CN103739898A - 一种改性木质纤维素/天然橡胶复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性木质纤维素/天然橡胶复合材料及其制备方法，利用球磨对木质纤维素进行改性，再以改性木质纤维素与炭黑复配作为橡胶的新型补强剂，得到的复合材料具有可再生、密度小、强度高等特点，而且制备方法简便，价廉易得。本发明以改性木质纤维素替代部分炭黑补强橡胶，可以达到炭黑的补强效果并可节约不可再生资源。

Description

一种改性木质纤维素/天然橡胶复合材料及其制备方法
一、技术领域
本发明属于橡胶领域，具体涉及改性木质纤维素/天然橡胶复合材料及其制备方法。
二、背景技术
随着石化资源日益匮乏，环境问题日趋严重，以可再生的生物质原料替代石化原料制备新型高分子材料越来越受到关注。木质纤维素是自然界最丰富的可再生资源。它是纤维素、半纤维素和木质素的结合体，存在于一切绿色植物中，然而木质纤维素原料的加工性很差，因此，木质纤维素必须经过适当改性才能用作制备高分子材料的原料。
球磨是研磨的一种常用设备，其工作原理是利用研磨体的冲击作用以及研磨体与球磨内壁的研磨作用对木质纤维素进行机械活化、粉碎等。木质纤维素在机械球磨处理后，其物理化学性质和结构会发生变化，反应活化能会降低，分散性、化学活性也会相应升高。
炭黑作为橡胶工业最为传统也是最为重要的补强填料，具有十分优异的补强性，但它同时也具有高污染、高能耗、依赖石油资源等难以避免的缺点。与炭黑这种传统补强填料相比，木质纤维素具有来源广泛、成本低廉、可再生、可降解、环境友好和低密度等优点。将其作为橡胶的新型补强材料部分取代炭黑这种传统补强填料，能够为橡胶工业带来巨大的经济效益和社会效益。
三、发明内容
本发明旨在提供一种改性木质纤维素/天然橡胶复合材料及其制备方法，是以天然橡胶为基体，以炭黑、改性木质纤维素为补强剂，所要解决的技术问题是对木质纤维素进行改性，使其能够部分替代炭黑作为橡胶的补强剂，提高橡胶的机械性能。
本发明改性木质纤维素/天然橡胶复合材料的原料按质量份数构成为：
本发明改性木质纤维素/天然橡胶复合材料的原料配比优选为：
Figure BDA0000458277800000021
所述促进剂优选为促进剂CZ和促进剂TMTD，促进剂CZ和促进剂TMTD的比例任意，优选质量比为7:3。
所述防老剂优选防老剂4010NA。
所述炭黑优选炭黑N330。
所述改性木质纤维素是将木质纤维素球磨至粒度≤120目后得到的。
本发明改性木质纤维素/天然橡胶复合材料的制备方法如下：
1、将天然橡胶加入开炼机中混炼，辊温50-60℃，待胶料包辊后，根据各原料所起的作用、分散性能以及用量等因素依次加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、促进剂CZ、炭黑、改性木质纤维素、促进剂TMTD和硫磺，混炼20-30min，调辊距2mm出片，静置8h以上得到混炼胶，静置的过程可以使胶料应力松弛，减少内应力，提高均匀性，有利于生成更多的结合橡胶，提高补强效果；
2、将所述混炼胶置于平板硫化机上硫化，硫化温度140-150℃，硫化压力10-15MPa，硫化时间6-8min。
与已有的技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明通过球磨对木质纤维素进行改性，改性方法简单易行，成本低廉，得到的改性木质纤维素可以部分替代炭黑。
2、本发明所提供的一种改性木质纤维素/天然橡胶复合材料，制备原料天然橡胶和木质纤维素均来源于可再生资源，符合环境友好型概念，同时为木质纤维素资源的高值化利用开辟了新的途径。
3、本发明采用传统橡胶加工工艺，操作简单，常规生产条件下即可制备改性木质纤维素/天然橡胶复合材料。
四、附图说明
图1是木质纤维素的SEM照片。
图2是改性木质纤维素SEM照片。
五、具体实施形式
以下结合实施例对本发明的具体实施作进一步说明，但不局限于此。
实施例1：
1、将天然橡胶100份加入到开炼机上进行混炼，辊温50-60℃，待胶料包辊后，依次加入氧化锌6份、硬脂酸1份、防老剂4010NA1.5份、促进剂CZ0.7份、炭黑N33050份、促进剂TMTD0.3份、硫磺2.5份，混炼20-30min，调辊距2mm出片，静置8h得到混炼胶。
2、将步骤1制备的混炼胶在平板硫化机上进行硫化，硫化温度145℃，硫化压力12MPa，硫化时间7min。
实施例2：
1、将天然橡胶100份加入到开炼机上进行混炼，辊温50-60℃，待胶料包辊后，依次加入氧化锌6份、硬脂酸1份、防老剂4010NA1.5份、促进剂CZ0.7份、炭黑N33045份、改性木质纤维素5份、促进剂TMTD0.3份、硫磺2.5份，混炼20-30min，调辊距2mm出片，静置8h得到混炼胶。
2、将步骤1制备的混炼胶在平板硫化机上进行硫化，硫化温度145℃，硫化压力12MPa，硫化时间7min。
实施例3：
