CN109467770B - 一种使用腰果酚缩水甘油醚改性白炭黑的橡胶复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种使用腰果酚缩水甘油醚改性白炭黑的橡胶复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种使用腰果酚缩水甘油醚改性白炭黑的橡胶复合材料，包括橡胶、白炭黑、腰果酚缩水甘油醚，复合材料中还可以包括硅烷偶联剂。利用腰果酚缩水甘油醚的结构特性，使腰果酚缩水甘油醚可以通过环氧基团接枝改性白炭黑，同时可以通过不饱和长碳链烃与橡胶分子链共交联，从而使腰果酚缩水甘油醚具有与传统硅烷偶联剂相似的改性白炭黑的作用。与硅烷偶联剂改性白炭黑的方法相比，腰果酚缩水甘油醚改性白炭黑可以在较温和条件下进行，极大地节约了白炭黑改性成本与能耗。同时，腰果酚缩水甘油醚改性白炭黑的反应副产物仅有水，没有其他有机小分子，这对于降低白炭黑改性过程中的VOC排放有着重要的帮助。

Description

一种使用腰果酚缩水甘油醚改性白炭黑的橡胶复合材料及其 制备方法
技术领域
本发明涉及无机纳米粉体改性技术领域，更具体的，涉及一种使用腰果酚缩水甘油醚改性白炭黑的橡胶复合材料及其制备方法。
背景技术
白炭黑是一种纳米级的无机纳米颗粒，以白炭黑替代炭黑作为橡胶复合材料的填料能够有效降低胶料的损耗因子。因此，橡胶/白炭黑复合材料是制备“绿色轮胎”胎面胶的理想材料。
作为一种无机填料，白炭黑具有较大的比表面积，且极性较大，具有明显的自聚倾向；因此，通过改性提高白炭黑在橡胶基体中的分散性可以有效地提升橡胶/白炭黑复合材料的综合性能。另外，通过在橡胶与白炭黑之间构建化学结合作用，也可以有效降低橡胶/白炭黑复合材料的损耗因子。
目前，工业上常用硅烷偶联剂对白炭黑改性，并在橡胶与白炭黑之间构建化学结合。硅烷偶联剂的种类十分丰富，其通式可以表示为RSiX3，其中X为烷氧基，R为有机基团；烷氧基通过水解产生羟基，该羟基能够与无机填料表面的硅羟基反应，形成化学接枝结构；而有机基团可以使白炭黑在改性后与橡胶基体的相容性大大提升，目前工业上常用的硅烷偶联剂一般具有可与橡胶分子链反应的有机基团，例如：多硫键和巯基；这些硅烷偶联剂可以在白炭黑与橡胶基体间形成化学连接作用。
使用Si69及Si75等含硫硅烷偶联剂改性白炭黑并与橡胶复合的相关技术工艺目前已经在工业上广泛应用。以该工艺制备的橡胶/白炭黑复合材料具有填料分散好，橡胶与白炭黑结合性好，材料整体动静态性能优异等优点。然而，为了使白炭黑与硅烷偶联剂在橡胶基体中完成接枝，该工艺需要在140℃以上的高温下将白炭黑、硅烷偶联剂与橡胶混炼5分钟以上。为实现这一改性条件，工业上通常采用具有加热功能的橡胶混炼设备在混炼过程中为橡胶升温。而在进一步往橡胶中加入硫化体系之前，为防止胶料焦烧，又需要将胶料温度降低至90℃以下。因此，这一工艺在消耗大量能源的同时，又会产生大量的废热，该过程浪费了大量能源。同时，该改性过程中，硅烷偶联剂的水解过程会产生大量乙醇，而乙醇在高温下极易挥发，因此该工艺应用过程中会产生大量乙醇蒸汽，并排放进入生产环境中。这既会对设备操作人员的健康带来不良影响，也会因乙醇易燃易爆的特点使加工设备的运行具有安全隐患。作为一种小分子挥发性有机化合物，乙醇是典型的VOC排放物，目前，各国对VOC排放带来的污染越来越重视。因此，使用硅烷偶联剂改性无机填料并与橡胶复合的工艺是一种高耗能、高污染的工艺手段，未来应用中，该工艺有着明显的环境风险。
