CN105218890A - 一种制备炭黑母胶的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备炭黑母胶的方法，步骤如下：1）将炭黑干料浸泡于水中得到混合体系，将所述混合体系加入强力分散机中，得到炭黑浆液；2）将步骤1）中得到的炭黑浆液至于搅拌釜中，在50rpm~3000rpm的转速下，注入胶乳，产生絮凝，得到胶料；以胶乳中干胶质量为100份计，炭黑干料的加入量为20份~100份；3）将步骤2）中得到的胶料用清水进行洗涤、脱水、分割后进行干燥，干燥温度为70~110℃，干燥时间为2~6h，得到炭黑母胶。本发明使用强力分散设备制备炭黑浆液，使炭黑在水中稳定分散，避免了使用表面活性剂、浸润剂等化学药品，排除了其他化学试剂的加入对橡胶性能及环境的影响。

Description

一种制备炭黑母胶的方法

技术领域

本发明涉及一种制备炭黑母胶的方法。

背景技术

炭黑是橡胶工业中广泛应用的补强填料，目前工业生产中多采用传统的干法混炼工艺制备炭黑补强橡胶，但干法混炼工艺过程中炭黑粒子存在诸多缺点：一是在橡胶基体中分散不均匀，影响橡胶组合物性能；二是炭黑粉尘飞扬，造成环境污染；三是干法混炼时间长，导致橡胶过炼，同时混炼能耗大。

鉴于干法混炼工艺的缺陷，湿法混炼技术的研发越来越广泛，湿法混炼是在橡胶胶乳中直接混合炭黑浆料来制备炭黑母胶的工艺方法。采用湿法混炼制备炭黑母胶的工艺过程中，目前普遍使用通过表面活性剂分散炭黑和改进絮凝干燥工艺来改善炭黑在胶乳中的分散性，额外加入的化学试剂对胶料性能产生不利影响的同时会污染环境，复杂的工艺步骤也会增加能耗，提高成本。

如中国专利CN103819760A公开的一种方法中，选用小分子易挥发溶剂的水溶液浸润未造粒的炭黑粉末，通过机械搅拌制备炭黑浆液，将胶乳加入到炭黑浆液中，不加其他絮凝剂，将胶和炭黑絮出，过滤，干燥，应用此种炭黑母胶的硫化胶力学性能优异；但是其制备过程中选用的小分子易挥发溶剂浸润未造粒的炭黑粉末，会增加工业成本高且对环境产生一定的污染。

因此，有必要提出有效的技术方案，解决上述问题。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供一种制备炭黑母胶的方法。此方法制备炭黑母胶，工艺简单、效率高、设备投资小并且不加入任何化学试剂，对胶料性能和环境均不会造成不利影响。

一种制备炭黑母胶的方法，步骤如下：

1）将炭黑干料浸泡于水中得到混合体系，将所述混合体系加入强力分散机中，得到炭黑浆液；

2）将步骤1）中得到的炭黑浆液至于搅拌釜中，在50rpm~3000rpm的转速下，注入胶乳，产生絮凝，待凝固后，得到胶料；以胶乳中干胶质量为100份计，炭黑干料的加入量为20份~100份；

3）将步骤2）中得到的胶料用清水进行洗涤、脱水、分割后进行干燥，干燥温度为70~110℃，干燥时间为2~6h，得到炭黑母胶。

优选的，所述强力分散机是超声波细胞粉碎机，工艺为：超声频率20~25kHz，功率为960，超声时间25min。。

优选的，所述强力分散机是高速搅拌机，工艺为：搅拌转速14000rpm，搅拌时间45min。

优选的，步骤1）中所述炭黑干料的质量百分数为2%~20%。

优选的，所述胶乳为新鲜天然胶乳或浓缩天然胶乳、丁苯胶乳、丁腈胶乳、氯丁胶乳、丁吡胶乳、丁苯吡胶乳，以及以上胶乳的混合胶乳。

优选的，步骤2）中所述胶乳的质量百分比浓度为10%~70%。

优选的，所述炭黑干料为吸碘值在14~150g/kg的炭黑。

本发明采用强力分散设备将炭黑稳定分散在水中，然后加入胶乳搅拌混合自絮凝出炭黑母胶，本发明与现有技术相比，优点如下：

1.本发明使用强力分散设备制备炭黑浆液，使炭黑在水中稳定分散，避免了使用表面活性剂、浸润剂等化学药品，排除了其他化学试剂的加入对橡胶性能及环境的影响；

2.本发明采用机械剪切作用使炭黑和胶乳共絮凝，不需要加入任何絮凝剂，简化了工艺过程且排除了絮凝剂对橡胶性能及环境的影响；

3.本发明制备的炭黑母胶在开炼机混炼时可比干法混炼效率提高50%，降低了能源消耗，降低了混炼成本，同时与干法混炼胶相比，胶料的力学性能基本持平或略有提高。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1为实施例1样品的TGA测试曲线；