1、将天然橡胶100份加入到开炼机上进行混炼，辊温50-60℃，待胶料包辊后，依次加入氧化锌6份、硬脂酸1份、防老剂4010NA1.5份、促进剂CZ0.7份、炭黑N33040份、改性木质纤维素10份、促进剂TMTD0.3份、硫磺2.5份，混炼20-30min，调辊距2mm出片，静置8h得到混炼胶。
2、将步骤1制备的混炼胶在平板硫化机上进行硫化，硫化温度145℃，硫化压力12MPa，硫化时间7min。
实施例4：
1、将天然橡胶100份加入到开炼机上进行混炼，辊温50-60℃，待胶料包辊后，依次加入氧化锌6份、硬脂酸1份、防老剂4010NA1.5份、促进剂CZ0.7份、炭黑N33035份、改性木质纤维素15份、促进剂TMTD0.3份、硫磺2.5份，混炼20-30min，调辊距2mm出片，静置8h得到混炼胶。
2、将步骤1制备的混炼胶在平板硫化机上进行硫化，硫化温度145℃，硫化压力12MPa，硫化时间7min。
实施例5：
1、将天然橡胶100份加入到开炼机上进行混炼，辊温50-60℃，待胶料包辊后，依次加入氧化锌6份、硬脂酸1份、防老剂4010NA1.5份、促进剂CZ0.7份、炭黑N33030份、改性木质纤维素20份、促进剂TMTD0.3份、硫磺2.5份，混炼20-30min，调辊距2mm出片，静置8h得到混炼胶。
2、将步骤1制备的混炼胶在平板硫化机上进行硫化，硫化温度145℃，硫化压力12MPa，硫化时间7min。
对比例1：
1、将天然橡胶100份加入到开炼机上进行混炼，辊温50-60℃，待胶料包辊后，依次加入氧化锌6份、硬脂酸1份、防老剂4010NA1.5份、促进剂CZ0.7份、炭黑N33045份、未改性木质纤维素5份、促进剂TMTD0.3份、硫磺2.5份，混炼20-30min，调辊距2mm出片，静置8h得到混炼胶。
2、将步骤1制备的混炼胶在平板硫化机上进行硫化，硫化温度145℃，硫化压力12MPa，硫化时间7min。
对比例2：
1、将天然橡胶100份加入到开炼机上进行混炼，辊温50-60℃，待胶料包辊后，依次加入氧化锌6份、硬脂酸1份、防老剂4010NA1.5份、促进剂CZ0.7份、炭黑N33035份、未改性木质纤维素15份、促进剂TMTD0.3份、硫磺2.5份，混炼20-30min，调辊距2mm出片，静置8h得到混炼胶。
2、将步骤1制备的混炼胶在平板硫化机上进行硫化，硫化温度145℃，硫化压力12MPa，硫化时间7min。
实施例1-5、对比例1、2所制备复合材料的机械性能表1。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例1 对比例2
拉伸强度MPa 20.87 20.10 19.56 20.57 19.26 18.12 14.34
断裂伸长率% 736 770 846 850 945 658 540
硬度（绍尔A） 73.2 69.7 64.3 60.5 55.2 67.6 58.4
从表1可以看出，随着未改性木质纤维素的加入，橡胶复合材料的机械性能下降较快；相对而言，随着改性木质纤维素的加入，橡胶复合材料的拉伸强度先下降后上升，断裂伸长率逐渐增大，而硬度逐渐减小，当改性木质纤维素15份和炭黑30份进行复配时，橡胶复合材料的综合机械性能较好。

Claims (7)

1.一种改性木质纤维素/天然橡胶复合材料，其特征在于其原料按质量份数构成为：
Figure FDA0000458277790000011
所述促进剂为促进剂CZ和促进剂TMTD。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于其原料按质量份数构成为：
Figure FDA0000458277790000012
3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于：
所述促进剂CZ和促进剂TMTD的质量比为7:3。
4.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于：
所述防老剂为防老剂4010NA。
5.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于：
所述炭黑优选炭黑N330。
6.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于：
所述改性木质纤维素是将木质纤维素球磨至粒度≤120目后得到的。
7.一种权利要求1所述的改性木质纤维素/天然橡胶复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤操作：
1）、将天然橡胶加入开炼机中混炼，辊温50-60℃，待胶料包辊后，依次加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、促进剂CZ、炭黑、改性木质纤维素、促进剂TMTD和硫磺，混炼20-30min，调辊距2mm出片，静置8h以上得到混炼胶；
2）、将所述混炼胶置于平板硫化机上硫化，硫化温度140-150℃，硫化压力10-15MPa，硫化时间6-8min。
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