CN107312208A - 一种白炭黑/橡胶复合材料制备方法 - Google Patents
一种白炭黑/橡胶复合材料制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107312208A CN107312208A CN201710680118.7A CN201710680118A CN107312208A CN 107312208 A CN107312208 A CN 107312208A CN 201710680118 A CN201710680118 A CN 201710680118A CN 107312208 A CN107312208 A CN 107312208A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- white carbon
- rubber
- master batch
- rubber master
- filler
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 title claims abstract description 125
- 239000005060 rubber Substances 0.000 title claims abstract description 125
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 99
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 53
- 239000004594 Masterbatch (MB) Substances 0.000 claims abstract description 51
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 30
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 17
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 32
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 13
- OWRCNXZUPFZXOS-UHFFFAOYSA-N 1,3-diphenylguanidine Chemical compound C=1C=CC=CC=1NC(=N)NC1=CC=CC=C1 OWRCNXZUPFZXOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 8
- 239000004816 latex Substances 0.000 claims description 7
- 229920000126 latex Polymers 0.000 claims description 7
- ZZMVLMVFYMGSMY-UHFFFAOYSA-N 4-n-(4-methylpentan-2-yl)-1-n-phenylbenzene-1,4-diamine Chemical compound C1=CC(NC(C)CC(C)C)=CC=C1NC1=CC=CC=C1 ZZMVLMVFYMGSMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- 238000004513 sizing Methods 0.000 claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OVSKIKFHRZPJSS-UHFFFAOYSA-N 2,4-D Chemical compound OC(=O)COC1=CC=C(Cl)C=C1Cl OVSKIKFHRZPJSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 3
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 claims description 3
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005354 coacervation Methods 0.000 claims description 3
- 238000004880 explosion Methods 0.000 claims description 3
- 238000004898 kneading Methods 0.000 claims description 3
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 abstract description 31
- 239000000945 filler Substances 0.000 abstract description 28