发明内容
为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种使用腰果酚缩水甘油醚替换硅烷偶联剂来改性白炭黑的橡胶复合材料，能实现在橡胶复合材料整体性能基本不变的情况下，以更环保的原料与工艺制备橡胶/白炭黑复合材料。
本发明的目的之一是提供一种使用腰果酚缩水甘油醚改性白炭黑的橡胶复合材料，由包括以下组分的原料硫化而得：
橡胶 100重量份；
白炭黑 1～135重量份；优选30～100重量份；
腰果酚缩水甘油醚 0.01～40重量份；优选1～15重量份。
橡胶种类选自天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、丁基橡胶、丁晴橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶等，优选天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶。
所述组分中还可包括硅烷偶联剂，以橡胶为100重量份，硅烷偶联剂为0.1～20重量份，优选1～8重量份。
本发明选取腰果酚缩水甘油醚部分或全部替换硅烷偶联剂用在白炭黑改性方面。
腰果酚缩水甘油醚一端具有环氧基团，另一端具有不饱和长碳链烃，其具体结构如下：
Figure BDA0001402626170000031
所述R是C15的直链饱和烷基或C15的直链不饱和烷基的一种，其中C15的直链不饱和烷基含双键个数为一个、两个或三个；
具体结构如下：
Figure BDA0001402626170000032
本发明所用腰果酚缩水甘油醚为以上几种结构化合物的混合物。
腰果酚缩水甘油醚一端具有环氧基团，该端可与白炭黑反应、接枝，且反应过程仅有水为副产物，不产生VOC排放物；腰果酚缩水甘油醚的另一端具有不饱和长碳链烃，可以通过双键与橡胶形成共硫化体，从而实现与橡胶的化学结合。
所述硅烷偶联剂结构式为：R-SiXP或XPSi-R-SiXP；其中R代表有机官能团，X代表烷氧基团，P的值在1-3之间。
所述硅烷偶联剂优选为本领域常用的硅烷偶联剂，优选Si69(双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物)、Si75(双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]二硫化物)、KH-590(γ-巯基丙基三甲氧基硅烷)、KH-580(γ-巯基丙基三乙氧基硅烷)等。
本发明的橡胶复合材料还可以包括橡胶加工中常用的各种助剂，如活化剂、防老剂、增塑剂、促进剂、硫磺等，其用量均为常规用量，或根据实际情况的要求进行调整。
所述活化剂可采用本领域常规的活化剂，优选氧化锌与硬脂酸并用，以橡胶为100重量份，活化剂总量为4～9重量份。
所述防老剂可采用本领域常规的防老剂，优选防老剂4020、防老剂4010NA等，以橡胶为100重量份，防老剂为1～2重量份。
所述促进剂可采用本领域常规的促进剂，优选促进剂CZ与促进剂D并用。
优选的，在常规助剂用量的基础上额外增加促进剂及硫磺的用量，增加量为腰果酚缩水甘油醚用量的5-25％，以橡胶为100重量份，促进剂总量为2～8重量份，硫磺为2～6重量份。
增加促进剂与硫磺用量是为了保证腰果酚缩水甘油醚与橡胶间形成共交联结构，从而使腰果酚缩水甘油醚改性的白炭黑与橡胶之间形成化学连接结构，以增加橡胶复合材料的动态性能。
