CN101928466A - 一种橡胶补强剂及其制备方法与应用 - Google Patents

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曹仲林
廖泽栋
刘寿山
舒友亮
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Abstract

本发明公开了一种橡胶补强剂及其制备方法与应用。橡胶补强剂是由造纸黑液与粘土按木质素与粘土的质量比为6:1~1:6,经稀硫酸中和、球磨、旋转蒸发得到的产品,其中无机盐与木质素的质量比为1:2~1:0.5,成品含水质量百分比为20%~60%。本发明利用造纸黑液和廉价的粘土直接脱水制备橡胶补强剂,其原料丰富,制备工艺简单,可降低橡胶补强剂的生产成本,同时制备过程无需过滤和洗涤等操作,避免了大量水的使用,实现了黑液零排放,能提高橡胶的力学性能和抗老化性能,可获得与炭黑相近的补强效果,具有较好的经济效益和社会效益。

Description

一种橡胶补强剂及其制备方法与应用
技术领域
[0001] 本发明涉及一种橡胶补强剂及其制备方法与应用;具体地说是一种利用造纸黑液 与粘土制备的橡胶补强剂及其制备方法与应用。
背景技术
[0002] 中国专利200410004756. X公开了一种用作橡胶补强剂的新型有机土,是由钙 基蒙脱土和季铵盐反应生成的,但用季铵盐改性制备的修饰蒙脱土,工艺较复杂,原材料 成本较高,价格较贵,推广有一定难度。而另一方面目前造纸企业的黑液是环境污染的重 要源头,而目前的处理方法成本较高,效率较低。一方面极大地浪费了黑液中的木质素,也 对环境造成了极大危害。如何以较低的成本回收黑液中大量的木质素,解决造纸废水的排 放问题是造纸企业的难题。101328282A和101525447A利用造纸黑液中的木质素作为粘 土的修饰剂代替传统的长链季胺盐或非离子型表面活性剂,达到了较好的补强效果。但其 制备过程要将粘土在5〜15倍的去离子水中搅拌24小时;按蒙脱土与木质素的质量比为 3 : 1〜1 : 3,在蒙脱土中加入造纸黑液,继续搅拌24小时;再用盐酸调节溶液pH=2〜3, 过滤,去离子反复洗涤至接近中性;需使用大量的水,能耗大,COD也难以达到排放标准。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于克服以上技术的不足,提供一种综合利用造纸黑液和粘土制备 的橡胶补强剂及其制备方法与应用。以实现降低橡胶补强剂的成本,彻底解决造纸废水的 排放和环境污染问题。
[0004] 本发明的橡胶补强剂是由造纸黑液与粘土按木质素与粘土的质量比为6:1〜 1:6,经稀硫酸中和、球磨、旋转蒸发得到的产品,其中无机盐与木质素的质量比为1:2〜 1 : 0. 5,成品含水量为20%〜60%ο
[0005] 本发明的橡胶补强剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)室温条件下,在造纸黑液中加入粘土和水,控制黑液中木质素与粘土的质量比为 6:1〜1:6,粘土与水的质量比为1:10〜1:20,搅拌24 h ;
(2)用稀硫酸调节pH=6〜7,继续搅拌24 h;
(3)将所得混合物球磨2〜4 h ;
(4)在15 mm Hg下减压旋转蒸发,得到含质量分数为20%〜60%的补强剂成品。
[0006] 所述粘土为钙基蒙脱土,钠基蒙脱土或高岭土。
[0007] 所述造纸黑液中的总碱与木质素质量比约为1:3〜1:1。
[0008] 本发明的橡胶补强剂的应用,在100质量份生胶中,加入10〜70质量份(以脱水 干燥混合物计)的橡胶补强剂成品,在开炼机上混炼2〜4 h,制成母胶,再按照现有方法制 成橡胶复合材料。
[0009] 所述生橡胶为丁腈橡胶或顺丁橡胶或丁苯橡胶。
[0010] 本发明的优点是:利用造纸黑液和廉价的粘土直接脱水制备橡胶补强剂,其原料丰富,制备工艺简单,可降低橡胶补强剂的生产成本,同时制备过程无需过滤和洗涤等操 作,避免了大量水的使用,实现了黑液零排放,能彻底解决造纸黑液的处理和综合利用。实 验结果表明,本发明的新型补强剂能显著提高橡胶的力学性能和抗老化性能,可获得与炭 黑相近的补强效果,具有较好的经济效益和社会效益。
具体实施方式
[0011] 下面结合实施例以更加详细地说明本发明: 实施例1 :
在反应釜中加入造纸黑液浓缩液(木质素质量含量约为25%,总碱质量含量约为10%, 下同)100 g,25. 00 g钠基蒙脱土和250 g水,搅拌24小时,接着滴加10: 1的稀硫酸34 ml,此时浆液的pH=6〜7,继续搅拌24小时,再球磨3 h后于15 mm Hg下旋转蒸发至含水 20〜60%,得到其中钠基蒙脱土和木质素质量比例为1:1的含水造纸黑液/粘土混合物备用。