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 21
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 18
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 16
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 10
- 238000005189 flocculation Methods 0.000 description 10
- 230000016615 flocculation Effects 0.000 description 10
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 10
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 9
- 235000021355 Stearic acid Nutrition 0.000 description 7
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Natural products CCCCCCCC(C)CCCCCCCCC(O)=O OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 7
- 239000008117 stearic acid Substances 0.000 description 7
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 7
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 6
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 4
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 238000004073 vulcanization Methods 0.000 description 3
- 244000043261 Hevea brasiliensis Species 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229920003052 natural elastomer Polymers 0.000 description 2
- 229920001194 natural rubber Polymers 0.000 description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 2
- LLYXJBROWQDVMI-UHFFFAOYSA-N 2-chloro-4-nitrotoluene Chemical compound CC1=CC=C([N+]([O-])=O)C=C1Cl LLYXJBROWQDVMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002012 Aerosil® Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010013786 Dry skin Diseases 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] Chemical compound [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 210000000481 breast Anatomy 0.000 description 1
- 235000012215 calcium aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N carbon carbon Chemical compound C.C CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011089 carbon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 1
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 230000009965 odorless effect Effects 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000012744 reinforcing agent Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 230000009967 tasteless effect Effects 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004636 vulcanized rubber Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K13/00—Use of mixtures of ingredients not covered by one single of the preceding main groups, each of these compounds being essential
