CN112300442A - 一种轮胎胎面胶用绿色填料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轮胎胎面胶用绿色填料的制备方法。步骤包括：将改性剂加入到白炭黑浆液中，研磨15～40min后取出冷却，得到改性白炭黑浆液，将改性白炭黑浆液用60℃烘箱烘干，制得改性白炭黑干粉；将石墨烯原粉分散于水中，配制成质量分数为0.02～0.2的石墨烯悬浊液，向石墨烯悬浊液中加入罗丹明B，得到罗丹明B改性石墨烯分散液，将分散液用60℃烘箱烘干，制得改性石墨烯干粉；将改性白炭黑干粉和改性石墨烯干粉按一定质量比进行混合，其中改性白炭黑干粉与改性石墨烯干粉的质量比为10:1～30:1，利用球磨机混合均匀即可制得绿色填料本发明通过改性绿色填料白炭黑和石墨烯，综合利用每种填料的优点，提高填料的分散性，制备方法简单，成本低、无污染。

Description

一种轮胎胎面胶用绿色填料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种轮胎胎面胶用绿色填料的制备方法，属于橡胶生产领域。
背景技术
在过去的20年里，因人们对客车能源消耗和尾气排放的担忧日益增强，低油耗、安全性更高的绿色轮胎引起关注。目前，绿色轮胎的制造一般采用硅烷偶联剂和白炭黑作为主填料体系。然而，这一技术仍有一些局限性。例如，由于白炭黑的绝缘特性，白炭黑绿色轮胎不能满足抗静电要求，需要将导电橡胶带集成到轮胎上，这在技术上是非常复杂的。目前，除了炭黑和白炭黑外，还开发了新一代的补强填料，特别是纳米填料也可用于轮胎胶料。将纳米粒子加入到橡胶中可以提高其力学性能。自石墨烯被发现以来，因其具有显著改善橡胶整体性能的特性而引起橡胶复合材料界研究人员的广泛关注。通过加入少量石墨烯可以显著改善各种性能，如机械强度、电导率、阻隔性能、微波吸收和抗老化性能。具有多功能性能的橡胶/石墨烯复合材料在轮胎领域有很好的应用前景。然而，石墨烯均匀分散、分布的橡胶/石墨烯复合材料难以规模化工业生产，且合成结构完整的石墨烯成本仍然很高。因此将石墨烯与其它廉价填料复配使用，利用不同填料之间的协同效应改善其分散性，提高填料－橡胶界面相互作用具有重要的意义。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种轮胎胎面胶用绿色填料的制备方法。该方法得到的绿色填料工艺简单、无污染、投资成本低、在橡胶中分散性好。
一种轮胎胎面胶用绿色填料的制备方法，步骤包括：
1)将改性剂加入到白炭黑浆液中，改性剂采用双(3－三乙氧基硅丙基)四硫化物，加入量为白炭黑质量分数的2～5％，研磨15～40min后取出冷却，得到改性白炭黑浆液，将改性白炭黑浆液用60℃烘箱烘干，制得改性白炭黑干粉；
2)将石墨烯原粉分散于水中，超声不少于2h后，配制成质量分数为0.02～0.2的石墨烯悬浊液，向石墨烯悬浊液中加入罗丹明B,罗丹明B的加入量为石墨烯质量的2-5倍，将混合样品超声不少于1h后,得到罗丹明B改性石墨烯分散液，将分散液用60℃烘箱烘干，制得改性石墨烯干粉；
3)将步骤1)获得的改性白炭黑干粉和步骤2)获得的改性石墨烯干粉按一定质量比进行混合，其中改性白炭黑干粉与改性石墨烯干粉的质量比为10:1～30:1，利用球磨机混合均匀即可制得绿色填料。
进一步的，步骤1)所述白炭黑浆液的制备为：将白炭黑加入水中充分溶解，配制成质量分数为0.05～0.3的白炭黑浆液，配制过程中要通过胶体磨研磨处理使白炭黑分散均匀。
进一步的，步骤2)所述石墨烯原粉的制备为：将氧化石墨烯与水以1mg/mL的比例混合,用超声波振荡至少30min，至溶液清晰无颗粒状物质，再使用水合肼还原氧化石墨烯，水合肼加入量为氧化石墨烯质量的3～5倍，95℃回流不少于24h，将产生的黑色颗粒状沉淀过滤，在60℃烘箱烘干，即可获得石墨烯原粉。
进一步的，步骤3)球磨机的转速为250-500r/min，混料时间为2-6h。