[0012] 实施例2:
在反应釜中加入造纸黑液浓缩液100 g,25. 00 g高岭土和250 g水,搅拌24小时,接 着滴加10:1的稀硫酸34 ml,此时浆液的pH=6〜7,继续搅拌24小时,再球磨3 h后于15 mm Hg下旋转蒸发至含水20〜60%,得到其中高岭土和木质素质量比例为1 : 1的含水造纸 黑液/粘土混合物备用。
[0013] 实施例3:
在反应釜中加入造纸黑液浓缩液100 g,25. 00 g钙基蒙脱土和250 g水,搅拌24小时, 接着滴加10:1的稀硫酸34 ml,此时浆液的pH=6〜7,继续搅拌24小时,再球磨3 h后于 15 mm Hg下旋转蒸发至含水20〜60%,得到其中钙基蒙脱土和木质素质量比例为1:1的含 水造纸黑液/蒙脱土混合物备用。
[0014] 实施例4:
在反应釜中加入造纸黑液浓缩液100 g,4. 17 g钙基蒙脱土和42 g水,搅拌24小时, 接着滴加10:1的稀硫酸34 ml,此时浆液的pH=6〜7,继续搅拌24小时,再球磨3 h后于 15 mm Hg下旋转蒸发至含水20〜60%,得到其中钙基蒙脱土和木质素质量比例为1:6的含 水造纸黑液/蒙脱土混合物备用。
[0015] 实施例5:
在反应釜中加入造纸黑液浓缩液100 g,8.33 g钙基蒙脱土和83 g水,搅拌24小时, 接着滴加10:1的稀硫酸34 ml,此时浆液的pH=6〜7,继续搅拌24小时,再球磨3 h后于 15 mm Hg下旋转蒸发至含水20〜60%,得到其中钙基蒙脱土和木质素质量比例为1:3的含 水造纸黑液/蒙脱土混合物备用。
[0016] 实施例6:
在反应釜中加入含造纸黑液浓缩液50 g,37.50 g钙基蒙脱土和375 g水,搅拌24小 时,接着滴加10:1的稀硫酸17 ml,此时浆液的pH=6〜7,继续搅拌24小时,再球磨3 h后 于15 mm Hg下旋转蒸发至含水20〜60%,得到其中钙基蒙脱土和木质素质量比例为3:1的 含水造纸黑液/蒙脱土混合物备用。
[0017] 实施例7:在反应釜中加入造纸黑液浓缩液25 g,37.5 g钙基蒙脱土和375 g水,搅拌24小时, 接着滴加10:1的稀硫酸8. 5 ml,此时浆液的pH=6〜7,继续搅拌24小时,再球磨3 h后于 15 mm Hg下旋转蒸发至含水20〜60%,得到其中钙基蒙脱土和木质素质量比例为6:1的含 水造纸黑液/蒙脱土混合物备用。
[0018] 实施例8:
(1 : 1)造纸黑液/粘土混合物作为丁腈橡胶补强剂的应用。
[0019] 基本配方见表1:
制备方法是:在100份生胶中,加入实施例1〜3所制备的新型补强剂30份(以脱水 干燥混合物计),在开炼机上混炼2〜4 h,制成母胶;按照常规方法添加其它助剂用开炼机 混炼至均勻;将混炼胶在135 °C下用平板硫化机进行硫化,制备出造纸黑液/蒙脱土混合 物填充丁腈橡胶复合材料。
[0020] 本实施例的丁腈橡胶复合材料的力学性能和老化性能见表2。
[0021]表 2
实施例9 :
实施例3〜7所制备的不同比例造纸黑液/钙基蒙脱土混合物作为丁腈橡胶补强剂的应用。
[0022] 本实施例的丁腈橡胶复合材料的力学性能和老化性能见表3。
[0023]表 3
实施例10 :
(1:1)造纸黑液/钙基蒙脱土混合物作为丁腈橡胶补强剂的应用: 本实施例补强的丁腈橡胶复合材料的力学性能和老化性能见表4。 [0024] 表 4
两种补强剂补强的丁腈橡胶复合材料的力学性能和老化性能比较见表5,补强剂中钙 基蒙脱土和木质素比例为1:1,补强剂份数为30份。 [0025] 表 5
实施例11 :(1:1)造纸黑液/钙基蒙脱土混合物作为顺丁橡胶补强剂的应用: 本实施例基本配方见表6。硫化温度135 °C。 [0026] 表6补强顺丁橡胶基本配方
本实施例补强的顺丁橡胶复合材料的力学性能和老化性能见表7。 [0027] 表 7
两种补强剂补强的顺丁橡胶复合材料的力学性能和老化性能比较见表8,补强剂中钙 基蒙脱土和木质素比例为1:1,补强剂份数为30份。 [0028]表 8
实施例12 : (1:1)造纸黑液/钙基蒙脱土混合物作为丁苯橡胶补强剂的应用: 本实施例基本配方见表9。硫化温度150 °C。 [0029] 表9补强丁苯橡胶基本配方
本实施例补强的丁苯橡胶复合材料的力学性能和老化性能见表10。 [0030] 表 10
两种补强剂补强的丁苯橡胶复合材料的力学性能和老化性能比较见表11,补强剂中钙 基蒙脱土和木质素比例为1:1,补强剂份数为30份。 [0031]表