- C08K13/06—Pretreated ingredients and ingredients covered by the main groups C08K3/00 - C08K7/00
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
- C08J3/20—Compounding polymers with additives, e.g. colouring
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
- C08J3/20—Compounding polymers with additives, e.g. colouring
- C08J3/205—Compounding polymers with additives, e.g. colouring in the presence of a continuous liquid phase
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/34—Silicon-containing compounds
- C08K3/36—Silica
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K5/00—Use of organic ingredients
- C08K5/04—Oxygen-containing compounds
- C08K5/09—Carboxylic acids; Metal salts thereof; Anhydrides thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K9/00—Use of pretreated ingredients
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K9/00—Use of pretreated ingredients
- C08K9/04—Ingredients treated with organic substances
- C08K9/06—Ingredients treated with organic substances with silicon-containing compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2307/00—Characterised by the use of natural rubber
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
本发明属于橡胶湿法混炼技术领域，具体涉及一种白炭黑/橡胶复合材料制备方法，工艺过程包括制备母胶混合液、制备母胶和制备复合材料共三个步骤，首先对填料进行搅拌和超声雾化的技术手段预处理形成填料乳液，然后采用填料预分散体骤温破碎技术，将填料乳液通过气体高压将填料乳液喷出，喷射到高温物体表面，填料乳滴骤然遇热破碎，实现了填料在橡胶基体中的二次分散，再采用高温闪蒸干燥技术，将经填料预分散体骤温破碎分散后制备的湿法混炼胶置于高温环境中将其中的水分瞬间蒸发，固化填料在橡胶基体中优良分散，最后采用常规的密炼机制备填料/橡胶复合材料；其原理科学可靠，实用简便，制备效率高，应用前景广阔，使用环境友好。
Description
技术领域：
本发明属于橡胶湿法混炼技术领域，具体涉及一种白炭黑/橡胶复合材料制备方法，采用白炭黑乳胶预分散体与湿法混炼胶干燥工艺相结合实现白炭黑在胶乳中的均匀分散与分布，防止白炭黑分散后的聚集，制得白炭黑分布均匀与分散良好，力学性能优良，综合力学性能和动态力学性能显著提高的白炭黑/橡胶复合材料。
背景技术：
随着科学技术的不断进步和材料学科的持续发展，人类使用的材料也在更新和进步，高分子材料及其制品已占领了生活中的各个领域、各个行业以及各个部门，大到航天飞机的某个部件，小到一个螺钉，都有可能采用高分子材料；橡胶作为一种重要的战略性物资，广泛应用于国民经济、高新技术和国防军工等领域，但是由于橡胶强度低、模量低、耐磨性和抗疲劳性差，没有实用性，所以绝大多数橡胶都需要填充补强剂。在现有技术中，炭黑和白炭黑作为主要的补强剂广泛应用于橡胶制品中，包括石墨烯、碳纳米管和碳碳复合材料等的新兴填料/橡胶复合材料的制备和应用也成为研究热点。