有益效果：本发明以绿色填料白炭黑作为填料的主要成分，可减少对环境的污染。可解决当前轮胎胎面胶生产过程中填料分散性差、成本高的问题，利用混合填料之间的协同作用，充分发挥每种填料的优点，降低生产成本，解决当年国际国内轮胎胎面胶生产过程中遇到的添加石墨烯后成本高、难以规模化生产的问题。本发明生产工艺简单，设备投资少，生产成本低，容易实现工业化。只需要一台烘箱及很少的配套工艺与设备，就可以制备出轮胎胎面胶用绿色填料，且所得混合填料的性能达国际先进水平。
具体实施方式
实施例1：
一种轮胎胎面胶用绿色填料的制备方法，步骤包括：
步骤1)：将2g白炭黑加入38g水中充分溶解，配制成质量分数为0.05的白炭黑浆液，配制过程中通过胶体磨研磨处理使白炭黑分散均匀；将0.04g改性剂双(3－三乙氧基硅丙基)四硫化物(TESP)加入到白炭黑浆液中，研磨15min后取出冷却，得到改性白炭黑浆液，将改性白炭黑浆液用60℃烘箱烘干，制得改性白炭黑干粉；
步骤2)：将0.5g氧化石墨烯溶于500mL去离子水中，用超声波振荡30min，至溶液清晰无颗粒状物质，向混合后的溶液中中加入1.5g水合肼，95℃回流24h，将产生的黑色颗粒状沉淀过滤，在60℃烘箱烘干，即可获得石墨烯原粉；将0.1g石墨烯原粉加入4.9g水中充分溶解，超声2h后，制成质量分数为0.02的石墨烯悬浊液，向石墨烯悬浊液中加入0.2g罗丹明B，将混合样品超声1h后,得到罗丹明B改性石墨烯分散液，将分散液用60℃烘箱烘干，制得改性石墨烯干粉；
步骤3)：将0.30g改性白炭黑干粉和0.01g改性石墨烯放入球磨机中，设定球磨机转速为250r/min，混料时间为6h，混合均匀即可制得绿色填料。
将制得的绿色填料与橡胶混合制备复合材料，测试表明：改性石墨烯和改性炭黑分散在复合材料的基体中，且石墨烯片层可插入到复合材料基体中，因此所得绿色填料在橡胶基体中具有良好的分散性。
实施例2：
一种轮胎胎面胶用绿色填料的制备方法，步骤包括：
步骤1)：将2g白炭黑加入18g水中充分溶解，配制成质量分数为0.1的白炭黑浆液，配置过程中通过胶体磨研磨处理使白炭黑分散均匀；将0.06g改性剂双(3－三乙氧基硅丙基)四硫化物(TESP)加入到白炭黑浆液中，研磨25min后取出冷却，得到改性白炭黑浆液，将改性白炭黑浆液用60℃烘箱烘干，制得改性白炭黑干粉；
步骤2)：将0.5g氧化石墨烯溶于与500mL去离子水中，用超声波振荡30min，至溶液清晰无颗粒状物质，向混合后的溶液中中加入2.0g水合肼，95℃回流30h，将产生的黑色颗粒状沉淀过滤，在60℃烘箱烘干，即可获得石墨烯原粉；将0.1g石墨烯加入1.9g水中充分溶解，超声3h后，制成质量分数为0.05的石墨烯悬浊液，向石墨烯悬浊液中加入0.3g罗丹明B，将混合样品超声2h后,得到罗丹明B改性石墨烯分散液，将分散液用60℃烘箱烘干，制得改性石墨烯干粉；
步骤3)将0.25g改性白炭黑干粉和0.01g改性石墨烯放入球磨机中，设定球磨机转速为300r/min，混料时间为5h，混合均匀即可制得绿色填料。
实施例3：
一种轮胎胎面胶用绿色填料的制备方法，步骤包括：
步骤1)：将3g白炭黑加入17g水中充分溶解，配制成质量分数为0.15的白炭黑浆液，配置过程中通过胶体磨研磨处理使白炭黑分散均匀；将0.12g改性剂双(3－三乙氧基硅丙基)四硫化物(TESP)加入到白炭黑浆液中，研磨30min后取出冷却，得到改性白炭黑浆液，将改性白炭黑浆液用60℃烘箱烘干，制得改性白炭黑干粉；
步骤2)：将0.5g氧化石墨烯溶于与500mL去离子水中，用超声波振荡30min，至溶液清晰无颗粒状物质，向混合后的溶液中中加入2.0g水合肼，95℃回流36h，将产生的黑色颗粒状沉淀过滤，在60℃烘箱烘干，即可获得石墨烯原粉；将0.2g石墨烯加入1.8g水中充分溶解,超声4h后，制成质量分数为0.1的石墨烯悬浊液，向石墨烯悬浊液中加入0.8g罗丹明B，将混合样品超声3h后,得到罗丹明B改性石墨烯分散液，将分散液用60℃烘箱烘干，制得改性石墨烯干粉；
步骤3)将0.20g改性白炭黑干粉和0.01g改性石墨烯放入球磨机中，设定球磨机转速为350r/min，混料时间为4h，混合均匀即可制得绿色填料。
实施例4：
一种轮胎胎面胶用绿色填料的制备方法，步骤包括：