本发明的目的之二是提供一种使用腰果酚缩水甘油醚改性白炭黑的橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将橡胶原料经过塑炼，使橡胶保持连续流动的熔融态；
2)将白炭黑和腰果酚缩水甘油醚，或者白炭黑、腰果酚缩水甘油醚以及硅烷偶联剂同时加入到连续流动的熔融橡胶基体中，然后混炼得到橡胶/白炭黑母炼胶；
如果橡胶复合材料中还包含各种加工助剂，接着将其余所需加工助剂加入所述母炼胶中，进一步混炼，混炼均匀后即得到橡胶/白炭黑混炼胶；
3)将橡胶/白炭黑混炼胶进行硫化，即得到橡胶/白炭黑复合材料。
优选的，可采用以下技术方案：
(1)橡胶塑炼：
将橡胶原料加入到开放式或密闭式混炼机中，经过高温或低温塑炼，使橡胶保持连续流动的熔融态。
(2)橡胶与白炭黑混炼：
将白炭黑和腰果酚缩水甘油醚，或者白炭黑、腰果酚缩水甘油醚以及硅烷偶联剂同时加入到连续流动的熔融橡胶基体中，加入完成后混炼7-20分钟即得到橡胶/白炭黑母炼胶。
优选混炼过程中混炼温度在90℃以上的时间应控制大于5分钟，以保证白炭黑与腰果酚缩水甘油醚在橡胶基体中充分反应，从而使白炭黑被腰果酚缩水甘油醚接枝改性。
腰果酚缩水甘油醚作为替代硅烷偶联剂的白炭黑改性剂而使用，在确定白炭黑改性所用硅烷偶联剂的基础上，每1质量份的硅烷偶联剂可以被0.8-2质量份的腰果酚缩水甘油醚替换，直至全部硅烷偶联剂被腰果酚缩水甘油醚所替换。
或者，进一步的根据需要，将其余橡胶所需加工助剂加入到橡胶/白炭黑母炼胶中，在加入以上加工助剂后，对胶料进一步混炼，混炼3-10分钟后即得到橡胶/白炭黑混炼胶。
(3)橡胶硫化：
将橡胶/白炭黑混炼胶在相应橡胶基体适宜的硫化温度下进行硫化，即得到橡胶/白炭黑复合材料。
本发明中，腰果酚缩水甘油醚可以在较温和条件下(90℃以上)与白炭黑表面的羟基反应，实现对无机填料的有机物接枝改性；且腰果酚缩水甘油醚的不饱和长碳链烃可以借助橡胶加工中的硫化体系，与橡胶分子链形成共交联结构，从而实现利用腰果酚缩水甘油醚为白炭黑与橡胶之间构建桥接作用，进而实现白炭黑在橡胶基体中的良好分散以及白炭黑与橡胶间强烈化学作用的形成。同时，腰果酚缩水甘油醚改性白炭黑的过程中的反应产物仅有水，不产生其他有机小分子，这对于降低白炭黑改性过程中的VOC排放有着重要的帮助。
使用本发明所述的腰果酚缩水甘油醚部分或全部替换硅烷偶联剂改性白炭黑得到的橡胶/白炭黑复合材料中，白炭黑经腰果酚缩水甘油醚改性后在橡胶基体中分散十分均匀；同时，白炭黑表面接枝的腰果酚缩水甘油醚与橡胶分子间通过共交联作用，形成化学连接，复合材料中填料与橡胶基体的相互作用十分强烈，这对降低橡胶复合材料的滚动阻力，提高橡胶复合材料的静态力学性能有明显的帮助。
本发明所述的腰果酚缩水甘油醚是以腰果酚为原料，经过简单的化学合成制备得到。而腰果酚是从农林剩余物腰果壳中提取的天然酚类化合物，是最常用的可再生资源之一，具有可再生、价格低廉以及资源丰富的独特优势。
实验证明：使用所述腰果酚缩水甘油醚部分或全部替换硅烷偶联剂改性白炭黑并与橡胶复合后制备的橡胶/白炭黑复合材料具有与完全使用硅烷偶联剂改性白炭黑并制备的橡胶复合材料相当的动、静态力学性能。腰果酚缩水甘油醚是一种比硅烷偶联剂更加环保、廉价的改性剂，使用腰果酚缩水甘油醚改性白炭黑并制备橡胶复合材料的工艺过程也更加节能、环保。
附图说明
图1是实施例1的丁苯橡胶/白炭黑复合材料的透射电子显微镜(TEM)照片。
图2是按实施例2所述制备方法制得的天然橡胶/改性白炭黑混炼胶的RPA储能模量(G’)应变扫描图；曲线1代表传统硅烷偶联剂改性白炭黑混炼胶(对比例1)；曲线2代表腰果酚缩水甘油醚改性白炭黑混炼胶(实施例2)。