橡胶复合材料制备过程最关键的工序是混炼，混炼工序的本质就是将各种配合剂混入生胶中，以制成质量均匀的混炼胶的过程，也是橡胶与各种配合剂的混合与分散过程；可以说，混炼是橡胶制品加工过程中第一道也是最重要的一道工序，混炼胶质量的好坏直接影响到橡胶制品的质量、性能及其使用寿命；目前，我国橡胶工业的混炼多采用密炼机多段式混炼方法，由于高聚物的高弹特性，导致了混炼过程是一个不断生热升温的过程，为防止胶料焦烧破坏胶料的性能并达到配合剂均匀分散的目的，混炼过程不得不反复进行，对橡胶制品的性能产生了不可逆转的影响；为了提高混炼效率，新的混炼方法和工艺层出不穷，包括低温一次法、串联式混炼和连续混炼等，这些新的混炼技术在混炼效率和混炼质量上具有很好的均衡效果，但是，这些机械混炼技术中的填料的分散等级不能达到设定的程度，即使延长混炼时间，胶料的混炼质量也不会得到很大的提高。为了获得更好的混炼质量，人们尝试将超声波和固体干冰等新能量注入到混炼过程中以打破填料的聚集体，提高橡胶混炼质量，通过研究发现这些新的技术手段只是在一定程度上改善了填料的微观分散程度，但是与高端橡胶制品的要求仍存在一定的差距，对于白炭黑/橡胶复合材料的制备，机械混炼的技术手段无法满足填料分散的需求；白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅和超细二氧化硅凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等，白炭黑是多孔性物质，其组成可用SiO2·nH2O表示，其中nH2O是以表面羟基的形式存在，能溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和酸(氢氟酸除外)，白炭黑具有耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性。
目前，橡胶纳米复合材料的湿法制备主要采用化学方法处理新兴材料与胶乳乳液，利用搅拌的方式将纳米填料均匀分散在胶乳中，然后絮凝制得湿法混炼胶，这种方法和工艺中加入了化学试剂，对胶料性能产生了很大影响，降低了橡胶制品的质量和使用寿命；例如中国专利201110064299.3公开的湿法混炼天然橡胶料的制备方法，其对传统混炼技术进行了改进，在制取的胶乳溶液中加入醋酸絮凝，经洗胶机洗胶和脱水，再在干燥箱中干燥4-6h，干燥后即可得到天然橡胶的混炼胶料。强酸絮凝存在难以避免的缺陷，不仅会影响操作人员的身体健康，腐蚀设备，絮凝后的长时间烘干容易产生影响环境的酸性气体，如果强酸清洗不干净还会影响后续的硫化时间，酸性环境下硫化会导致硫化时间滞后。因此，研发一种提高湿法混炼过程中白炭黑分散程度的白炭黑/橡胶复合材料制备方法，采用无酸絮凝的方法，阻止白炭黑分散后的重聚，缩短生产周期，提高橡胶的性能和强度，很有科学和应用价性，也具有良好的社会和应用前景。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，解决在湿法混炼过程中白炭黑难分散和易团聚的问题，同时解决湿法混炼过程中通过添加酸性成分絮凝混炼胶导致的胶料性能变差等问题，研发设计一种新的湿法混炼方法和工艺，通过白炭黑乳滴预分散体的骤温破碎技术实现白炭黑在乳液中的均匀分散，达到白炭黑的纳米级微观分散程度，通过高温闪蒸干燥技术实现湿法混炼胶的快速干燥，阻止白炭黑的微观聚集，从而制备高性能的湿法混炼胶，为高性能轮胎、高端橡胶制品的制配提供切实可行的途径。
本发明涉及的白炭黑/橡胶复合材料制备方法的工艺过程包括制备母胶混合液、制备母胶和制备复合材料共三个步骤：
(1)制备母胶混合液：首先将设定质量份数的水和白炭黑混合搅拌，并用高速分散机处理得到800g分散均匀的质量百分比浓度为25％的白炭黑水分散体，然后利用全方位行星式球磨机处理白炭黑水分散体4h得到白炭黑浆料，再将166.6g天然乳胶加入到白炭黑浆料中进行搅拌处理，最后将30g经过功率为750W超声处理5min的质量百分比浓度为20％的Si69水溶液加入到白炭黑浆料中配置成母胶混合液，完成母胶混合液的制备；
(2)、制备母胶：将高温板的表面温度调节为150℃，喷嘴的喷射速度调节为15m/s，喷嘴的喷出流量调节为3L/h，喷嘴距离高温板的水平距离调节为100mm，母胶混合液从喷雾器喷射到高温板表面的乳滴经过爆破和飞溅实现微观分散，母胶混合液中的白炭黑水分散体经过骤温破碎分散工艺处理使得白炭黑水分散体中的水分在高温板的高温气垫作用下瞬间蒸发，高温板的表明形成母胶，完成母胶的制备；
白炭黑水分散体中的水分的蒸发固化了白炭黑与天然乳胶的微观分散，防止了白炭黑的凝聚过程，在高温作用下天然乳胶中的碱性成分挥发，避免了酸絮凝方法导致的胶料品质变差的问题；
(3)制备复合材料：用刮板将母胶刮下后置于开炼机上进行塑炼，得到片状的母胶，将片状母胶裁剪成设定尺寸的块状母胶，以利于混炼并防止母胶应力过大损害机器，将1.8g的ZnO、1.8g的SAD、1.8g的防老剂4020、1.24g的促进剂D、1.15g的促进剂CZ和0.96g的S配成小料，将密炼机的初始温度调节为90°，初始转速调节为90r/min，在密炼机中加入步骤(2)制备的母胶的2/3，40s后将小料和剩余的1/3母胶加入密炼机，得到混合物料，40s后提栓2s，混合物料的温度上升到120°后，将密炼机的转速提高到100r/min运转140s后提栓2s，将密炼机的转速降至90r/min，混合物料的温度上升到145°后炼胶1min，混合物料的温度上升到147°后进行排胶，得到混炼胶，密炼的总时间小于6min，将165g的混炼胶、1.29g的促进剂CZ和1.1g的S放入滚距调节为包辊后的开炼机中打三角包4次，将打三角包后的混炼胶压片成设定的厚度并在室温环境下静置16h，完成复合材料的制备。