图2为实施例2样品的TGA测试曲线。

具体实施方式

本发明一种制备炭黑母胶的方法。步骤如下：1）将炭黑干料浸泡于水中得到混合体系，炭黑干料的质量百分数为2%~20%，炭黑干料为吸碘值在14~150g/kg的炭黑，将所述混合体系加入强力分散机中，得到炭黑浆液；将混合体系制备成分散均匀且稳定的炭黑浆液，且该浆液在停止搅拌后2~5分钟无显著沉降。

2）将步骤1）中得到的炭黑浆液至于搅拌釜中，使用普通机械搅拌，在50rpm~3000rpm的转速下，在室温下将胶乳注入到炭黑浆液中，胶乳的质量百分比浓度为10%~70%，胶乳和炭黑迅速结合产生絮凝，待凝固后，得到胶料；以胶乳中干胶质量为100份计，炭黑干料的加入量为20份~100份；3）将步骤2）中得到的胶料用清水进行洗涤、脱水、分割后进行干燥，干燥温度为70~110℃，干燥时间为2~6h，得到炭黑母胶。

在本发明中，强力分散机的使用对于制备高性能炭黑母胶是重要的。强力分散机能够在液体环境下将炭黑干料粉碎为较小的颗粒，并能够使获得的浆料短期内稳定存在，强力分散机具体是超声波细胞粉碎机或德国IKA公司T系列分散机，以及其他任何以上述两类设备的工作原理设计制造、改造的实验室设备和工业生产用设备。强力分散机是市售可得的。

作为本发明的一个实施例，以处理0.01~1kg炭黑干料为例，若使用超声波细胞粉碎机，将超声波细胞粉碎机探头浸没在炭黑悬浊液中，且探头末端距离烧杯底部不少于1cm，固定频率20~25kHz，设定功率在200W~2000W之间，超声时间在10min~120min。特别是，当超声频率20~25kHz，功率为960W，超声时间25min时，效果最好。超声波细胞粉碎机将电能转化为超声波后，直接作用在浆料中，通过超声波在介质传播过程中介质质点交替压缩和伸张构成压力变化，引起炭黑颗粒粉碎破坏。

作为本发明的一个实施例，以处理0.01~1kg炭黑干料为例，若使用高速搅拌设备如IKA公司T系列分散机，控制搅拌转速在3000~25000rpm，搅拌时间在10~120min之间。尤以搅拌转速14000rpm，搅拌时间45min为佳。当强力分散机的转速小于3000rpm时，分散和混合物均化不适合于达到本发明的效果。另一方面，当强力分散机的转速大于25000rpm时，获得过度的分散和混合物均化，其可影响分散机的机械元件。当转速在3000~25000rpm的范围内时，可根据混合的条件和规模选择搅拌器合适的速度。分散机的搅拌刀头或搅拌浆在电动机作用下形成高速旋转，带动浆料高速运动，搅拌刀头外侧固定套筒，套筒不随搅拌刀头旋转，高速远动的浆料受离心力作用，撞击在套筒内侧，或者在内外巨大相对速度下受到流体剪切，从而造成炭黑颗粒的破碎及分散。

作为本发明的一个实施例，所述胶乳为新鲜天然胶乳或浓缩天然胶乳，丁苯胶乳，丁腈胶乳，氯丁胶乳，丁吡胶乳以及丁苯吡胶乳中的至少一种。

实施例1：

以天然胶乳中干胶质量为100phr计，将60phr的炭黑（型号N234）加入到水中，配制成质量百分数为5%的炭黑悬浊液，用IKA公司T25高速搅拌机，设定搅拌速度14000rpm，搅拌45min后，将T25高速搅拌机更换成普通机械搅拌器，控制转速为800rpm，将质量百分含量为60%的浓缩天然胶乳加入到炭黑浆液中，将絮出的母胶取出，分割，清洗，烘干。

取样进行TGA测试，测试结果如图1所示，其中300~550℃的台阶为橡胶烃的相对含量，测试值为57.11%；300~650℃的台阶为炭黑的相对含量，测试值为38.59%，经过计算，以母胶中橡胶质量为100phr计，所得炭黑母胶中炭黑的实际填充量为67.6phr。

实施例2：

以天然胶乳中干胶质量为100phr计，将60phr的炭黑（型号N234）加入到水中，配制成质量百分数为5%的炭黑悬浊液，使用超声波细胞粉碎机，将超声波细胞粉碎机探头浸没在炭黑悬浊液中，且探头末端距离烧杯底部1.5cm，固定频率20~25kHz，设定功率为960W，超声25min后，使用普通机械搅拌器，控制转速为800rpm，将质量百分含量为60%的浓缩天然胶乳加入到炭黑浆液中，将絮出的母胶取出，分割，清洗，烘干，取样进行TGA测试，测试结果如图2所示，其中其中300~550℃的台阶为橡胶烃的相对含量，测试值为56.06%，300~650℃的台阶为炭黑的相对含量，测试值为39.17%，经过计算，以母胶中橡胶质量为100phr计，所得炭黑母胶中炭黑的实际填充量为69.9phr。

