CN103524799A - 一种白炭黑-极性橡胶杂化网络增强橡胶材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种白炭黑-极性橡胶杂化网络增强橡胶材料的制备方法，该方法基于氢键配位理论，通过加入能与白炭黑表面羟基形成氢键的极性橡胶，利用极性橡胶与白炭黑表面羟基的强的氢键相互作用对白炭黑表面进行改性，同时利用极性橡胶与基体橡胶间的共硫化，提高白炭黑与基体橡胶间的相互作用。该技术应用与胎面胶配方中，在不提高产品成本的前提下，将显著提高胎面胶的耐磨性和抗湿滑性并降低滚动阻力。
Description
技术领域
本发明属于白炭黑与橡胶的复合材料技术领域，涉及一种白炭黑-极性橡胶杂化网络增强橡胶材料的制备方法。
背景技术
目前，对轮胎性能的要求主要体现在以下三个方面：（Ⅰ）安全性—高抗湿滑性和易操纵性；（Ⅱ）经济性—低滚动阻力和高的耐磨性；（Ⅲ）舒适性-低噪音和减震等。其中滚动阻力、抗湿滑性和耐磨性被称为轮胎的“三大行驶性能”，三项性能之间相互影响、制约。降低滚动阻力、改善抗湿滑性、提高耐磨性成为发展高性能轮胎的主要方向。
随着节能环保要求的不断提高，性能优良、绿色环保的补强剂白炭黑倍受青睐，在橡胶工业中的市场将继续扩大。然而，由于白炭黑偏酸性及其较强的吸附作用，如果橡胶配方中填充过多的白炭黑，会延迟硫化速度；另一方面白炭黑粒径极小，比表面积较大，表面有一层均匀的硅氧烷和硅醇羟基，具有很强的亲水性，容易相互凝聚成团，在有机相中难以湿润和分散，使得掺用白炭黑的胶料粘度大幅度升高，胶料加工困难。如何对白炭黑进行表面改性，提高白炭黑在橡胶配方中的补强性能，成为扩大白炭黑应用的关键。
目前在橡胶工业，白炭黑最常用的表面改性剂是硅烷偶联剂、硬脂酸、氯硅烷类、醇类、硅氧烷类等小分子化合物。这些小分子化合物可以与白炭黑表面的羟基发生反应，提高白炭黑与基体橡胶的相互作用。但利用这些小分子作为改性剂，一般需要对白炭黑进行预处理，而且在处理和加工过程中释放出小分子物质，对环境和操作人员造成危害。
现有技术中，对于白炭黑的改性方法较多，专利200910050337.2采用硅烷偶联剂先对白炭黑进行处理，然后再应用于载重轮胎胎面胶中。专利200610036698.8以含有三个以上羟基、羰基、胺基、酰胺基、巯基中的一种或多种基团并能与无机填料发生氢键复合的小分子有机化合物为改性剂，对白炭黑表面进行改性，以提高白炭黑的补强作用。专利200910030085.7以硬脂酸为改性剂首先对白炭黑进行改性，使白炭黑表面变为憎水性，提高了白炭黑在非极性橡胶中的分散。专利200810056820.7先用硅烷偶联剂预处理白炭黑，然后将白炭黑用丁苯胶液进行改性，以提高白炭黑与基体橡胶的相容性。
以上白炭黑的改性方法，在工艺上大都比较复杂，成本较高，而且应用于胎面胶中难以同时提高轮胎的“三大行驶性能”。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种白炭黑-极性橡胶杂化网络增强橡胶材料的制备方法，该方法基于氢键配位理论，通过加入能与白炭黑表面羟基形成氢键的极性橡胶，利用极性橡胶与白炭黑表面羟基的强的氢键相互作用对白炭黑表面进行改性，同时利用极性橡胶与基体橡胶间的共硫化，提高白炭黑与基体橡胶见的相互作用。
其技术方案如下：
一种白炭黑-极性橡胶杂化网络增强橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
1）白炭黑预处理
将100份白炭黑与4-20份极性橡胶在密炼机中进行混炼，混炼温度为70-150℃，处理时间为2-10min，转子转速30-80rmp；
2）混和
在密炼机中将基体橡胶100份、分散剂、均匀剂、填充油加入到改性后的白炭黑中混合，最后加硫黄和促进剂，薄通6次打三角包后下片，得到混炼胶；
3）定型
将混炼胶130-180℃进行硫化,硫化时间为由硫化仪确定的工艺正硫化时间，即可得到硫化胶。
进一步优选，所述极性橡胶包括氯丁橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶，氯化聚乙烯橡胶或氯磺化聚乙烯橡胶。
进一步优选，所述基体橡胶为天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶或异戊橡胶等二烯类橡胶。
进一步优选，所述极性橡胶的用量为8份。
进一步优选，所述混炼温度为为90-100℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明的技术方案本发明无需对白炭黑提前进行预处理，只需将白炭黑、极性橡胶与基体橡胶进行常规混炼，利用极性橡胶与白炭黑的强相互作用，使极性橡胶原位迁移到白炭黑表面，在加工过程中对白炭黑进行包覆改性。该技术的应用，可赋予橡胶胶料以下优异的特性：
①可以显著提高白炭黑胶料的硫化速度，而不降低其焦烧时间。
②提高白炭黑在基体中分散。
③降低白炭黑胶料的静电积累，提高加工性能。