本发明制备的白炭黑/橡胶复合材料包括质量分数分别为100、60、2、2、10、2、1.3、1.2和1的天然乳胶、白炭黑、ZnO、SAD、Si69、防老剂4020、促进剂D、促进剂CZ和S；天然胶乳为泰国产的质量百分比浓度为60％的天然乳胶；白炭黑为青岛罗地亚有限公司生产的白炭黑；ZnO和SAD的添加量均为天然乳胶质量的0.3-2％；Si69水溶液的添加量为白炭黑质量的8％；促进剂D、防老剂4020、促进剂CZ和S均为市售的工业级产品。
本发明与现有技术相比，首先对填料进行搅拌和超声雾化的技术手段预处理形成填料乳液，然后采用填料预分散体骤温破碎技术，将填料乳液通过气体高压将填料乳液喷出，喷射到高温物体表面，填料乳滴骤然遇热破碎，由于高温表面的蒸汽垫将液滴托起后爆破，在乳滴的爆破过程中进一步打破了填料与填料的网络结构，实现了填料在橡胶基体中的二次分散，提高填料的微观分散等级，再采用高温闪蒸干燥技术，将经填料预分散体骤温破碎分散后制备的湿法混炼胶置于高温环境中将其中的水分瞬间蒸发，固化填料在橡胶基体中优良分散，最后采用常规的密炼机制备填料/橡胶复合材料；其原理科学可靠，实用简便，制备效率高，应用前景广阔，使用环境友好。
附图说明：
图1为本发明涉及的雾化干燥法制备的白炭黑/橡胶复合材料的扫描电镜图(其中，a为放大40000倍，b为放大20000倍，c为放大10000倍，d为放大2000倍，e为放大500倍)。
图2为本发明涉及的强酸絮凝法制备的白炭黑/橡胶复合材料的扫描电镜图(其中，a为放大40000倍，b为放大20000倍，c为放大10000倍，d为放大5000倍，e为放大2000倍)。
图3为本发明涉及的烟片胶、自然烘干、强酸絮凝和雾化干燥法制备的白炭黑/橡胶复合材料的DMA对比曲线示意图。
图4为本发明涉及的强酸絮凝和雾化干燥法制备的白炭黑/橡胶复合材料的抗湿滑和滚阻对比曲线示意图。
图5为本发明涉及的烟片胶、自然烘干、强酸絮凝和雾化干燥法制备的白炭黑/橡胶复合材料的RPA对比曲线示意图。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步描述。
实施例1：
本实施例涉及的白炭黑/橡胶复合材料制备方法也称为雾化干燥法，其工艺过程包括制备母胶混合液、制备母胶和制备复合材料共三个步骤：
(1)制备母胶混合液：首先将设定质量份数的水和白炭黑混合搅拌，并用高速分散机处理得到800g分散均匀的质量百分比浓度为25％的白炭黑水分散体，然后利用全方位行星式球磨机处理白炭黑水分散体4h得到白炭黑浆料，再将166.6g天然乳胶加入到白炭黑浆料中进行搅拌处理，最后将30g经过功率为750W超声处理5min的质量百分比浓度为20％的Si69水溶液加入到白炭黑浆料中配置成母胶混合液，完成母胶混合液的制备；
(2)、制备母胶：将高温板的表面温度调节为150℃，喷嘴的喷射速度调节为15m/s，喷嘴的喷出流量调节为3L/h，喷嘴距离高温板的水平距离调节为100mm，母胶混合液从喷雾器喷射到高温板表面的乳滴经过爆破和飞溅实现微观分散，母胶混合液中的白炭黑水分散体经过骤温破碎分散工艺处理使得白炭黑水分散体中的水分在高温板的高温气垫作用下瞬间蒸发，高温板的表明形成母胶，完成母胶的制备；
白炭黑水分散体中的水分的蒸发固化了白炭黑与天然乳胶的微观分散，防止了白炭黑的凝聚过程，在高温作用下天然乳胶中的碱性成分挥发，避免了酸絮凝方法导致的胶料品质变差的问题；
(3)制备复合材料：用刮板将母胶刮下后置于开炼机上进行塑炼，得到片状的母胶，将片状母胶裁剪成设定尺寸的块状母胶，以利于混炼并防止母胶应力过大损害机器，将1.8g的ZnO(氧化锌)、1.8g的SAD(硬脂酸)、1.8g的防老剂4020、1.24g的促进剂D、1.15g的促进剂CZ和0.96g的S(硫)配成小料，将密炼机的初始温度调节为90°，初始转速调节为90r/min，在密炼机中加入步骤(2)制备的母胶的2/3，40s后将小料和剩余的1/3母胶加入密炼机，得到混合物料，40s后提栓2s，混合物料的温度上升到120°后，将密炼机的转速提高到100r/min运转140s后提栓2s，将密炼机的转速降至90r/min，混合物料的温度上升到145°后炼胶1min，混合物料的温度上升到147°后进行排胶，得到混炼胶，密炼的总时间小于6min，将165g的混炼胶、1.29g的促进剂CZ和1.1g的S(硫)放入滚距调节为包辊后的开炼机中打三角包4次，将打三角包后的混炼胶压片成设定的厚度并在室温环境下静置16h，完成复合材料的制备。
本实施例制备的白炭黑/橡胶复合材料包括质量分数分别为100、60、2、2、10、2、1.3、1.2和1的天然乳胶、白炭黑、ZnO、SAD、Si69、防老剂4020、促进剂D、促进剂CZ和S；天然胶乳为泰国产的质量百分比浓度为60％的天然乳胶；白炭黑为青岛罗地亚有限公司生产的白炭黑；ZnO和SAD的添加量均为天然乳胶质量的0.3-2％；Si69水溶液的添加量为白炭黑质量的8％；促进剂D、防老剂4020、促进剂CZ和S均为市售的工业级产品。