图3是按实施例3所述制备方法制得的天然橡胶/改性白炭黑混炼胶的应力-应变曲线图；曲线1代表传统硅烷偶联剂改性白炭黑硫化胶(对比例2)；曲线2代表腰果酚缩水甘油醚改性白炭黑硫化胶(实施例3)。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。
实施例所用原料均为市售。
实施例1：
取乳聚丁苯橡胶(SBR1502)100重量份放入到密闭式混炼机中，设置转子转速为80r/min，腔内温度为45℃，将橡胶塑炼3分钟，最终使橡胶保持连续流动的熔融态。取白炭黑(K160)粉体60重量份，在3分钟内分2次加入密闭式混炼机中；同时取6重量份腰果酚缩水甘油醚及1.5重量份硅烷偶联剂Si75，在加白炭黑的同时加入密闭式混炼机。白炭黑添加完毕后，继续混炼3分钟，之后调节混炼机腔内温度至90℃以上，再混炼7分钟，以促使白炭黑通过其表面的羟基与腰果酚缩水甘油醚分子一端的环氧基团反应，实现填料的原位改性。最后排出橡胶混炼胶，完成橡胶与无机填料的混炼，得到丁苯橡胶/改性白炭黑母炼胶。将得到的该母炼胶冷却至室温后，再次将该混炼胶加入密闭式混炼机中，控制混炼机腔内温度在50℃下，依次加入3重量份氧化锌、2重量份硬脂酸、2重量份防老剂4020、2.9重量份促进剂CZ、1.9重量份促进剂D及2.9重量份硫磺后，混炼5分钟，得到丁苯橡胶/改性白炭黑混炼胶，采用模具压制并升温硫化制得丁苯橡胶/白炭黑复合材料。用透射电子显微镜(TEM)观察该丁苯橡胶/白炭黑复合材料(见图1)，可见白炭黑在橡胶基体中的分散状态良好。
实施例2：
取天然橡胶100重量份放入到密闭式混炼机中，设置转子转速为70r/min，腔内温度为40℃，将橡胶塑炼3分钟，最终使橡胶保持连续流动的熔融态。取白炭黑(VN3)粉体70重量份，在5分钟内分3次加入密闭式混炼机中；同时取8.5重量份腰果酚缩水甘油醚，在加白炭黑的同时加入到密闭式混炼机中。白炭黑添加完毕后，继续混炼6分钟，之后调节混炼机腔内温度至90℃以上，再混炼8分钟，以促使白炭黑通过其表面的羟基与腰果酚缩水甘油醚分子一端的环氧基团反应，实现填料的原位改性。最后排出橡胶混炼胶，完成橡胶与无机填料的混炼，得到天然橡胶/改性白炭黑母炼胶。将得到的该母炼胶冷却至室温后，再次将该混炼胶加入密闭式混炼机中，控制混炼机腔内温度在50℃下，依次加入5重量份氧化锌、2重量份硬脂酸、1重量份防老剂4010NA、3.5重量份促进剂CZ、2.5重量份促进剂D及3.5重量份硫磺后，混炼7分钟，得到白炭黑用量为70Phr的天然橡胶/腰果酚缩水甘油醚改性白炭黑混炼胶。
对比例1：
取天然橡胶100重量份放入到密闭式混炼机中，设置转子转速为70r/min，腔内温度为40℃，将橡胶塑炼3分钟，最终使橡胶保持连续流动的熔融态。取白炭黑(VN3)粉体70重量份，在5分钟内分3次加入密闭式混炼机中；同时取7重量份硅烷偶联剂Si-69(TESPT)，在加白炭黑的同时加入到密闭式混炼机中。白炭黑添加完毕后，继续混炼6分钟，之后调节混炼机腔内温度至140℃以上，再混炼8分钟，以促使白炭黑通过其表面的羟基与硅烷偶联剂Si-69(TESPT)反应，实现填料的原位改性。最后排出橡胶混炼胶，完成橡胶与无机填料的混炼，得到天然橡胶/改性白炭黑母炼胶。将得到的该母炼胶冷却至室温后，再次将该混炼胶加入密闭式混炼机中，控制混炼机腔内温度在50℃下，依次加入5重量份氧化锌、2重量份硬脂酸、1重量份防老剂4010NA、2重量份促进剂CZ、1重量份促进剂D及2重量份硫磺后，混炼7分钟，得到白炭黑用量为70Phr的天然橡胶/硅烷偶联剂改性白炭黑混炼胶。
