CN110498948A - 一种纳米橡胶流动分散剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纳米橡胶流动分散剂及其制备方法，本发明的纳米橡胶流动分散剂由以下质量份的原料制成：有机蒙脱土5‑15份，脂肪酸20‑50份，脂肪酸脂10‑30份，脂肪醇10‑30份，蜡0‑15份，氢氧化镁2.5‑6.5份或氧化镁4.5‑5.3份，树脂0‑10份组成。通过加热、过滤、干燥、造粒，得到纳米橡胶流动分散剂。制备方法简单快捷，适合工业化大批量生产；且所用原料安全环保，不会产生对人体有害的因素，在改善橡胶加工性能的同时能缩短橡胶的焦烧时间和正硫化时间，起到硫化促进剂的作用，使橡胶制品的加工安全性能、物理机械性能和硫化速度得到提高。

Description

一种纳米橡胶流动分散剂及制备方法

技术领域

本发明涉及橡胶加工助剂领域，特别涉及橡胶共混体系的流动分散剂及其制备方法和应用。

背景技术

橡胶流动分散剂的主要功能是解决不同胶种共混时遇到的分散不良的问题。随着我国轮胎产业和合成橡胶产业的迅猛发展，合成橡胶在轮胎中用量不断增加，近年来分散剂在国内需求量也快速增加。

尽管国内生产的分散剂可以部分替代进口产品，在极性、溶解度、粘度等指标相近性逐渐得到优化和提升。但国内部分企业没有进入深入研究，仅根据一个简单的配方进行生产，对作用机理的认识和原料配比的控制上由于没有技术支撑，导致产品应用和环保性能无法满足现代轮胎工业的生产要求。

美国专利US2013008341记载了用于多种应用的金属皂(钙皂、钾皂、钠皂、镁皂等)组合物的制备方法，但该方法的反应温度高，反应条件苛刻，成本较高。

中国专利CN103865100A公开了一种橡胶加工助剂及其制备方法，该加工助剂以硬脂酸、氧化锌、无水三氯化铝及油酸锌为原料制备而成，是金属皂的组合物。

中国专利CN 104292862 A将脂肪酸、硬脂酸锌、白炭黑、沥青、C9石油树脂、辛基酚醛树脂、防护蜡、聚乙二醇按比例掺混制备而成，将其用于橡胶共混体系能降低混炼胶的粘度，改善了胶料的加工性能，减少了混炼过程的能量损耗。

中国专利CN1106800785 A公开了脂肪酸镁皂环保的流动分散剂的制备方法，在改善胶料加工性能的同时不影响胶料的硫化性能。

以上方法均能改善胶料的流动性，促进胶料的均匀，改善胶料的加工性能，但不能同时起到硫化促进剂的作用。

发明内容

本发明目的是解决现有技术中橡胶分散剂分散性能不够理想，提供一种用于橡胶共混体系的流动分散剂及其制备方法和应用。

本发明以廉价的原材料制备橡胶共混体系的纳米流动分散剂，所用原料安全环保，在改善橡胶加工性能的同时能，起到硫化促进剂的作用，降低了橡胶共混体系用流动分散剂的使用门槛和成本。

为解决上述问题本发明技术方案如下：

一种纳米橡胶流动分散剂，其特征在于，由以下质量份的原料制成：有机蒙脱土5-15份，脂肪酸30-50份，脂肪酸脂10-30份，脂肪醇5-10份，蜡0-15 份，氢氧化镁3-8份或氧化镁4-6份，树脂0-10份。