本实施例制备的白炭黑/橡胶复合材料的检测过程为：取20g白炭黑/橡胶复合材料进行测试，取5g白炭黑/橡胶复合材料进行无转子流变仪测试，取5g白炭黑/橡胶复合材料在RPA(橡胶加工分析仪)上进行测试，按照测试的流变时间，分别取三份30g烟片胶、自然烘干、强酸絮凝和雾化干燥法制备的白炭黑/橡胶复合材料放到模具中用平板硫化机进行硫化，硫化后再进行拉伸和DMA(动态力学分析)DMA，硫化胶料综合性能的测试结果如下表：
| 测试项目 | 烟片胶 | 自然烘干 | 强酸絮凝 | 雾化干燥 |
| 硬度(邵氏A) | 66 | 67 | 69 | 68 |
| 10％定伸(Mpa) | 0.7 | 0.95 | 0.84 | 0.82 |
| 50％定伸(Mpa) | 1.12 | 1.75 | 1.45 | 1.47 |
| 100％定伸(Mpa) | 1.48 | 2.82 | 2.11 | 2.19 |
| 200％定伸(Mpa) | 2.67 | 6.73 | 4.31 | 4.64 |
| 300％定伸(Mpa) | 4.77 | 12.39 | 7.58 | 8.57 |
| 拉伸强度(Mpa) | 20.28 | 25.84 | 25.87 | 30.07 |
| 扯断伸长率(％) | 720.65 | 509.25 | 722.27 | 757.6 |
| 撕裂强度(Mpa) | 77.76 | 95.23 | 94.42 | 113.98 |
表中数据表明雾化干燥法制备的白炭黑/橡胶复合材料与其余三种方法制备的白炭黑/橡胶复合材料相比，雾化干燥法制备的白炭黑/橡胶复合材料在高形变下具有较高的强度，说明白炭黑—橡胶分子链之间作用力强，白炭黑分散均匀；雾化干燥法制备的白炭黑/橡胶复合材料破坏能最大，胶料综合强度最高；从定伸应力可以看出，强酸絮凝法制备的白炭黑/橡胶复合材料的100％定伸应力较高，体现出较高的白炭黑网络结构，说明白炭黑—白炭黑相互作用强；烟片胶、自然烘干、强酸絮凝和雾化干燥法制备的白炭黑/橡胶复合材料的DMA对比曲线如图3所示；强酸絮凝和雾化干燥法制备的白炭黑/橡胶复合材料的抗湿滑和滚阻曲线如图4所示，-50°峰值处代表Tg(玻璃化转变温度)，10°代表抗湿滑，60°代表滚阻，抗湿滑值越大越好：雾化干燥≥强酸絮凝，表明雾化干燥法制备的白炭黑/橡胶复合材料的抗湿滑性优于强酸絮凝法制备的白炭黑/橡胶复合材料；滚阻值越小越好：自然烘干＞强酸絮凝＞烟片胶＞雾化干燥，雾化干燥的滚阻最小；烟片胶、自然烘干、强酸絮凝和雾化干燥法制备的白炭黑/橡胶复合材料的RPA曲线如图5所示，白炭黑/橡胶复合材料中白炭黑网络的强度与低应变条件下的G'值成反比，白炭黑/橡胶复合材料中白炭黑的分散越好，白炭黑网络就越完善，白炭黑/橡胶复合材料在低应变下的模量就越低，模量保持不变的形变量就越大，雾化干燥法制备的白炭黑/橡胶复合材料的ΔG'最小，Payne(佩恩)效果最好。
Claims (2)
1.一种白炭黑/橡胶复合材料制备方法，其特征在于工艺过程包括制备母胶混合液、制备母胶和制备复合材料共三个步骤：
(1)制备母胶混合液：首先将设定质量份数的水和白炭黑混合搅拌，并用高速分散机处理得到800g分散均匀的质量百分比浓度为25％的白炭黑水分散体，然后利用全方位行星式球磨机处理白炭黑水分散体4h得到白炭黑浆料，再将166.6g天然乳胶加入到白炭黑浆料中进行搅拌处理，最后将30g经过功率为750W超声处理5min的质量百分比浓度为20％的Si69水溶液加入到白炭黑浆料中配置成母胶混合液，完成母胶混合液的制备；
(2)、制备母胶：将高温板的表面温度调节为150℃，喷嘴的喷射速度调节为15m/s，喷嘴的喷出流量调节为3L/h，喷嘴距离高温板的水平距离调节为100mm，母胶混合液从喷雾器喷射到高温板表面的乳滴经过爆破和飞溅实现微观分散，母胶混合液中的白炭黑水分散体经过骤温破碎分散工艺处理使得白炭黑水分散体中的水分在高温板的高温气垫作用下瞬间蒸发，高温板的表明形成母胶，完成母胶的制备；
白炭黑水分散体中的水分的蒸发固化了白炭黑与天然乳胶的微观分散，防止了白炭黑的凝聚过程，在高温作用下天然乳胶中的碱性成分挥发，避免了酸絮凝方法导致的胶料品质变差的问题；
(3)制备复合材料：用刮板将母胶刮下后置于开炼机上进行塑炼，得到片状的母胶，将片状母胶裁剪成设定尺寸的块状母胶，以利于混炼并防止母胶应力过大损害机器，将1.8g的ZnO、1.8g的SAD、1.8g的防老剂4020、1.24g的促进剂D、1.15g的促进剂CZ和0.96g的S配成小料，将密炼机的初始温度调节为90°，初始转速调节为90r/min，在密炼机中加入步骤(2)制备的母胶的2/3，40s后将小料和剩余的1/3母胶加入密炼机，得到混合物料，40s后提栓2s，混合物料的温度上升到120°后，将密炼机的转速提高到100r/min运转140s后提栓2s，将密炼机的转速降至90r/min，混合物料的温度上升到145°后炼胶1min，混合物料的温度上升到147°后进行排胶，得到混炼胶，密炼的总时间小于6min，将165g的混炼胶、1.29g的促进剂CZ和1.1g的S放入滚距调节为包辊后的开炼机中打三角包4次，将打三角包后的混炼胶压片成设定的厚度并在室温环境下静置16h，完成复合材料的制备。
