CN116535756B - 一种综合性能优异的环氧化天然橡胶复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及橡胶复合材料技术领域,具体涉及一种综合性能优异的环氧化天然橡胶复合材料及其制备方法,该环氧化天然橡胶复合材料包括以下重量份的原料:乳状环氧化天然橡胶100份、凝固剂2‑6份、表面活性剂0.2‑1份、氢氧化铝1‑5份、防老化剂0.5‑2份、白炭黑10‑20份、硫磺5‑10份、改性填料10‑15份、丙酮水溶液1‑5份。本发明通过添加防老化剂和改性填料,有效提高了环氧化天然橡胶的耐老化性能,同时,本发明的环氧化天然橡胶复合材料兼具优异的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及橡胶复合材料技术领域,具体涉及一种综合性能优异的环氧化天然橡胶复合材料及其制备方法。
背景技术
环氧化天然橡胶是一种对天然橡胶进行环氧化改性得到的新型聚合物,具有优异的气密性、耐油性以及良好的粘着性,同时具有良好的抗湿滑性与较低的滚动阻力,在高性能绿色轮胎的应用中有广阔的应用前景。
环氧化天然橡胶虽然克服了天然橡胶贮存硬化的问题,但其缺点是耐老化性能非常差,由于环氧化天然橡胶的分子链中含有大量的不饱和双键与环氧基团,极易发生化学反应,环氧化天然橡胶在使用过程中受热、氧、光、机械力、辐射、化学介质、空气中的臭氧等外部因素的作用,使其大分子链发生化学变化,破坏了橡胶原有化学结构,从而导致橡胶性能变坏,进而导致环氧化天然橡胶制品在加工或使用过程中容易发生老化,而且其老化性能比天然橡胶的还要差。所以环氧化天然橡胶制品普遍存在贮存时间短、使用寿命短、老化发粘等问题,在很大的程度上限制了环氧化天然橡胶的应用。因此,如何有效地提升环氧化天然橡胶制品的耐老化性能是延长环氧化天然橡胶制品使用寿命的关键。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足,本发明的目的在于提供一种综合性能优异的环氧化天然橡胶复合材料,该复合材料具有较好的耐老化性能,能够有效延长环氧化天然橡胶复合材料的使用寿命,且兼具优异的力学性能。
本发明的目的通过下述技术方案实现:一种综合性能优异的环氧化天然橡胶复合材料,包括以下重量份的原料:乳状环氧化天然橡胶100份、凝固剂2-6份、表面活性剂0.2-1份、氢氧化铝1-5份、防老化剂0.5-2份、白炭黑10-20份、硫磺5-10份、改性填料10-15份、丙酮水溶液1-5份。氢氧化铝能够有效提升环氧化天然橡胶复合材料的阻燃性能。
所述乳状环氧化天然橡胶的环氧度为20-40%。
所述凝固剂为甲醇或乙醇。
所述表面活性剂为乙氧基化的烷基酚、甲撑二异丙基萘磺酸钠、甲撑二异丙基萘磺酸钾、焦磷酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基磺酸钠中的至少一种。
所述防老化剂为防老剂MB、RD、4010NA中的一种或多种的混合。
所述改性填料包括:改性高岭土粉、改性二氧化钛和改性石英粉。
所述改性高岭土粉由以下制备方法制得:1)、将油酸溶于乙醇中,混匀,加入氢氧化钾溶液,形成A溶液,再将六水合硝酸钐、六水合硝酸镧和氯化钙溶于乙醇溶液中,充分溶解后再加入到A溶液中;2)、将磷酸氢钾溶液缓慢滴加到A溶液中,搅拌均匀后水浴加热至195-205℃,持续反应12-15h,反应结束后用乙醇和去离子水洗涤,烘干,得到纳米线;3)、将高岭土和氧化锌破碎至平均粒径达到10-80nm,然后将高岭土、氧化锌和纳米线置于球磨设备中,在保护气体氛围下,球磨3-5h,得到混合填料,再将混合填料放入煅烧设备中进行煅烧处理,冷却至室温,得到改性高岭土粉。