优选的，所述有机蒙脱土为十六烷基三甲基溴化铵改性的钠基蒙脱土。

其中，所述有机蒙脱土的制备方法如下：

S11、制备十六烷基三甲基溴化铵水溶液；

S12、制备钠基蒙脱土水溶液，与所述S11中制备的十六烷基三甲基溴化铵水溶液混合获得混合液，洗至检测到水溶液的上清液无Br^-；

S13、将所述混合液中的沉淀物分离，得有机蒙脱土。

优选的，所述脂肪酸来源于棕榈酸、油酸、亚油酸和硬脂酸的一种或多种组合。

优选的，所述脂肪酸酯为所述脂肪酸的合成酯的一种或多种组合。

优选的，所述脂肪醇为含有14-18个碳的直链脂肪醇的一种或多种组合。

优选的，所述蜡为石蜡，地蜡，微晶蜡的一种或多种组合。

优选的，所述的脂肪酸来源于天然油脂，如棕榈酸(软脂酸)、油酸、亚油酸和硬脂酸的一种或多种组合。

优选的，所述流动分散剂，由以下质量份的原料组成：有机蒙脱土5份，脂肪酸45份，脂肪酸脂25份，脂肪醇5份，蜡10份，氢氧化镁5份或氧化镁4 份，树脂5份。

本发明还提供所述纳米橡胶流动分散剂的制备方法，具体步骤如下：

S1、按配方量分别称取有机蒙脱土、脂肪酸脂和脂肪醇，以固液比为1:3-1： 5称取去离子水；

S2、先向去离子水中加入有机蒙脱土制得有机蒙脱土水溶液；

S3、将S2所得溶液加入反应釜中，预热到85-90℃，再加入脂肪酸脂和脂肪醇，开启反应釜使其旋转；

S4、待脂肪酸脂和脂肪醇熔融后，将反应釜温度升到115-120℃，将配方量的脂肪酸和配方量的氢氧化镁或氧化镁组成的混合物缓慢加入到反应釜中，加完后向反应釜中缓慢加入2％-5％浓度为30％的过氧化氢溶液作为催化剂，继续搅拌反应一段时间；

S5、待反应釜中的水分基本蒸发约60-90％后，向反应釜中加入蜡和树脂，继续反应至水分完全蒸发完毕；反应完全后将沉淀物过滤、干燥、造粒，即得纳米橡胶流动分散剂。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

1.本发明所用原料大都来源于天然产物或无毒低毒的工业原料，纳米橡胶流动分散剂不含有害物质，大量使用也不会危害环境安全和人类健康，是一种无毒高效的橡胶类流动分散剂；

2.本发明之纳米橡胶流动分散剂为一种金属镁皂组合物，能降低混炼胶的粘度，提高了胶料共混的均匀性，改善了胶料的加工性能，减少了混炼过程的能量损耗；

3.本发明的纳米橡胶流动分散剂在改善橡胶加工性能的同时能缩短橡胶的焦烧时间和正硫化时间，起到硫化促进剂的作用，使橡胶制品的加工安全性能、物理机械性能和硫化速度得到提高；

4.本发明采用的方法主要是简单的加热熔融混合，加热条件也不超过 130℃，条件相对温和，易于工业化生产。

具体实施方式

本发明的实施例提供一种纳米橡胶流动分散剂，其由以下质量份的原料组成：有机蒙脱土5-15份，脂肪酸30-50份，脂肪酸脂10-30份，脂肪醇5-10份，蜡 0-15份，氢氧化镁3-8份或氧化镁4-6份，树脂0-10份。

具体的，所述有机蒙脱土为十六烷基三甲基溴化铵改性的钠基蒙脱土。

具体的，所述脂肪酸来源于棕榈酸、油酸、亚油酸和硬脂酸的一种或多种组合。

具体的，所述脂肪酸酯为所述脂肪酸的合成酯的一种或多种组合。

具体的，所述脂肪醇为含有14-18个碳的直链脂肪醇的一种或多种组合。

具体的，所述蜡为石蜡，地蜡，微晶蜡的一种或多种组合。

具体的，所述的脂肪酸来源于天然油脂，如棕榈酸(软脂酸)、油酸、亚油酸和硬脂酸的一种或多种组合。

具体的，所述流动分散剂，由以下质量份的原料组成：有机蒙脱土5份，脂肪酸45份，脂肪酸脂25份，脂肪醇5份，蜡10份，氢氧化镁5份或氧化镁4 份，树脂5份。

实施例1：

制备有机蒙脱土：准确称取20.0g的十六烷基三甲基溴化铵于烧杯中，加入 600mL去离子水，于磁力搅拌器上快速搅拌。另取50.0g过200目筛的钠基蒙脱土加入三口烧瓶中，加入3000mL去离子水，于恒温水浴锅水浴加热至80℃，持续搅拌30min，然后加入十六烷基三甲基溴化铵水溶液，持续搅拌8h，然后静置冷至室温；经高速离心分离后用去离子水洗至上清液澄清，然后用50％的乙醇溶液洗涤多次，直至用0.1mol/L的AgNO₃，检测上清液无Br^-。最后，分离沉淀物于80℃真空干燥4h、研磨、过200目筛子，得有机蒙脱土；