对比例1与实施例2制备的天然橡胶/白炭黑混炼胶的RPA储能模量(G’)如图2所示，从图2可见以腰果酚缩水甘油醚改性白炭黑制备的天然橡胶/白炭黑混炼胶(曲线2)初始储能模较之传统硅烷偶联剂Si69改性白炭黑制备的天然橡胶/白炭黑混炼胶(曲线1)更低，这说明该胶料中填料的佩恩效应更低，填料网络结构较弱，白炭黑团聚体更小，白炭黑分散良好。
接着，将对比例1与实施例2得到的天然橡胶/改性白炭黑混炼胶分别采用模具压制并升温硫化制得天然橡胶/白炭黑的硫化橡胶，其力学性能、动态性能、磨耗性能示于表1。
硫化橡胶的拉伸性能(拉伸强度、定伸强度以及断裂伸长率)依据GB/T 528-2009标准进行测定，试样为哑铃1型，拉伸速度为500mm/min，撕裂性能依据GB/T 529-2008标准进行测定，试样为直角形试样试样。
橡胶的耐磨性依据GB/T 1689-2014标准进行测定，所得阿克隆磨耗值为样品在阿克隆磨耗试验机上磨损掉的体积，该值越小则表明对应橡胶样品耐磨性越好。
橡胶的压缩生热根据GB/T 1687.3-2016标准进行测定，其恒温室温度为55℃，冲程值为4.45mm。
通过DMTA对复合材料的动态性能进行分析测试，测试样品的规格为10X10mm，应变为5％，频率为10Hz，扫描温度范围为-10℃～80℃。读取60℃对应的Tanδ值。
表1实施例2和对比例1的复合材料的性能对比
Figure BDA0001402626170000091
从表1对比可见，橡胶复合材料的动、静态性能在使用腰果酚缩水甘油醚改性白炭黑的情况下，与使用传统的硅烷偶联剂改性白炭黑没有显著差别。
实施例3：
取天然橡胶100重量份放入开放式混炼机的双辊之间，反复塑炼5遍，使橡胶可以在辊上保持连续流动的熔融态。调整双辊辊距在2mm左右，取白炭黑(VN3)粉体100重量份，在双辊间有堆积胶的情况下逐步将白炭黑混入橡胶中；同时取10重量份腰果酚缩水甘油醚及2重量份硅烷偶联剂KH590，在加白炭黑的同时混入橡胶中。在白炭黑添加完毕后，继续混炼4分钟后将胶料取下。将开放式混炼机的辊温调节至90℃以上，将胶料再混炼6分钟，以促使白炭黑通过其表面的羟基与腰果酚缩水甘油醚分子一端的环氧基团反应，实现填料的原位改性，混炼后取下橡胶混炼胶，完成橡胶与无机填料的混炼，得到天然橡胶/改性白炭黑母炼胶。将得到的该母炼胶冷却至室温后，再次将该混炼胶放到常温的开放式混炼机上，调整双辊辊距在2mm左右，在胶料包辊并形成堆积胶之后，依次加入5.5重量份氧化锌、2.5重量份硬脂酸、2重量份防老剂4020、4重量份促进剂CZ、3重量份促进剂D及5重量份硫磺后，混炼4分钟，得到天然橡胶/改性白炭黑混炼胶，采用模具压制并升温硫化制得天然橡胶/腰果酚缩水甘油醚白炭黑复合材料。
对比例2：
取天然橡胶100重量份放入开放式混炼机的双辊之间，反复塑炼5遍，使橡胶可以在辊上保持连续流动的熔融态。调整双辊辊距在2mm左右，取白炭黑(VN3)粉体100重量份，在双辊间有堆积胶的情况下逐步将白炭黑混入橡胶中；取10重量份硅烷偶联剂Si-69(TESPT)，在加白炭黑的同时混入橡胶中。在白炭黑添加完毕后，继续混炼4分钟后将胶料取下。将开放式混炼机的辊温调节至90℃以上，将胶料再混炼6分钟，以促使白炭黑通过其表面的羟基与腰果酚缩水甘油醚分子一端的环氧基团反应，实现填料的原位改性，混炼后取下橡胶混炼胶，完成橡胶与无机填料的混炼，得到天然橡胶/改性白炭黑母炼胶。将得到的该母炼胶冷却至室温后，再次将该混炼胶放到常温的开放式混炼机上，调整双辊辊距在2mm左右，在胶料包辊并形成堆积胶之后，依次加入5.5重量份氧化锌、2.5重量份硬脂酸、2重量份防老剂4020、2重量份促进剂CZ、1重量份促进剂D及2重量份硫磺后，混炼4分钟，得到天然橡胶/改性白炭黑混炼胶，采用模具压制并升温硫化制得天然橡胶/传统硅烷偶联剂改性白炭黑复合材料。