高岭土粉经过上述改性处理后,镧离子和钐离子形成纳米线,与高岭土和氧化锌球磨、煅烧后,能够显著提升纳米线的结晶性,纳米线与高岭土粉的活性羟基基团形成氢键结构,纳米线紧紧包裹住高岭土粉,同时,使得高岭土粉的表面形成纳米线凸起,固化成型过程中与环氧化天然橡胶复合材料的其余组分相互缠绕,形成牢固的连接结构,从而极大地提升了高岭土粉在环氧化天然橡胶复合材料中的稳定性,亦极大地提升了环氧化天然橡胶复合材料的力学性能,尤其是抗撕裂性能和耐磨性能,纳米线与氧化锌配合,对紫外线具有较强的阻隔能力,可以有效增强环氧化天然橡胶复合材料的耐老化性能。
所述油酸、氢氧化钾、六水合硝酸钐、六水合硝酸镧、氯化钙和磷酸氢钾的质量比为10:1-2:0.01-0.02:0.01-0.02:0.2-0.4:0.2-0.3;所述高岭土、氧化锌和纳米线的质量比为10-15:1-2:0.5-1。
所述煅烧温度为700-800℃,煅烧时间为2-4h。
所述改性二氧化钛和改性石英粉由以下制备方法制得:将二氧化钛和石英破碎至平均粒径达到10-80nm,然后加入到乙醇溶剂中,再加入硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂,加入氨水将pH调至8-9,超声分散处理30-40min,经过滤、洗涤、干燥后得到改性二氧化钛和改性石英粉的混合粉料。
二氧化钛平均粒径达到10-80nm,粒径小,活性大,能够反射并吸收紫外线,使得本发明的环氧化天然橡胶复合材料对紫外线具有较强的阻隔能力,可以有效增强环氧化天然橡胶复合材料的耐老化性能,同时,对二氧化钛和石英粉进行表面改性,可以改善改性二氧化钛、改性石英粉的分散性和稳定性,加强改性二氧化钛、改性石英粉与环氧化天然橡胶的结合效果,增强环氧化天然橡胶复合材料的力学性能,进一步增强环氧化天然橡胶复合材料的耐老化性能。
所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联剂KH-570中的一种,所述钛酸酯偶联剂为钛酸酯偶联剂TMC-114、钛酸酯偶联剂TMC-TTS、钛酸酯偶联剂TMC-2和钛酸酯偶联剂TMC-931中的一种。
所述改性高岭土粉、改性二氧化钛和改性石英粉的质量比为5:5-10:4-6。
如上所述的一种环氧化天然橡胶复合材料的制备方法,包括以下步骤:A、将氢氧化铝、白炭黑、改性填料、丙酮水溶液、表面活性剂和乳状环氧化天然橡胶混合,得到胶乳状的环氧化天然橡胶复合材料;B、将所述步骤A中的胶乳状的环氧化天然橡胶复合材料与凝固剂混合,然后依次进行压片、造粒和干燥,得到干胶环氧化天然橡胶复合材料;C、将所述步骤B中的干胶环氧化天然橡胶复合材料与硫磺进行混炼和硫化,得到环氧化天然橡胶复合材料。
本发明的有益效果在于:本发明通过添加防老化剂和改性填料,有效提高了环氧化天然橡胶的耐老化性能,同时,本发明的环氧化天然橡胶复合材料兼具优异的力学性能。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解,下面结合实施例对本发明作进一步的说明,实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种综合性能优异的环氧化天然橡胶复合材料,包括以下重量份的原料:乳状环氧化天然橡胶100份、凝固剂2份、表面活性剂0.2份、氢氧化铝1份、防老化剂0.5份、白炭黑10份、硫磺5份、改性填料10份、丙酮水溶液1份。
所述乳状环氧化天然橡胶的环氧度为20%。
所述凝固剂为甲醇。
所述表面活性剂为乙氧基化的烷基酚。
所述防老化剂为防老剂MB。
所述改性填料包括:改性高岭土粉、改性二氧化钛和改性石英粉。
所述改性高岭土粉由以下制备方法制得:1)、将油酸溶于乙醇中,混匀,加入氢氧化钾溶液,形成A溶液,再将六水合硝酸钐、六水合硝酸镧和氯化钙溶于乙醇溶液中,充分溶解后再加入到A溶液中;2)、将磷酸氢钾溶液缓慢滴加到A溶液中,搅拌均匀后水浴加热至195℃,持续反应12h,反应结束后用乙醇和去离子水洗涤,烘干,得到纳米线;3)、将高岭土和氧化锌破碎至平均粒径达到10-80nm,然后将高岭土、氧化锌和纳米线置于球磨设备中,在保护气体氛围下,球磨3h,得到混合填料,再将混合填料放入煅烧设备中进行煅烧处理,冷却至室温,得到改性高岭土粉。