按质量份数比分别称取有机蒙脱土50g、脂肪酸脂200g和脂肪醇100g，称取去离子水1400ml，先将有机蒙脱土50g加入，用超声波细胞粉碎机超声1h制成溶液；

将上述溶液加入反应釜中，预热到85-90℃，加入脂肪酸脂和脂肪醇，设定反应釜转速为80r/min，开始工作；

待脂肪酸脂和脂肪醇熔融后，将反应釜温度升到115-120℃，将脂肪酸300g 和氢氧化镁30g混合物缓慢加入到反应釜中，加完后向反应釜中缓慢加入60g 浓度为30％的过氧化氢溶液作为催化剂，继续搅拌反应1-2h；

待反应釜中的水分基本蒸发约60-90％后，向反应釜中加入蜡和树脂，继续反应1h，至水分完全蒸发完毕；反应完全后将沉淀物过滤、干燥、造粒，即得纳米橡胶流动分散剂。

实施例2：

制备有机蒙脱土：准确称取20.0g的十六烷基三甲基溴化铵于烧杯中，加入 600mL去离子水，于磁力搅拌器上快速搅拌。另取50.0g过200目筛的钠基蒙脱土加入三口烧瓶中，加入3000mL去离子水，于恒温水浴锅水浴加热至80℃，持续搅拌30min，然后加入十六烷基三甲基溴化铵水溶液，持续搅拌8h，然后静置冷至室温；经高速离心分离后用去离子水洗至上清液澄清，然后用50％的乙醇溶液洗涤多次，直至用0.1mol/L的AgNO₃，检测上清液无Br^-。最后，分离沉淀物于80℃真空干燥4h、研磨、过200目筛子，得有机蒙脱土；

按质量份数比称取有机蒙脱土60g、脂肪酸脂250g和脂肪醇150g，称取去离子水2000ml，先将有机蒙脱土60g加入，用超声波细胞粉碎机超声1h形成溶液；

将上述溶液加入反应釜中，预热到85-90℃，加入脂肪酸脂和脂肪醇，设定反应釜转速为80r/min，开始工作；

待脂肪酸脂和脂肪醇熔融后，将反应釜温度升到115-120℃，将脂肪酸400g 和氧化镁50g混合物缓慢加入到反应釜中，加完后向反应釜中缓慢加入90g浓度为30％的过氧化氢溶液作为催化剂，继续搅拌反应1-2h；

待反应釜中的水分基本蒸发约60-90％后，向反应釜中加入蜡和树脂，继续反应1h，至水分完全蒸发完毕；反应完全后将沉淀物过滤、干燥、造粒，即得纳米橡胶流动分散剂。

实施例3：

制备有机蒙脱土：准确称取20.0g的十六烷基三甲基溴化铵于烧杯中，加入 600mL去离子水，于磁力搅拌器上快速搅拌。另取50.0g过200目筛的钠基蒙脱土加入三口烧瓶中，加入3000mL去离子水，于恒温水浴锅水浴加热至80℃，持续搅拌30min，然后加入十六烷基三甲基溴化铵水溶液，持续搅拌8h，然后静置冷至室温；经高速离心分离后用去离子水洗至上清液澄清，然后用50％的乙醇溶液洗涤多次，直至用0.1mol/L的AgNO₃，检测上清液无Br^-。最后，分离沉淀物于80℃真空干燥4h、研磨、过200目筛子，得有机蒙脱土；

按质量份数比分别称取有机蒙脱土50g、脂肪酸脂400g和脂肪醇100g，称取去离子水2000ml，先将有机蒙脱土50g加入，用超声波细胞粉碎机超声1h形成溶液；

将上述溶液加入反应釜中，预热到85-90℃，加入脂肪酸脂和脂肪醇，设定反应釜转速为80r/min；

待脂肪酸脂和脂肪醇熔融后，将反应釜温度升到115-120℃，将脂肪酸450g 和氢氧化镁45g混合物缓慢加入到反应釜中，加完后向反应釜中缓慢加入90g 浓度为30％的过氧化氢溶液作为催化剂，继续搅拌反应1-2h；

待反应釜中的水分基本蒸发约60-90％后，向反应釜中加入蜡和树脂，继续反应1h，至水分完全蒸发完毕；反应完全后将沉淀物过滤、干燥、造粒，即得纳米橡胶流动分散剂。

将实施例1-3制得的流动分散剂与市售同类产品A应用于橡胶中形成混炼胶后，进行对比应用试验，表一为实验混炼胶的配比组成，按常规两段混炼工艺加工而成，实验配比如表一:

表一：实验混炼胶的配比组成

注：空白对照胶料为未添加分散剂制得的胶料，胶料的制备,实验条件、其它试验材料均相同,均采用现有制备方法制得。

将根据表一的配比制得的五种混炼胶的硫化数据进行对比，得表二：

表二：硫化数据对照

从表二中可以看出，实施例1-3的纳米橡胶流动分散剂可缩短橡胶的焦烧时间和正硫化时间，起到硫化促进剂的作用。

将根据表一的配比制得的五种混炼胶的流动性数据进行对比，得表三：

表三：流动性对照(25g蜘蛛模测试)

从表三中可以看出，实施例1-3的纳米橡胶流动分散剂在改善橡胶的流动性能方面(蜘蛛模的粗角和细角的长度)，超过了市售同类产品，说明本发明的纳米橡胶流动分散剂可以提高胶料的流动性，改善橡胶加工性能，具有较好的应用效果。

通过表二和表三的数据可以看出，本发明实施例1至3的纳米橡胶流动分散剂和市售同类分散剂都能改善胶料的加工性能,但本发明实施例1至3的分散剂综合性能优于市售同类分散剂。

Claims (10)

1.一种纳米橡胶流动分散剂，其特征在于，由以下质量份的原料制成：有机蒙脱土5-15份，脂肪酸30-50份，脂肪酸脂10-30份，脂肪醇5-10份，蜡0-15份，氢氧化镁3-8份或氧化镁4-6份，树脂0-10份。

2.如权利要求1所述的纳米橡胶流动分散剂，其特征在于：所述有机蒙脱土为十六烷基三甲基溴化铵改性的钠基蒙脱土。

3.如权利要求2所述的纳米橡胶流动分散剂，其特征在于：所述有机蒙脱土的制备方法如下：

S11、制备十六烷基三甲基溴化铵水溶液；

S12、制备钠基蒙脱土水溶液，与所述S11中制备的十六烷基三甲基溴化铵水溶液混合获得混合液，洗至检测到水溶液的上清液无Br^-；

S13、将所述混合液中的沉淀物分离，得有机蒙脱土。

4.如权利要求1所述的纳米橡胶流动分散剂，其特征在于：所述脂肪酸来源于棕榈酸、油酸、亚油酸和硬脂酸的一种或多种组合。

5.如权利要求1或4所述的纳米橡胶流动分散剂，其特征在于：所述脂肪酸酯为所述脂肪酸的合成酯的一种或多种组合。

6.如权利要求1所述的纳米橡胶流动分散剂，其特征在于：所述脂肪醇为含有14-18个碳的直链脂肪醇的一种或多种组合。

7.如权利要求1所述的纳米橡胶流动分散剂，其特征在于：所述蜡为石蜡，地蜡，微晶蜡的一种或多种组合。

8.如权利要求1所述的纳米橡胶流动分散剂，其特征在于：所述树脂为帖烯树脂，酚醛树脂，萜烯酚树脂的一种或多种组合。

9.如权利要求1至8任一所述的纳米橡胶流动分散剂，其特征在于：所述流动分散剂由以下质量份的原料组成：有机蒙脱土5份，脂肪酸45份，脂肪酸脂25份，脂肪醇5份，蜡10份，氢氧化镁5份或氧化镁4份，及树脂5份。

10.如权利要求1-9任一项所述纳米橡胶流动分散剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1、按配方量分别称取有机蒙脱土、脂肪酸脂和脂肪醇，及适量去离子水；

S2、先向去离子水中加入有所述机蒙脱土，制得有机蒙脱土水溶液；

S3、将S2所得溶液加入反应釜中，预热到85-90℃，再加入所述脂肪酸脂和脂肪醇，开启反应釜使其旋转；

S4、待脂肪酸脂和脂肪醇熔融后，将反应釜温度升到115-120℃，将配方量的脂肪酸和氢氧化镁或氧化镁缓慢加入到反应釜中，然向反应釜中缓慢加入2％-5％浓度为30％的过氧化氢溶液作为催化剂，继续搅拌反应一段时间；

S5、待反应釜中的水分基本蒸发约60-90％后，向反应釜中加入蜡和树脂，继续反应至水分完全蒸发完毕；反应完全后将沉淀物过滤、干燥、造粒，即得纳米橡胶流动分散剂。