④提高白炭黑与基体橡胶的相互作用。
⑤制备工艺简单，成本低。
⑥完全没有环境污染。
⑦该技术应用与胎面胶，可以显著提高胎面胶的耐磨性能和抗湿滑性，同时降低滚动阻力。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
称取100g白炭黑加入密炼机中，然后加入,16g丁腈橡胶，密炼温度为90℃，转子转速为50rmp，混炼2min，然后加入184g溶聚丁苯橡胶和其它小料混炼6min。在开炼机上加入硫黄和促进剂，薄通6次，下片得到混炼胶。将混炼胶在平板硫化机上硫化，硫化条件为160℃Ⅹ30min，得到硫化胶。
混炼胶基本配方为：SSBR92份，NBR8份，白炭黑50份，ZnO3份，硬脂酸1份，促进剂NS0.9份，促进剂DPG1份，硫黄1.76份。
该样品的硫化速度和物理机械性能如表1所示。
表1
| 性能 | 未处理 | 处理 |
| 硫化速度/s | 1948 | 1569 |
| 拉伸强度/MPa | 17.8 | 19.2 |
| 撕裂强度/KN·m-1 | 33.8 | 37.7 |
| 拉断伸长率/% | 406 | 412 |
| F300/MPa | 8.8 | 8.7 |
| 回弹/% | 12 | 13 |
| 硬度/ShoreA | 69 | 72 |
| 阿克隆磨耗/cm3 | 0.383 | 0.263 |
| DIN磨耗/cm3 | 0.125 | 0.006 |
| tanδ(0℃) | 0.77309 | 0.83888 |
| tanδ(60℃) | 0.12322 | 0.11605 |
实施例2
称取100g白炭黑加入密炼机中，然后加入,16g丁腈橡胶，密炼温度为100℃，转子转速为70rmp，混炼2min，然后加入184g天然和其它小料混炼6min。在开炼机上加入硫黄和促进剂，薄通6次，下片得到混炼胶。将混炼胶在平板硫化机上硫化，硫化条件为145℃Ⅹ30min，得到硫化胶。
混炼胶基本配方为：NR92份，NBR8份，白炭黑55份，ZnO3.5份，硬脂酸2份，防老剂3份，促进剂NS1.5份，促进剂DPG1份，硫黄1.2份，Si694份，CTP0.3份。
该样品的硫化速度和物理机械性能如表2所示。
表2
| 性能 | 未处理 | 处理 |
| 硫化速度/s | 420 | 190 |
| 拉伸强度/MPa | 25.7 | 16.9 |
| 撕裂强度/KN·m-1 | 43.3 | 48.7 |
| 拉断伸长率/% | 495 | 499 |
| F300/MPa | 13.9 | 13.7 |
| 回弹/% | 72 | 72 |
| 硬度/ShoreA | 42 | 41 |
| 阿克隆磨耗/cm3 | 0.429 | 0.359 |
| DIN磨耗/cm3 | 0.095 | 0.083 |
| tanδ(0℃) | 0.19731 | 0.26412 |
| tanδ(60℃) | 0.17174 | 0.16845 |
以上所述，仅为本发明最佳实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种白炭黑-极性橡胶杂化网络增强橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）白炭黑预处理
将100份白炭黑与4-20份极性橡胶在密炼机中进行混炼，混炼温度为70-150℃，处理时间为2-10min，转子转速30-80rmp；
2）混和
在密炼机中将基体橡胶100份、分散剂、均匀剂、填充油加入到改性后的白炭黑中混合，最后加硫黄和促进剂，薄通6次打三角包后下片，得到混炼胶；
3）定型
将混炼胶130-180℃进行硫化,即可得到硫化胶。
2.根据权利要求1所述的白炭黑-极性橡胶杂化网络增强橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述极性橡胶包括氯丁橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶，氯化聚乙烯橡胶或氯磺化聚乙烯橡胶。
3.根据权利要求1所述的白炭黑-极性橡胶杂化网络增强橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述基体橡胶为天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶或异戊橡胶。
4.根据权利要求1所述的白炭黑-极性橡胶杂化网络增强橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述极性橡胶的用量为8份。
5.根据权利要求1所述的白炭黑-极性橡胶杂化网络增强橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述混炼温度为为90-100℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140122 |