所述油酸、氢氧化钾、六水合硝酸钐、六水合硝酸镧、氯化钙和磷酸氢钾的质量比为10:1:0.01:0.01:0.2:0.2;所述高岭土、氧化锌和纳米线的质量比为10:1:0.5。
所述煅烧温度为700℃,煅烧时间为2h。
所述改性二氧化钛和改性石英粉由以下制备方法制得:将二氧化钛和石英破碎至平均粒径达到10nm,然后加入到乙醇溶剂中,再加入硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂,加入氨水将pH调至8,超声分散处理30min,经过滤、洗涤、干燥后得到改性二氧化钛和改性石英粉的混合粉料。
所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550,所述钛酸酯偶联剂为钛酸酯偶联剂TMC-114。
所述改性高岭土粉、改性二氧化钛和改性石英粉的质量比为5:5:4。
如上所述的一种环氧化天然橡胶复合材料的制备方法,包括以下步骤:A、将氢氧化铝、白炭黑、改性填料、丙酮水溶液、表面活性剂和乳状环氧化天然橡胶混合,得到胶乳状的环氧化天然橡胶复合材料;B、将所述步骤A中的胶乳状的环氧化天然橡胶复合材料与凝固剂混合,然后依次进行压片、造粒和干燥,得到干胶环氧化天然橡胶复合材料;C、将所述步骤B中的干胶环氧化天然橡胶复合材料与硫磺进行混炼和硫化,得到环氧化天然橡胶复合材料。
实施例2
一种综合性能优异的环氧化天然橡胶复合材料,包括以下重量份的原料:乳状环氧化天然橡胶100份、凝固剂3份、表面活性剂0.4份、氢氧化铝2份、防老化剂0.9份、白炭黑13份、硫磺7份、改性填料12份、丙酮水溶液2份。
所述乳状环氧化天然橡胶的环氧度为25%。
所述凝固剂为乙醇。
所述表面活性剂为甲撑二异丙基萘磺酸钠。
所述防老化剂为防老剂RD。
所述改性填料包括:改性高岭土粉、改性二氧化钛和改性石英粉。
所述改性高岭土粉由以下制备方法制得:1)、将油酸溶于乙醇中,混匀,加入氢氧化钾溶液,形成A溶液,再将六水合硝酸钐、六水合硝酸镧和氯化钙溶于乙醇溶液中,充分溶解后再加入到A溶液中;2)、将磷酸氢钾溶液缓慢滴加到A溶液中,搅拌均匀后水浴加热至200℃,持续反应13h,反应结束后用乙醇和去离子水洗涤,烘干,得到纳米线;3)、将高岭土和氧化锌破碎至平均粒径达到10-80nm,然后将高岭土、氧化锌和纳米线置于球磨设备中,在保护气体氛围下,球磨4h,得到混合填料,再将混合填料放入煅烧设备中进行煅烧处理,冷却至室温,得到改性高岭土粉。
所述油酸、氢氧化钾、六水合硝酸钐、六水合硝酸镧、氯化钙和磷酸氢钾的质量比为10:1.5:0.015:0.015:0.3:0.25;所述高岭土、氧化锌和纳米线的质量比为13:1.5:0.8。
所述煅烧温度为750℃,煅烧时间为3h。
所述改性二氧化钛和改性石英粉由以下制备方法制得:将二氧化钛和石英破碎至平均粒径达到10-80nm,然后加入到乙醇溶剂中,再加入硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂,加入氨水将pH调至8,超声分散处理35min,经过滤、洗涤、干燥后得到改性二氧化钛和改性石英粉的混合粉料。
所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-560,所述钛酸酯偶联剂为钛酸酯偶联剂TMC-TTS。
所述改性高岭土粉、改性二氧化钛和改性石英粉的质量比为5:7:5。
如上所述的一种环氧化天然橡胶复合材料的制备方法,包括以下步骤:A、将氢氧化铝、白炭黑、改性填料、丙酮水溶液、表面活性剂和乳状环氧化天然橡胶混合,得到胶乳状的环氧化天然橡胶复合材料;B、将所述步骤A中的胶乳状的环氧化天然橡胶复合材料与凝固剂混合,然后依次进行压片、造粒和干燥,得到干胶环氧化天然橡胶复合材料;C、将所述步骤B中的干胶环氧化天然橡胶复合材料与硫磺进行混炼和硫化,得到环氧化天然橡胶复合材料。
实施例3
一种综合性能优异的环氧化天然橡胶复合材料,包括以下重量份的原料:乳状环氧化天然橡胶100份、凝固剂6份、表面活性剂1份、氢氧化铝5份、防老化剂2份、白炭黑20份、硫磺10份、改性填料15份、丙酮水溶液5份。
所述乳状环氧化天然橡胶的环氧度为40%。
所述凝固剂为甲醇。
所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。
所述防老化剂为防老剂4010NA。
所述改性填料包括:改性高岭土粉、改性二氧化钛和改性石英粉。
所述改性高岭土粉由以下制备方法制得:1)、将油酸溶于乙醇中,混匀,加入氢氧化钾溶液,形成A溶液,再将六水合硝酸钐、六水合硝酸镧和氯化钙溶于乙醇溶液中,充分溶解后再加入到A溶液中;2)、将磷酸氢钾溶液缓慢滴加到A溶液中,搅拌均匀后水浴加热至205℃,持续反应15h,反应结束后用乙醇和去离子水洗涤,烘干,得到纳米线;3)、将高岭土和氧化锌破碎至平均粒径达到10-80nm,然后将高岭土、氧化锌和纳米线置于球磨设备中,在保护气体氛围下,球磨5h,得到混合填料,再将混合填料放入煅烧设备中进行煅烧处理,冷却至室温,得到改性高岭土粉。
所述油酸、氢氧化钾、六水合硝酸钐、六水合硝酸镧、氯化钙和磷酸氢钾的质量比为10:2:0.02:0.02:0.4:0.3;所述高岭土、氧化锌和纳米线的质量比为15:2:1。
所述煅烧温度为800℃,煅烧时间为4h。
所述改性二氧化钛和改性石英粉由以下制备方法制得:将二氧化钛和石英破碎至平均粒径达到10-80nm,然后加入到乙醇溶剂中,再加入硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂,加入氨水将pH调至9,超声分散处理40min,经过滤、洗涤、干燥后得到改性二氧化钛和改性石英粉的混合粉料。
所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-570,所述钛酸酯偶联剂为钛酸酯偶联剂TMC-2。
所述改性高岭土粉、改性二氧化钛和改性石英粉的质量比为5:10:6。
如上所述的一种环氧化天然橡胶复合材料的制备方法,包括以下步骤:A、将氢氧化铝、白炭黑、改性填料、丙酮水溶液、表面活性剂和乳状环氧化天然橡胶混合,得到胶乳状的环氧化天然橡胶复合材料;B、将所述步骤A中的胶乳状的环氧化天然橡胶复合材料与凝固剂混合,然后依次进行压片、造粒和干燥,得到干胶环氧化天然橡胶复合材料;C、将所述步骤B中的干胶环氧化天然橡胶复合材料与硫磺进行混炼和硫化,得到环氧化天然橡胶复合材料。
对比例1
本对比例与实施例2的区别在于:采用未改性的二氧化钛和石英粉替换实施例2中的改性二氧化钛和改性石英粉。二氧化钛和石英粉平均粒径达到10-80nm。
对比例2
本对比例与实施例2的区别在于:采用未改性的高岭土粉替换改性高岭土粉,高岭土粉平均粒径达到10-80nm。
对比例3
本对比例与实施例2的区别在于:所述改性高岭土粉由以下制备方法中,未同时采用六水合硝酸钐和六水合硝酸镧,仅采用六水合硝酸钐。
对比例4
本对比例与实施例2的区别在于:所述改性高岭土粉由以下制备方法中,未同时采用六水合硝酸钐和六水合硝酸镧,仅采用六水合硝酸镧。
对比例5
本对比例与实施例2的区别在于:所述改性高岭土粉由以下制备方法中,未添加氧化锌。
按照GB/T3512-2001(硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和耐热试验)、GB/T7762-2003(硫化橡胶或热塑性橡胶耐臭氧龟裂静态拉伸试验)、GB/T16585-1996(硫化橡胶人工气候老化(荧光紫外灯)试验方法)中规定的方法对实施例1-3和对比例1-5所得环氧化天然橡胶复合材料的耐空气老化性能、耐臭氧老化性能和耐紫外老化性能进行测定,试验结果见下表。
从上表可以看出,本发明制得的环氧化天然橡胶复合材料耐老化性能优异,同时,本发明的环氧化天然橡胶复合材料兼具优异的力学性能。
上述实施例为本发明较佳的实现方案,除此之外,本发明还可以其它方式实现,在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种综合性能优异的环氧化天然橡胶复合材料,其特征在于:包括以下重量份的原料:乳状环氧化天然橡胶100份、凝固剂2-6份、表面活性剂0.2-1份、氢氧化铝1-5份、防老化剂0.5-2份、白炭黑10-20份、硫磺5-10份、改性填料10-15份、丙酮水溶液1-5份;
所述改性填料包括:改性高岭土粉、改性二氧化钛和改性石英粉,所述改性高岭土粉、改性二氧化钛和改性石英粉的质量比为5:5-10:4-6;
所述改性高岭土粉由以下制备方法制得:1)、将油酸溶于乙醇中,混匀,加入氢氧化钾溶液,形成A溶液,再将六水合硝酸钐、六水合硝酸镧和氯化钙溶于乙醇溶液中,充分溶解后再加入到A溶液中;2)、将磷酸氢钾溶液缓慢滴加到A溶液中,搅拌均匀后水浴加热至195-205℃,持续反应12-15h,反应结束后用乙醇和去离子水洗涤,烘干,得到纳米线;3)、将高岭土和氧化锌破碎至平均粒径达到10-80nm,然后将高岭土、氧化锌和纳米线置于球磨设备中,在保护气体氛围下,球磨3-5h,得到混合填料,再将混合填料放入煅烧设备中进行煅烧处理,冷却至室温,得到改性高岭土粉;
所述改性二氧化钛和改性石英粉由以下制备方法制得:将二氧化钛和石英粉破碎至平均粒径达到10-80nm,然后加入到乙醇溶剂中,再加入硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂,加入氨水将pH调至8-9,超声分散处理30-40min,经过滤、洗涤、干燥后得到改性二氧化钛和改性石英粉的混合粉料。
2.根据权利要求1所述的一种综合性能优异的环氧化天然橡胶复合材料,其特征在于:所述凝固剂为甲醇或乙醇。
3.根据权利要求1所述的一种综合性能优异的环氧化天然橡胶复合材料,其特征在于:所述表面活性剂为乙氧基化的烷基酚、甲撑二异丙基萘磺酸钠、甲撑二异丙基萘磺酸钾、焦磷酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基磺酸钠中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种综合性能优异的环氧化天然橡胶复合材料,其特征在于:所述防老化剂为防老剂MB、RD、4010NA中的一种或多种的混合。
5.根据权利要求1所述的一种综合性能优异的环氧化天然橡胶复合材料,其特征在于:所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联剂KH-570中的一种,所述钛酸酯偶联剂为钛酸酯偶联剂TMC-114、钛酸酯偶联剂TMC-TTS、钛酸酯偶联剂TMC-2和钛酸酯偶联剂TMC-931中的一种。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种环氧化天然橡胶复合材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:A、将氢氧化铝、白炭黑、改性填料、丙酮水溶液、表面活性剂和乳状环氧化天然橡胶混合,得到胶乳状的环氧化天然橡胶复合材料;B、将所述步骤A中的胶乳状的环氧化天然橡胶复合材料与凝固剂混合,然后依次进行压片、造粒和干燥,得到干胶环氧化天然橡胶复合材料;C、将所述步骤B中的干胶环氧化天然橡胶复合材料与硫磺进行混炼和硫化,得到环氧化天然橡胶复合材料。
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GR01 | Patent grant | ||
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