2.根据权利要求1所述的白炭黑/橡胶复合材料制备方法，其特征在于所述白炭黑/橡胶复合材料包括质量分数分别为100、60、2、2、10、2、1.3、1.2和1的天然乳胶、白炭黑、ZnO、SAD、Si69、防老剂4020、促进剂D、促进剂CZ和S；天然胶乳为泰国产的质量百分比浓度为60％的天然乳胶；白炭黑为青岛罗地亚有限公司生产的白炭黑；ZnO和SAD的添加量均为天然乳胶质量的0.3-2％；Si69水溶液的添加量为白炭黑质量的8％；促进剂D、防老剂4020、促进剂CZ和S均为市售的工业级产品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710680118.7A CN107312208B (zh) | 2017-08-10 | 2017-08-10 | 一种白炭黑/橡胶复合材料制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710680118.7A CN107312208B (zh) | 2017-08-10 | 2017-08-10 | 一种白炭黑/橡胶复合材料制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107312208A true CN107312208A (zh) | 2017-11-03 |
| CN107312208B CN107312208B (zh) | 2019-02-19 |
Family
ID=60171351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710680118.7A Active CN107312208B (zh) | 2017-08-10 | 2017-08-10 | 一种白炭黑/橡胶复合材料制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107312208B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109400998A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-03-01 | 益凯新材料有限公司 | 一种合成橡胶湿法混炼工艺 |
| CN111171390A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-05-19 | 青岛科技大学 | 一种白炭黑/天然橡胶复合材料制备方法 |
| CN111499937A (zh) * | 2020-04-15 | 2020-08-07 | 青岛科技大学 | 一种白炭黑配方橡胶连续混炼方法和装置 |
| CN111499938A (zh) * | 2020-04-15 | 2020-08-07 | 青岛科技大学 | 一种炭黑配方橡胶连续混炼方法和装置 |
| CN115286822A (zh) * | 2022-09-29 | 2022-11-04 | 广东粤港澳大湾区黄埔材料研究院 | 一种极性天然橡胶母炼胶及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1906231A (zh) * | 2004-04-12 | 2007-01-31 | 横滨橡胶株式会社 | 从含聚合物组份的液体生产含聚合物的组合物的方法及其干燥装置 |
| CN102604175A (zh) * | 2012-02-23 | 2012-07-25 | 北京化工大学 | 制备氧化石墨烯/白炭黑/橡胶纳米复合材料的方法 |
| CN105419009A (zh) * | 2015-11-29 | 2016-03-23 | 北京化工大学 | 一种半开式过热蒸汽喷雾干燥法制备高填充复合母胶的方法 |
| CN105419407A (zh) * | 2015-11-29 | 2016-03-23 | 北京化工大学 | 一种胶清橡胶改性易混合白炭黑的制备方法 |
-
2017
- 2017-08-10 CN CN201710680118.7A patent/CN107312208B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1906231A (zh) * | 2004-04-12 | 2007-01-31 | 横滨橡胶株式会社 | 从含聚合物组份的液体生产含聚合物的组合物的方法及其干燥装置 |
| CN102604175A (zh) * | 2012-02-23 | 2012-07-25 | 北京化工大学 | 制备氧化石墨烯/白炭黑/橡胶纳米复合材料的方法 |
| CN105419009A (zh) * | 2015-11-29 | 2016-03-23 | 北京化工大学 | 一种半开式过热蒸汽喷雾干燥法制备高填充复合母胶的方法 |