对比例2与实施例3制备的天然橡胶/白炭黑硫化胶的应力-应变曲线如附图3所示。从图3对比可见，橡胶/白炭黑复合材料的整体力学性能在使用腰果酚缩水甘油醚替换硅烷偶联剂改性白炭黑的情况下，未发生显著变化。
实施例4～实施例7：
表2实施例4～实施例7的配方
Figure BDA0001402626170000111
制备方法：
按照先将橡胶塑炼，再将橡胶与白炭黑、腰果酚缩水甘油醚及硅烷偶联剂混炼制备母炼胶，之后加入各种加工助剂混炼得橡胶/白炭黑混炼胶，最后硫化的顺序，依据表2的配方制备实施例4～实施例7的丁苯橡胶/白炭黑复合材料。
具体制备条件如下：先将溶聚丁苯橡胶(5025)100份放入密闭式混炼机中在转子转速75r/min，腔内温度40℃条件下塑炼2分钟，最终使橡胶保持连续流动的熔融态；取白炭黑(1165M)粉体30份，在3分钟内分2次加入密闭式混炼机中；同时按照表2中记录的量取腰果酚缩水甘油醚及硅烷偶联剂，在加白炭黑的同时加入到密闭式混炼机中，白炭黑添加完毕后，继续混炼2分钟，之后调节混炼机腔内温度至90℃以上，再混炼5分钟，以促使白炭黑通过其表面的羟基与腰果酚缩水甘油醚分子一端的环氧基团反应，实现填料的原位改性，最后排出橡胶混炼胶，完成橡胶与无机填料的混炼，得到丁苯橡胶/改性白炭黑母炼胶；将得到的该母炼胶冷却至室温后，再次将该混炼胶加入密闭式混炼机中，控制混炼机腔内温度在50℃下，按照表2中记录的量，依次加入氧化锌，硬脂酸，防老剂4020，促进剂CZ，促进剂D及硫磺，之后继续混炼3分钟，得到溶聚丁苯橡胶/改性白炭黑混炼胶；采用模具压制并升温硫化制得实施例4～实施例7的溶聚丁苯橡胶/白炭黑的硫化橡胶，其力学性能、动态性能、磨耗性能示于表3。
表3实施例4～实施例7的性能
Figure BDA0001402626170000121
从表3对比可见，橡胶材料的动、静态性能在使用腰果酚缩水甘油醚替换硅烷偶联剂改性白炭黑的情况下没有显著变化。
实施例8～实施例10：
表4实施例8～实施例10的配方
Figure BDA0001402626170000131
制备方法：
按照先将橡胶塑炼，再将橡胶与白炭黑、腰果酚缩水甘油醚及硅烷偶联剂混炼制备母炼胶，之后加入各种加工助剂混炼得橡胶/白炭黑混炼胶，最后硫化的顺序，依据表4的配方制备实施例8～实施例10的天然橡胶/白炭黑复合材料。具体制备条件如下：先将天然橡胶100重量份放入密闭式混炼机中在转子转速70r/min，腔内温度40℃条件下塑炼3分钟，最终使橡胶保持连续流动的熔融态；按照表4中记录的量取白炭黑(VN3)粉体，在7分钟内分4次加入密闭式混炼机中；同时按照表4中记录的量取腰果酚缩水甘油醚及硅烷偶联剂，在加白炭黑的同时加入到密闭式混炼机中，白炭黑添加完毕后，继续混炼10分钟，之后调节混炼机腔内温度至90℃以上，再混炼10分钟，以促使白炭黑通过其表面的羟基与腰果酚缩水甘油醚分子一端的环氧基团反应，实现填料的原位改性，最后排出橡胶混炼胶，完成橡胶与无机填料的混炼，得到天然橡胶/改性白炭黑母炼胶，将得到的该母炼胶冷却至室温后，再次将该混炼胶加入密闭式混炼机中，控制混炼机腔内温度在50℃下，按照表4中记录的量，依次加入氧化锌，硬脂酸，防老剂4020，促进剂CZ，促进剂D及硫磺，之后继续混炼10分钟，得到白炭黑用量不同的天然橡胶/改性白炭黑混炼胶；采用模具压制并升温硫化制得实施例8～实施例10的天然橡胶/白炭黑的硫化橡胶，其力学性能、动态性能、磨耗性能示于表5。
表5实施例8～实施例10的性能
Figure BDA0001402626170000141
从表5可见，即使在胶料中白炭黑填充量较多(>100Phr)的情况下，天然橡胶/白炭黑复合材料依然可以在使用腰果酚缩水甘油醚改性白炭黑的情况下成功制备，天然橡胶/白炭黑复合材料的整体性能良好。

Claims (9)

1.一种使用腰果酚缩水甘油醚改性白炭黑的橡胶复合材料，其特征在于所述复合材料是由包括以下组分的原料硫化而得：
橡胶 100重量份；
白炭黑 1～135重量份；
腰果酚缩水甘油醚 0.01～40重量份；
所述腰果酚缩水甘油醚为以下几种结构化合物的混合物：
Figure FDA0002394889530000011
其中R为以下几种结构：
Figure FDA0002394889530000012
R＝C15H31；
Figure FDA0002394889530000013
R＝C15H29；
Figure FDA0002394889530000014
R＝C15H27；
Figure FDA0002394889530000015
R＝C15H25。
2.如权利要求1所述的橡胶复合材料，其特征在于所述复合材料是由包括以下组分的原料硫化而得：
橡胶 100重量份；
白炭黑 30～100重量份；
腰果酚缩水甘油醚 1～15重量份。
3.如权利要求1所述的橡胶复合材料，其特征在于：
所述组分中包括硅烷偶联剂，以橡胶为100重量份，硅烷偶联剂为0.1～20重量份。
4.如权利要求3所述的橡胶复合材料，其特征在于：
所述组分中包括硅烷偶联剂，以橡胶为100重量份，硅烷偶联剂为1～8重量份。
5.如权利要求3所述的橡胶复合材料，其特征在于：
所述硅烷偶联剂结构式为：R-SiXP或XPSi-R-SiXP，
其中R代表有机官能团，X代表烷氧基团，P的值在1-3之间。
6.如权利要求1～5之任一项所述的橡胶复合材料，其特征在于：
所述组分中包括活化剂、防老剂、增塑剂、促进剂、硫磺中的至少一种。
7.如权利要求6所述的橡胶复合材料，其特征在于：
以橡胶为100重量份，促进剂为2～8重量份，硫磺为2～6重量份。
8.一种如权利要求1～7之任一项所述的橡胶复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将橡胶原料经过塑炼，使橡胶保持连续流动的熔融态；
2)将白炭黑和腰果酚缩水甘油醚，或者白炭黑、腰果酚缩水甘油醚以及硅烷偶联剂同时加入到连续流动的熔融橡胶基体中，然后混炼得到橡胶/白炭黑母炼胶；
或者，接着将其余所需加工助剂加入所述母炼胶中，进一步混炼，混炼均匀后即得到橡胶/白炭黑混炼胶；
3)将橡胶/白炭黑混炼胶进行硫化，即得到所述橡胶复合材料。
9.如权利要求8所述的橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：
所述第2)步中橡胶与白炭黑混炼过程中，混炼温度在90℃以上的时间大于5分钟。
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