实施例3：

以天然胶乳中干胶质量为100phr计，将50phr的炭黑（型号N134）加入到水中，配置成质量百分数为5%的炭黑浆液，用IKA公司T25高速搅拌机，设定搅拌速度14000rpm，搅拌45min后，将T25高速搅拌机更换成普通机械搅拌器，控制转速为800rpm，将质量百分含量为60%的浓缩天然胶乳加入到炭黑浆液中，将絮出的母胶取出，分割，清洗，烘干。

上述母胶含天然胶100phr、ZnO5phr、硬脂酸1.5phr、防老剂6PPD2phr、防老剂RD1phr、硫磺1.2phr、促进剂NS1.6phr，在双辊开炼机上炼胶，停放8h后，151℃下硫化30min，测力学性能，如表1所示。

对比例1：

在双辊开炼机上按实施例3配方：天然胶（SMR20#）100phr、ZnO5phr、硬脂酸1.5phr、防老剂6PPD2phr、防老剂RD1phr、硫磺1.2phr、促进剂NS1.6phr、炭黑（型号N134）50phr，进行炼胶，停放8h后，151℃下硫化30min，测力学性能，如表1所示。

对比例1与实施例3原料配方相同。不同之处在于炭黑补强橡胶的制备方法。对比例1是炭黑原料直接与天然胶进行混炼即可。

实施例4：

以天然胶乳中干胶质量为100phr计，将50phr的炭黑（N660）加入到水中，配置成质量百分数为5%的炭黑浆液，用IKA公司T25高速搅拌机，设定搅拌速度14000rpm，搅拌45min后，将T25高速搅拌机更换成普通机械搅拌器，控制转速为800rpm，将质量百分含量为60%的浓缩天然胶乳加入到炭黑浆液中，将絮出的母胶取出，分割，清洗，烘干。

上述母胶含天然胶100phr、ZnO5phr、硬脂酸1.5phr、防老剂6PPD2phr、防老剂RD1phr、硫磺1.2phr、促进剂NS1.6phr，在双辊开炼机上炼胶，停放8h后，151℃下硫化30min，测力学性能，如表1所示。

对比例2：

在双辊开炼机上按配方：天然胶（SMR20#）100phr、炭黑（型号N660）50phr、ZnO5phr、硬脂酸1.5phr、防老剂6PPD2phr、防老剂RD1phr、硫磺1.2phr、促进剂NS1.6phr，进行炼胶，停放8h后，151℃下硫化30min，测力学性能，如表1所示。

对比例2与实施例4原料配方相同。不同之处在于炭黑补强橡胶的制备方法。对比例2是炭黑原料直接与天然胶进行混炼即可。

表1.实施例3、4和对比例1、2的力学性能对比

上述表1为实施例3、4和对比例1、2的力学性能对比。从表1可看出，实施例3的力学性能优于对比例1，实施例4的力学性能优于对比例2。本发明制备的炭黑母胶在开炼机混炼时可比干法混炼效率提高50%，降低了能源消耗，降低了混炼成本，同时与干法混炼胶相比，胶料的力学性能基本持平或略有提高。

本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在本发明的权利要求书的范围内。

Claims (7)

1.一种制备炭黑母胶的方法，其特征在于，步骤如下：

1）将炭黑干料浸泡于水中得到混合体系，将所述混合体系加入强力分散机中，得到炭黑浆液；

2）将步骤1）中得到的炭黑浆液至于搅拌釜中，在50rpm~3000rpm的转速下，注入胶乳，产生絮凝，待凝固后，得到胶料；以胶乳中干胶质量为100份计，炭黑干料的加入量为20份~100份；

3）将步骤2）中得到的胶料用清水进行洗涤、脱水、分割后进行干燥，干燥温度超声为70~110℃，干燥时间为2~6h，得到炭黑母胶。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述强力分散机是超声波细胞粉碎机，工艺为：超声频率20~25kHz，功率为200~2000W，超声时间10~120min。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述强力分散机是高速搅拌机，工艺为：搅拌转速3000~25000rpm，搅拌时间10~120min。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）中所述炭黑干料的质量百分数为2%~20%。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述胶乳为新鲜天然胶乳或浓缩天然胶乳、丁苯胶乳、丁腈胶乳、氯丁胶乳、丁吡胶乳、丁苯吡胶乳，以及以上胶乳的混合胶乳。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）中所述胶乳的质量百分比浓度为10%~70%。

7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述炭黑干料为吸碘值在14~150g/kg的炭黑。