步骤1)：将4g白炭黑加入16g水中充分溶解，配制成质量分数为0.2的白炭黑浆液，配置过程中通过胶体磨研磨处理使白炭黑分散均匀；将0.16g改性剂双(3－三乙氧基硅丙基)四硫化物(TESP)加入到白炭黑浆液中，研磨35min后取出冷却，得到改性白炭黑浆液，将改性白炭黑浆液用60℃烘箱烘干，制得改性白炭黑干粉；
步骤2)：将0.5g氧化石墨烯溶于与500mL去离子水中,用超声波振荡30min，至溶液清晰无颗粒状物质，向混合后的溶液中中加入2.5g水合肼，95℃回流42h，将产生的黑色颗粒状沉淀过滤，在60℃烘箱烘干，即可获得石墨烯原粉；0.3g石墨烯加入1.7g水中充分溶解,超声5h后，制成质量分数为0.15的石墨烯悬浊液，向石墨烯悬浊液中加入1.5g罗丹明B，将混合样品超声4h后,得到罗丹明B改性石墨烯分散液，将分散液用60℃烘箱烘干，制得改性石墨烯干粉；
步骤3)将0.15g改性白炭黑干粉和0.01g改性石墨烯放入球磨机中，设定球磨机转速为400r/min，混料时间为3h，混合均匀即可制得绿色填料。
实施例5：
一种轮胎胎面胶用绿色填料的制备方法，步骤包括：
步骤1)：将6g白炭黑加入14g水中充分溶解，配制成质量分数为0.3的白炭黑浆液，配置过程中通过胶体磨研磨处理使白炭黑分散均匀；将0.18g改性剂双(3－三乙氧基硅丙基)四硫化物(TESP)加入到白炭黑浆液中，研磨40min后取出冷却，得到改性白炭黑浆液，将改性白炭黑浆液用60℃烘箱烘干，制得改性白炭黑干粉。
步骤2)：将0.5g氧化石墨烯溶于与500mL去离子水中，用超声波振荡30min，至溶液清晰无颗粒状物质，向混合后的溶液中中加入2.5g水合肼，95℃回流48h，将产生的黑色颗粒状沉淀过滤，在60℃烘箱烘干，即可获得石墨烯原粉；0.4g石墨烯加入1.6g水中充分溶解,超声6h后，制成质量分数为0.2的石墨烯悬浊液，向石墨烯悬浊液中加入2g罗丹明B，将混合样品超声5h后,得到罗丹明B改性石墨烯分散液，将分散液用60℃烘箱烘干，制得改性石墨烯干粉。
步骤3)将0.10g改性白炭黑干粉和0.01g改性石墨烯放入球磨机中，设定球磨机转速为500r/min，混料时间为2h，混合均匀即可制得绿色填料。
本申请利用非共价方法改性绿色填料，并利用填料之间的协同效应，提高填料的分散性。
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 (4)

1.一种轮胎胎面胶用绿色填料的制备方法，其特征在于，步骤包括：
1)将改性剂加入到白炭黑浆液中，改性剂采用双(3－三乙氧基硅丙基)四硫化物，加入量为白炭黑质量分数的2～5％，研磨15～40min后取出冷却，得到改性白炭黑浆液，将改性白炭黑浆液用60℃烘箱烘干，制得改性白炭黑干粉；
2)将石墨烯原粉分散于水中，超声不少于2h后，配制成质量分数为0.02～0.2的石墨烯悬浊液，向石墨烯悬浊液中加入罗丹明B,罗丹明B的加入量为石墨烯质量的2-5倍，将混合样品超声不少于1h后,得到罗丹明B改性石墨烯分散液，将分散液用60℃烘箱烘干，制得改性石墨烯干粉；
3)将步骤1)获得的改性白炭黑干粉和步骤2)获得的改性石墨烯干粉按一定质量比进行混合，其中改性白炭黑干粉与改性石墨烯干粉的质量比为10:1～30:1，利用球磨机混合均匀即可制得绿色填料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述白炭黑浆液的制备为：将白炭黑加入水中充分溶解，配制成质量分数为0.05～0.3的白炭黑浆液，配制过程中要通过胶体磨研磨处理使白炭黑分散均匀。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述石墨烯原粉的制备为：将氧化石墨烯与水以1mg/mL的比例混合,用超声波振荡至少30min，至溶液清晰无颗粒状物质，再使用水合肼还原氧化石墨烯，水合肼加入量为氧化石墨烯质量的3～5倍，95℃回流不少于24h，将产生的黑色颗粒状沉淀过滤，在60℃烘箱烘干，即可获得石墨烯原粉。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)球磨机的转速为250-500r/min，混料时间为2-6h。
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