| CN105419407A (zh) * | 2015-11-29 | 2016-03-23 | 北京化工大学 | 一种胶清橡胶改性易混合白炭黑的制备方法 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109400998A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-03-01 | 益凯新材料有限公司 | 一种合成橡胶湿法混炼工艺 |
| CN111171390A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-05-19 | 青岛科技大学 | 一种白炭黑/天然橡胶复合材料制备方法 |
| CN111499937A (zh) * | 2020-04-15 | 2020-08-07 | 青岛科技大学 | 一种白炭黑配方橡胶连续混炼方法和装置 |
| CN111499938A (zh) * | 2020-04-15 | 2020-08-07 | 青岛科技大学 | 一种炭黑配方橡胶连续混炼方法和装置 |
| CN111499937B (zh) * | 2020-04-15 | 2022-06-14 | 青岛科技大学 | 一种白炭黑配方橡胶连续混炼方法和装置 |
| CN115286822A (zh) * | 2022-09-29 | 2022-11-04 | 广东粤港澳大湾区黄埔材料研究院 | 一种极性天然橡胶母炼胶及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107312208B (zh) | 2019-02-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107457933B (zh) | 一种填料/橡胶复合材料制备方法 | |
| CN107325343B (zh) | 一种石墨烯/橡胶复合材料制备方法 | |
| CN107312208B (zh) | 一种白炭黑/橡胶复合材料制备方法 | |
| CN105459284B (zh) | 高分散碳纳米管母炼胶的液相连续混炼工艺及其橡胶制品 | |
| CN105419009B (zh) | 一种半开式过热蒸汽喷雾干燥法制备高填充复合母胶的方法 | |
| DE112016003168T5 (de) | Verfahren zum herstellen eines elastomerkomposits, verstärkt mit silica, und dieses enthaltende produkte | |
| CN105710983B (zh) | 一种预混雾化再混合的橡胶湿法混炼方法 | |
| CN107337815B (zh) | 一种硅炭黑/天然橡胶复合材料的制备方法 | |
| CN109810323B (zh) | 一种白炭黑/氧化石墨烯纳米杂化填料的制备方法和纳米杂化填料及其应用 | |
| CN100457812C (zh) | 凹凸棒石与天然橡胶纳米复合材料的制备方法 | |
| CN107501646B (zh) | 石墨烯量子点/橡胶纳米复合材料的制备方法 | |
| BR112018000833B1 (pt) | Métodos de produção de compósito de elastômero reforçado com sílica e artigo contendo o mesmo | |
| CN107266733B (zh) | 一种碳碳/橡胶复合材料制备方法 | |
| CN103289143A (zh) | 节能轮胎胎面橡胶组合物及其制备方法 | |
| CN109517195A (zh) | 一种湿法混炼制备炭黑母胶的方法 | |
| CN109251327B (zh) | 连续喷雾混合制备混炼胶的方法及装置 | |
| CN111171392A (zh) | 一种白炭黑/天然橡胶复合材料制备方法 | |
| CN101704967A (zh) | 一种白炭黑/粘土/橡胶纳米复合材料的制备方法 | |
| CN111171390B (zh) | 一种白炭黑/天然橡胶复合材料制备方法 | |
| CN114407266A (zh) | 一种炭黑/天然胶乳复合材料制备方法 | |
| Sun et al. | The preparation of microcrystalline cellulose–nanoSiO2 hybrid materials and their application in tire tread compounds | |
| CN106554528A (zh) | 丁苯橡胶/白炭黑/木质纤维素/蒙脱土橡胶复合材料及其制备方法 | |
| CN105799078B (zh) | 一种直接雾化橡胶湿法混炼方法 | |
| CN110171813A (zh) | 生物质基纳米二氧化硅/炭复合材料的制备方法 | |
| CN109337145A (zh) | 一种耐磨密封橡胶 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |