CN102775654B - 液相搅拌混合白炭黑和天然胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及轮胎橡胶胶料生产领域，尤其涉及一种液态白炭黑和液态天然胶在液相中混合的方法。液相搅拌混合白炭黑和天然胶的制备方法，该方法包括以下的步骤：1）浆料制备；2）混合，3）凝固、脱水、洗涤、烘干。本发明采用液-液高速搅拌混合有效地保存了天然胶大分子的原状，使天然胶的强力得以有效保留；大幅度提高了混合胶的强力和耐磨性；应用本法混合的胶料强力大幅提升，生热性和滞后损失明显降低；本发明生产的混合胶可单独使用，也可按任意比例与天然胶、合成胶及天然胶炭黑母胶，合成胶炭黑母胶并用；本发明直接用液相白炭黑和液相天然胶搅拌混合，其工艺简单，占地面积小，设备投资低，生产过程中无粉尘污染。
Description
技术领域
本发明涉及轮胎橡胶胶料生产领域，尤其涉及一种液态白炭黑和液态天然胶在液相中混合的方法。
背景技术
天然胶因其具有优良的物理机械性能被广泛应用于轮胎工业和橡胶工业。由于天然胶分子量极高（平均分子量为70万左右），用传统的干法混炼，首先要对天然胶进行塑炼（通过机械力及高温降解降低分子量）然后在机械的剪切过程中加入所需的炭黑，白炭黑及其他活化剂、防老剂、硫化剂。在这一过程中天然胶的大分子严重受损，以致于强力磨耗性能下降。为弥补强力和磨耗的下降。设计人员传统大量采用粒径小，比表面积大的硬质炭黑加以补强。这样虽然强力和磨耗能得以提高，但随之胶料生热量也随之提高。以致轮胎在高速行驶因生热高而造成早期冠空和肩空。为了降低生热，往往加入少量的白炭黑。白炭黑具有生热低、抗湿滑性能佳的特点。
传统干法混炼方法如中国发明专利申请（申请号：200910050337.2申请日：2009-04-30）公开了一种偶联剂改性白炭黑增强载重轮胎胎面胶性能的方法，该方法是：纳米白炭黑经过120℃真空干燥除去水分，进行偶联剂表面处理，偶联剂的用量为纳米白炭黑粉体重量1%～10%；在保持橡胶原有生产配方不变和生产流程不变的基础上，在橡胶混炼过程中添加生胶重量的20%～30%偶联剂改性后的纳米白炭黑复合粉体，测试结果表明，添加复合纳米白炭黑粉体后载重轮胎胎面胶的拉伸强度、撕裂强度、硬度等大幅度提高。而应用传统干法混炼加入多量的白炭黑势必影响胶料的强力和耐磨性能。
但用传统干法混炼方法有两个致命弱点：一是白炭黑是亲水的无机物很难溶入到疏水的天然胶中，必须进行过分混炼（增加混炼段数），这样必然破坏了橡胶分子链的整体性，造成了强力降低。另外白炭黑应用干法混炼无法形成天然胶与白炭黑的一体性。这样大量填充的白炭黑的胶料获取不到高耐磨性。总之，加入大量的高比表面积的硬质炭黑可获取较高强力的混炼胶，但无疑会造成胶料生热过大，滚动阻力高。而使用液相搅拌法混合的白炭黑天然胶的制备方法完全可弥补上述两项不足。
液相搅拌法混合方法如中国发明专利申请（申请号：201110064299.3申请日：2011-03-17）公开了一种湿法混炼天然橡胶料的制备方法，其方法包括：配制浆料15%～40%白炭黑干料浸泡在60%～85%的去离子水中，加入偶联剂、表面活性剂混合均匀-研磨-制取胶乳混合液-取天然胶乳-将白炭黑水分散体加入到胶乳中，搅拌混合成胶乳混合液-絮凝-在混合液中加入醋酸，经洗胶机进行洗胶和脱水-送至橡胶造粒机造粒，然后将胶料粒送入箱式干燥柜中进行干燥。采用该方法制造的轮胎滚动阻力小，生热低，抗张强度和抗撕强度高，胶料的耐老化性能好。实现了白炭黑的混炼在液相中进行，分散性和均匀性提高。但是，该专利中白炭黑浆料需采用去离子水浸泡，同时，在加工过程中需要经过研磨，这样增加了工艺步骤，提高了生产的成本；另外，对于天然胶乳在搅拌过程中，会出现凝结，出现大颗粒，导致混合不均匀。
发明内容
为了采用白炭黑全部替代或大部分替代炭黑，以降低轮胎的滚动阻力，提高抗湿滑及耐磨性能，以生产出节能环保轮胎。本发明的目的是提供一种液相搅拌混合白炭黑和天然胶的制备方法，该方法具有产品性能高，实施方便的特点。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
液相搅拌混合白炭黑和天然胶的制备方法，该方法包括以下的步骤：
1）浆料制备
甲组分制备：
固含量10%~50%的液态白炭黑，白炭黑以干料计5~120份；
加入白炭黑干料重量的0.5%~8%硅烷偶联剂，0.1%~2.0%稳定剂，0.1%~2.0%防沉剂，0.1%~2.0%分散剂，搅拌：速度1000~4000rpm，搅拌时间2~10分钟；
乙组分配制：
固体含量20%~70%的天然胶乳，天然胶乳以干料计100份；
加入天然胶乳干料重量0.1%~2.0%的稳定剂，搅拌：转速1000-4000rpm，搅拌1～5分钟；
2）混合
在乙组分高速搅拌中加入甲组分，搅拌速度2000~6000rpm，常温搅拌8~20分钟；
3）凝固、脱水、洗涤
①在经混匀后的混合液中缓慢加入经稀释过的凝固剂，加入量为混合液重量0.01%~1.5%的凝固剂进行凝固，回收残液；
②凝固后的胶料先用压机将部分凝固液挤压出并回收再利用，再将挤压后的胶料在破胶机上挤压，挤出凝固液，并作回收，破胶机挤压后的胶料进行破碎，洗涤，离心机脱水，烘干。
作为优选，上述的步骤1）中加入的硅烷偶联剂为白炭黑干料重量的1%~5%。
作为优选，上述的硅烷偶联剂选用双-[丙基三乙氧基硅烷]-四硫化物、双-[丙基三乙氧基硅烷]-二硫化物中的一种或两种混合。
作为优选，上述的步骤1）中甲组分制备加入的稳定剂为白炭黑干料重量的0.1%~0.9%，防沉剂为白炭黑干料重量的0.1%~0.9%，分散剂为白炭黑干料重量的0.1%~0.9%。
作为优选，上述的分散剂选用甲撑二萘磺酸钠、二丁基萘磺酸钠、甲撑二异丙基萘磺酸钠、甲撑二异丙基萘磺酸钾和焦磷酸钠中的一种或多种混合。
作为优选，防沉降剂选用聚丙烯酸钠、吐温和司班中的一种或多种混合。
作为优选，步骤1）中乙组分制备加入的稳定剂为天然胶乳干料重量的0.1%~0.9%。
作为优选，稳定剂选用氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、月桂酸、酪素、环氧乙烷与醇的缩合物和N-甲基N-油酸酰基牛酸钠中的一种或多种混合。
作为优选，步骤3）中凝固剂的加入量为0.1%~0.5%。
作为优选，凝固剂选用盐酸、硫酸、乙酸、甲酸、氯化钙、硝酸钙、乙酸环己胺和聚丙二醇中的一种或多种混合。
本发明由于采用了上述的技术方案，具有以下的有益效果：
1、本发明采用液-液高速搅拌混合有效地保存了天然胶大分子的原状，使天然胶的强力得以有效保留；
2、液-液高速搅拌混合有效地实现了橡胶和白炭黑的均匀一体性，从而大幅度提高了混合胶的强力和耐磨性；
3、液-液高速搅拌混合彻底解决了混炼时的粉尘飞扬，明显改善了工作环境；
4、应用本法混合的胶料强力大幅提升，生热性和滞后损失明显降低；
5、应用本法所生产的混合胶可单独使用，也可按任意比例与天然胶、合成胶及天然胶炭黑母胶，合成胶炭黑母胶并用；
6、本发明直接用液相白炭黑和液相天然胶搅拌混合，其工艺简单，占地面积小，设备投资低，生产过程中无粉尘污染。各橡胶制品厂使用方便，特别适用于轮胎厂。
具体实施方式
实施例1
采用离心浓缩天然胶乳和白炭黑浆料
A、配制浆料
A组分
| 配方 | 组成（%） |
| 白炭黑浆料（25%含量） | 85.47 |
| 水 | 13.33 |
| Si69 | 0.66 |
| 稳定剂 | 0.410 |
| 防沉剂 | 0.020 |
| 分散剂 | 0.103 |
B组分
| 配方 | 组成（%） |
| 浓缩天然胶乳 | 56.31 |
| 稳定剂 | 0.54 |
| 水 | 43.15 |
各自在1500~2500rpm搅拌2~5分钟。
B、混合搅拌，在B组分高速搅拌中缓缓加入A组分，A组分与B组分的质量比为0.8:1，搅拌速度在2000~6000rpm，搅拌10分钟。
C、在混合料中缓慢加入0.3kg冰醋酸，瞬间凝固。
D、压滤，在压机上压，挤压出部分液体，回收。
E、轧压，在前后辊均有齿的破胶机上碾压3~5次，挤压出剩余液体，回收。
F、粉碎，在装有纵横裁切的破碎机上粉碎成≤1mm3的颗粒。
G、洗涤，用PH为7.5~8.5的水中洗涤中和多余的醋酸至中性。
H、脱水，用脱水机离心机甩干表面的水分。
J、烘干，在外接间接蒸汽热源，带有鼓风机循环的箱式干燥流水线上烘干至成品。
实施例2
采用直接从橡胶树采集的新鲜胶水和白炭黑浆料
A、配制浆料
A组分
| 配方 | 组成（%） |
| 白炭黑浆料（25%含量） | 85.47 |
| 水 | 13.33 |
| Si69 | 0.66 |
| 稳定剂 | 0.410 |
| 防沉剂 | 0.020 |
| 分散剂 | 0.103 |
B组分
| 配方 | 组成（%） |
| 新鲜胶水 | 99.056 |
| 稳定剂 | 0.944 |
| 水 |
各自在1500~2500rpm搅拌2~5分钟。
B、混合搅拌，在B组分高速搅拌中缓缓加入A组分，A组分与B组分的质量比为1:1，搅拌速度在2000~6000rpm，搅拌10分钟。
C、在混合料中缓慢加入0.3kg冰醋酸，瞬间凝固。
D、压滤，在压机上压，挤压出部分液体，回收。
E、轧压，在前后辊均有齿的破胶机上碾压3~5次，挤压出剩余液体，回收。
F、粉碎，在装有纵横裁切的破碎机上粉碎成≤1mm3的颗粒。
G、洗涤，用PH为7.5~8.5的水中洗涤中和多余的醋酸至中性。
H、脱水，用脱水机离心机甩干表面的水分。
J、烘干，在外接间接蒸汽热源，带有鼓风机循环的箱式干燥流水线上烘干至成品。
实施例3
40phr白炭黑含量配方
A、配制浆料
A组分
| 配方 | 组成（PHR） |
| 白炭黑浆料（25%含量） | 33.2 |
| 水 | 5.18 |
| Si69 | 0.25 |
| 稳定剂 | 0.15 |
| 防沉剂 | 0.008 |
| 分散剂 | 0.04 |
B组分
| 配方 | 组成（PHR） |
| 新鲜胶水 | 32.6 |
| 稳定剂 | 1.55 |
| 水 | 25 |
各自在1500~2500rpm搅拌2~5分钟。
B、混合搅拌，在B组分高速搅拌中缓缓加入A组分，A组分与B组分的质量比为1:1，搅拌速度在2000~6000rpm，搅拌10分钟。
C、在混合料中缓慢加入0.3kg冰醋酸，瞬间凝固。
D、压滤，在压机上压，挤压出部分液体，回收。
E、轧压，在前后辊均有齿的破胶机上碾压3~5次，挤压出剩余液体，回收。
F、粉碎，在装有纵横裁切的破碎机上粉碎成≤1mm3的颗粒。
G、洗涤，用PH为7.5~8.5的水中洗涤中和多余的醋酸至中性。
H、脱水，用脱水机离心机甩干表面的水分。
J、烘干，在外接间接蒸汽热源，带有鼓风机循环的箱式干燥流水线上烘干至成品。
实施例4
30phr白炭黑含量配方
A、配制浆料
A组分
| 配方 | 组成（PHR） |
| 白炭黑浆料（25%含量） | 27.2 |
| 水 | 4.24 |
| Si69 | 0.21 |
| 稳定剂 | 0.13 |
| 防沉剂 | 0.006 |
| 分散剂 | 0.032 |
B组分
| 配方 | 组成（PHR） |
| 新鲜胶水 | 35．65 |
| 稳定剂 | 1.7 |
| 水 | 27.33 |
各自在1500~2500rpm搅拌2~5分钟。
B、混合搅拌，在B组分高速搅拌中缓缓加入A组分，A组分与B组分的质量比为1:1，搅拌速度在2000~6000rpm，搅拌10分钟。
C、在混合料中缓慢加入0.3kg冰醋酸，瞬间凝固。
D、压滤，在压机上压，挤压出部分液体，回收。
E、轧压，在前后辊均有齿的破胶机上碾压3~5次，挤压出剩余液体，回收。
F、粉碎，在装有纵横裁切的破碎机上粉碎成≤1mm3的颗粒。
G、洗涤，用PH为7.5~8.5的水中洗涤中和多余的醋酸至中性。
H、脱水，用脱水机离心机甩干表面的水分。
J、烘干，在外接间接蒸汽热源，带有鼓风机循环的箱式干燥流水线上烘干至成品。
试验例1
各试验胶料基本配方对比：
实施例5~8
胎面胶胶料该胶料按重量份计包括下表的组分，其中对比例为采用天然橡胶和炭黑混炼而成，实施例5~8为采用实施例1或实施例2制得的液相分散白炭黑胶乳混合物（表中以LNSC表示）加入或不加入天然橡胶和炭黑混炼而成。
上述的实施例5~8的胎面胶胶料按以下的方法混炼制备得到：
（一）塑炼段
加液相分散白炭黑胶乳混合物、硬脂酸、氧化锌、微晶蜡、防老剂RD和防老剂4020，转子转速45rpm压坨保持至140℃，提坨开加料门排气40秒转子转速30rpm压坨保持15秒至150℃，提坨开加料门排气60秒转子转速25rpm压坨保持至160℃提坨排胶；
（二）混炼1段
加天然橡胶、步骤（一）塑炼得到的胶料、炭黑，转子转速45rpm压坨保持60秒至140℃，提坨开加料门，排气30秒（加油）40rpm压坨保持15秒，至150℃提坨开门排气40秒，40rpm压坨保持至160℃提坨排胶；
（三）补充混炼2段
投步骤（二）获得的胶料，转子转速40rpm压坨保持40秒提坨，转子转速35rpm压坨保持20秒至150℃提坨排胶；
（四）加硫
投步骤（三）获得的胶料及硫磺细料，转子转速30rpm压坨保持30秒提坨，转子转速25rpm压坨保持20秒至110℃。
试验例2
将上述的对比例和实施例5~8制备得到的产品进行硫化，硫化得到的产品的测试数据如下：
动态性能的测试数据如下：
实施例9~11
矿山胎胎面胶胶料该胶料按重量份计包括下表的组分，其中对比例为采用天然橡胶和炭黑混炼而成，实施例9~11为采用实施例1或实施例2制得的液相分散白炭黑胶乳混合物（表中以LNSC表示）加入或不加入天然橡胶和炭黑混炼而成。
上述的实施例9~11的矿山胎胎面胶胶料按以下的方法混炼制备得到：
（一）塑炼段
加液相分散白炭黑胶乳混合物、硬脂酸、氧化锌、微晶蜡、防老剂RD和防老剂4020，转子转速45rpm压坨保持至140℃，提坨开加料门排气40秒转子转速30rpm压坨保持15秒至150℃，提坨开加料门排气60秒转子转速25rpm压坨保持至160℃提坨排胶；
（二）混炼1段
加天然橡胶、步骤（一）塑炼得到的胶料、CTP、R50、炭黑，转子转速45rpm压坨保持60秒至140℃，提坨开加料门，排气30秒（加油）40rpm压坨保持15秒，至150℃提坨开门排气40秒，40rpm压坨保持至160℃提坨排胶；
（三）补充混炼2段
投步骤（二）获得的胶料，转子转速40rpm压坨保持40秒提坨，转子转速35rpm压坨保持20秒至150℃提坨排胶；
（四）加硫
投步骤（三）获得的胶料及硫磺细料，转子转速30rpm压坨保持30秒提坨，转子转速25rpm压坨保持20秒至110℃。
试验例
将上述的对比例和实施例9~11制备得到的产品进行硫化，硫化得到的产品的测试数据如下：
实施例12~14
基部胶胶料该胶料按重量份计包括下表的组分，其中对比例为采用天然橡胶和炭黑混炼而成，实施例12~14为采用实施例1或实施例2制得的液相分散白炭黑胶乳混合物（表中以LNSC表示）加入或不加入天然橡胶和炭黑混炼而成。
上述的实施例12~14的基部胶胶料按以下的方法混炼制备得到：
（一）塑炼段
加液相分散白炭黑胶乳混合物、橡胶塑解剂WP、硬脂酸、纳米氧化锌、微晶蜡、防老剂RD和防老剂4020，转子转速45rpm压坨保持至140℃，提坨开加料门排气40秒转子转速30rpm压坨保持15秒至150℃，提坨开加料门排气60秒转子转速25rpm压坨保持至160℃提坨排胶；
（二）混炼1段
加天然橡胶、步骤（一）塑炼得到的胶料、抗疲劳剂G108、增硬补强剂9010、炭黑，转子转速45rpm压坨保持60秒至140℃，提坨开加料门，排气30秒（加油）40rpm压坨保持15秒，至150℃提坨开门排气40秒，40rpm压坨保持至160℃提坨排胶；
（三）补充混炼2段
投步骤（二）获得的胶料，转子转速40rpm压坨保持40秒提坨，转子转速35rpm压坨保持20秒至150℃提坨排胶；
（四）加硫
投步骤（三）获得的胶料及不溶性硫磺IS7020、硫化促进剂NS和促D，转子转速30rpm压坨保持30秒提坨，转子转速25rpm压坨保持20秒至110℃。
试验例4
将上述的对比例和实施例12~14制备得到的产品进行硫化，硫化得到的产品的测试数据如下：
实施例15~17
垫胶胶料该胶料按重量份计包括下表的组分，其中对比例为采用天然橡胶和炭黑混炼而成，实施例15~17为采用实施例1或实施例2制得的液相分散白炭黑胶乳混合物（表中以LNSC表示）加入或不加入天然橡胶和炭黑混炼而成。
上述的实施例3~5的垫胶胶料按以下的方法混炼制备得到：
（一）塑炼段
加液相分散白炭黑胶乳混合物、硬脂酸、纳米氧化锌、微晶蜡、防老剂RD和防老剂4020，，转子转速45rpm压坨保持至140℃，提坨开加料门排气40秒转子转速30rpm压坨保持15秒至150℃，提坨开加料门排气60秒转子转速25rpm压坨保持至160℃提坨排胶；
（二）混炼1段
加天然橡胶、步骤（一）塑炼得到的胶料、高芳烃油、204树脂、增硬补强剂9010、炭黑，转子转速45rpm压坨保持60秒至140℃，提坨开加料门，排气30秒（加油）40rpm压坨保持15秒，至150℃提坨开门排气40秒，40rpm压坨保持至160℃提坨排胶；
（三）补充混炼2段
投步骤（二）获得的胶料，转子转速40rpm压坨保持40秒提坨，转子转速35rpm压坨保持20秒至150℃提坨排胶；
（四）加硫
投步骤（三）获得的胶料及不溶性硫磺OT20、硫化促进剂NS和促D，转子转速30rpm压坨保持30秒提坨，转子转速25rpm压坨保持20秒至110℃。
试验例
将上述的对比例和实施例15~17制备得到的产品进行硫化，硫化得到的产品的测试数据如下：
Claims (10)
1.液相搅拌混合白炭黑和天然胶的制备方法，其特征在于该方法包括以下的步骤：
1）浆料制备
甲组分制备：
固含量10%~50%的白炭黑浆料，白炭黑以干料计5~120份；
加入白炭黑干料重量的0.5%~8%硅烷偶联剂，0.1%~2.0%稳定剂，0.1%~2.0%防沉剂，0.1%~2.0%分散剂，搅拌：速度1000~4000rpm，搅拌时间2~10分钟；
乙组分配制：
固体含量20%~70%的天然胶乳，天然胶乳以干料计100份；
加入天然胶乳干料重量0.1%~2.0%的稳定剂，搅拌：转速1000-4000 rpm，搅拌1~5分钟；
2）混合
在乙组分高速搅拌中加入甲组分，搅拌速度2000~6000 rpm，常温搅拌8~20分钟；
3）凝固、脱水、洗涤
①在经混匀后的混合液中缓慢加入经稀释过的凝固剂，加入量为混合液重量0.01%~1.5%的凝固剂进行凝固，回收残液；
②凝固后的胶料先用压机将部分凝固液挤压出并回收再利用，再将挤压后的胶料在破胶机上挤压，挤出凝固液，并作回收，破胶机挤压后的胶料进行破碎，洗涤，离心机脱水，烘干。
2.根据权利要求1所述的液相搅拌混合白炭黑和天然胶的制备方法，其特征在于：步骤1）中加入的硅烷偶联剂为白炭黑干料重量的1%~5%。
3.根据权利要求1或2所述的液相搅拌混合白炭黑和天然胶的制备方法，其特征在于：硅烷偶联剂选用双-[丙基三乙氧基硅烷]-四硫化物、双-[丙基三乙氧基硅烷]-二硫化物中的一种或两种混合。
4.根据权利要求1所述的液相搅拌混合白炭黑和天然胶的制备方法，其特征在于：步骤1）中甲组分制备加入的稳定剂为白炭黑干料重量的0.1%~0.9%，防沉剂为白炭黑干料重量的0.1%~0.9%，分散剂为白炭黑干料重量的0.1%~0.9%。
5.根据权利要求1或4所述的液相搅拌混合白炭黑和天然胶的制备方法，其特征在于：分散剂选用甲撑二萘磺酸钠、二丁基萘磺酸钠、甲撑二异丙基萘磺酸钠、甲撑二异丙基萘磺酸钾和焦磷酸钠中的一种或多种混合。
6.根据权利要求1或4所述的液相搅拌混合白炭黑和天然胶的制备方法，其特征在于：防沉降剂选用聚丙烯酸钠、吐温和司班中的一种或多种混合。
7.根据权利要求1所述的液相搅拌混合白炭黑和天然胶的制备方法，其特征在于：步骤1）中乙组分制备加入的稳定剂为天然胶乳干料重量的0.1%~0.9%。
8.根据权利要求1或4或7所述的液相搅拌混合白炭黑和天然胶的制备方法，其特征在于：稳定剂选用氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、月桂酸、酪素、环氧乙烷与醇的缩合物和N-甲基-N-油酸酰基牛磺酸钠中的一种或多种混合。
9.根据权利要求1所述的液相搅拌混合白炭黑和天然胶的制备方法，其特征在于：步骤3）中凝固剂的加入量为0.1%~0.5%。
10.根据权利要求1所述的液相搅拌混合白炭黑和天然胶的制备方法，其特征在于：凝固剂选用盐酸、硫酸、乙酸、甲酸、氯化钙、硝酸钙、乙酸环己胺和聚丙二醇中的一种或多种混合。
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