅酸鈉，木質素自組裝形成雜化材料，此法制備的木質素/氧化硅復合物存在團聚嚴重、形貌不規整且木質素的負載量偏低等缺點。CN102796295A將丁苯橡膠，二氧化硅，木質素，炭黑簡單共混制備木質素/氧化硅橡膠組合物，盡管此法成本低且易于工業化，但是制備的木質素/氧化硅復合物的粒徑太大、分散性差，且無法保證木質素和氧化硅顆粒均勻混合，與聚合物材料的相容性差的問題難以解決，從而導致聚合物材料的力學性能降低。CN104817851 A采用炔基木質素與疊氮納米二氧化硅反應制備三氮唑木質素/氧化硅復合物，此法中運用疊氮化合物增加了成本，不利于工業化生產。因此，本發明提供了一種木質素-二氧化硅復合材料及其制備方法與應用。

發明內容

發明目的：本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種木質素-二氧化硅復合材料及其制備方法。

本發明還要解決的技術問題是提供上述木質素-二氧化硅復合材料的應用。