Claims (5)

  1. 一种橡胶补强剂,其特征在于,是由造纸黑液与粘土按木质素与粘土的质量比为6:1~1:6,经稀硫酸中和、球磨、旋转蒸发得到的产品,其中无机盐与木质素的质量比为1:2~1:0.5,成品含水量为20%~60%。
  2. 2. 一种橡胶补强剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)室温条件下,在造纸黑液中加入粘土和水,控制黑液中木质素与粘土的质量比为 6:1〜1:6,粘土与水的质量比为1:10〜1:20,搅拌24 h ;(2)用稀硫酸调节pH=6〜7,继续搅拌24 h;(3)将所得混合物球磨2〜4 h ;(4)在15 mm Hg下减压旋转蒸发,得到含质量分数为20%〜60%的补强剂成品。
  3. 3.根据权利要求2所述的橡胶补强剂的制备方法,其特征在于,所述粘土为钙基蒙脱 土,钠基蒙脱土,高岭土。
  4. 4.权利要求1的橡胶补强剂的应用,其特征在于,在100质量份生胶中,加入10〜70 质量份橡胶补强剂成品,在开炼机上混炼2〜4 h,制成母胶,再按照现有方法制成橡胶复 合材料。
  5. 5.根据权利要求4所述橡胶补强剂的应用,其特征在于,所述生橡胶为丁腈橡胶或顺 丁橡胶或丁苯橡胶。
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