CN116874825A - 一种炭黑/天然胶乳复合材料制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及天然橡胶湿法混炼技术领域，具体涉及一种炭黑/天然胶乳复合材料制备方法，首先，将炭黑和助剂制备成均匀的微米级分散溶液，然后，将分散溶液与天然胶乳混合后絮凝成自凝胶，最后，对自凝胶进行脱水和干燥，得到的炭黑/天然胶乳复合材料，炭黑在天然橡胶中达到了微观分散的效果，能够进一步制备质量均一的混炼胶，不仅物理性能和动态力学性能相较于传统混炼工艺制备的混炼胶有显著提高，而且生产周期也得到了缩短，具有绿色环保、耗能低和防止炭黑粉尘飞扬的优势；其原理科学可靠，利用湿法连续混炼工艺，解决了普通絮凝天然胶乳和炭黑混合不均匀的问题，缩短了橡胶密炼时间，避免了炭黑和橡胶助剂飞扬的问题，提升了橡胶的性能。

Description

一种炭黑/天然胶乳复合材料制备方法

技术领域

本发明涉及天然橡胶湿法混炼技术领域，具体涉及一种炭黑/天然胶乳复合材料制备方法。

背景技术

用于橡胶工业的炭黑约占炭黑总产量的90％以上，其中3/4以上用于制造包括汽车轮胎、拖拉机轮胎、飞机轮胎、力车胎和自行车胎等各种类型的轮胎，其余用于包括胶带、胶管和胶鞋等的其他橡胶制品。在橡胶制品工业中，炭黑的消耗量约占橡胶消耗量的40-50％，每制造一条普通的汽车外胎，就需要消耗10公斤左右的炭黑。

炭黑所具有的优异的补强能力是其在橡胶制品中用量巨大的主要原因，炭黑的补强能力是于1914年首先在天然胶中被发现，经证实，炭黑的补强能力对于合成橡胶起着更加重要的作用。炭黑补强能力的最重要的标志是改进轮胎胎面的磨耗性能：配合30％补强炭黑的轮胎可以行驶4.8-6.4万公里；而填充等量惰性或非补强性填充剂代替炭黑后，其行驶里程仅为4800公里。除此以外，炭黑的补强能力还能提高橡胶制品的抗张强度和抗撕裂强度等物理机械性能：在加入炭黑的天然胶或氯丁胶等结晶性橡胶相较于未加入炭黑的硫化胶的抗张强度提高了1-1.7倍左右；丁苯胶或丁腈胶等非结晶橡胶的数值达到4-12倍左右。

橡胶制品的生产过程，存在着严重的工业和空气污染问题：炭黑等材料的扬尘，对空气环境产生污染；有毒有害的添加剂气味刺鼻，会致癌；生产设备运转时的噪声以及生产排放的废水和废旧物会产生环境污染。

在橡胶制品的生产过程中，炭黑颗粒和橡胶助剂需要与橡胶充分混合，如果炭黑和橡胶助剂分散的尽可能均匀，橡胶制品的性能就能得到保证，而混炼是橡胶与填料均匀混合的重要步骤，作为橡胶制品加工过程中的最为关键的工序之一，混炼工艺的好坏也直接决定了橡胶产品的性能。

传统机械混炼方式虽然能够提高混炼效率和质量，但是，由于橡胶本身的特性，使得填料在混炼胶中的分散等级达不到期望值，而且在传统絮凝的过程中需要进行加酸处理，加酸不仅会腐蚀设备，而且絮凝后的长时间烘干也会产生影响环境的酸性气体，进而影响操作人员的身体健康。

因此，研发一种绿色环保的炭黑/天然胶乳复合材料连续化制备方法，具有良好的社会价值和应用前景。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种炭黑/天然胶乳复合材料制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种炭黑/天然胶乳复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备炭黑水溶液

将炭黑、氧化锌、硬脂酸SAD、微晶蜡、防老剂4020、防老剂RD、树脂HB103在去离子水中混合，制备25wt％的炭黑水溶液，再将所述炭黑水溶液研磨3h；

(2)制备自凝胶

将步骤(1)中研磨后的炭黑水溶液和天然胶乳NRL按照867：234的质量比混合后，进行絮凝，得到自凝胶；

(3)脱水干燥

将步骤(2)得到的自凝胶脱水后，进行干燥，当自凝胶的含水量降至1％以下时，取出，得到炭黑/天然胶乳复合材料。

进一步地，步骤(1)中所述炭黑为50质量份，氧化锌为3.5质量份，硬脂酸SAD为2质量份，微晶蜡为1质量份，防老剂4020为2质量份，防老剂RD为1.5质量份，树脂HB103为5质量份。

进一步地，步骤(2)中所述的炭黑水溶液和天然胶乳NRL混合液在双螺杆连续挤出机中进行絮凝。

进一步地，步骤(3)中所述的干燥温度为90～100℃。

本发明所达到的有益效果为：

本发明通过将炭黑和助剂制备成均匀的微米级分散溶液，再将分散溶液与天然胶乳混合后絮凝成自凝胶，最后对自凝胶进行脱水和干燥，得到的炭黑/天然胶乳复合材料，炭黑在天然橡胶中达到了微观分散的效果，能够进一步制备质量均一的混炼胶，不仅物理性能和动态力学性能相较于传统混炼工艺制备的混炼胶有显著提高，而且生产周期也得到了缩短，具有绿色环保、耗能低和防止炭黑粉尘飞扬的优势；其原理科学可靠，利用湿法连续混炼工艺，解决了普通絮凝天然胶乳和炭黑混合不均匀的问题，缩短了橡胶密炼时间，避免了炭黑和橡胶助剂飞扬的问题，提高了橡胶的生产效率，提升了橡胶的性能。

附图说明

图1是本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种炭黑/天然胶乳复合材料制备方法做进一步详细的描述。

实施例1

本实施例涉及的一种炭黑/天然胶乳复合材料制备方法的具体工艺过程包括制备炭黑水溶液、制备自凝胶和脱水干燥三个步骤：

(1)制备炭黑水溶液

在烧杯中加入50质量份的炭黑、3.5质量份的氧化锌、2质量份的硬脂酸SAD、1质量份的微晶蜡、2质量份的防老剂4020、1.5质量份的防老剂RD、5质量份的树脂HB103和去离子水配置成25wt％的炭黑水溶液，将炭黑水溶液置于行星式球磨机中研磨3h，备用；

(2)制备自凝胶

取867g步骤(1)制备的炭黑水溶液和234g 60wt％的天然胶乳NRL倒入同一个烧杯中进行搅拌混合，将混合后的溶液倒入温度为50℃的Φ36双螺杆连续挤出机中，使炭黑水溶液和NRL充分絮凝，得到自凝胶；

(3)脱水干燥

对自凝胶进行脱水后，置于温度为100℃的烘箱中干燥，当自凝胶的含水量降至1％以下时，取出，得到炭黑/天然胶乳复合材料。

本实施例涉及的一种炭黑/天然胶乳复合材料制备方法制备的炭黑/天然胶乳复合材料硫化胶料的综合性能测试，分别将使用传统干法和连续自凝胶法制备的炭黑/天然胶乳复合材料制备成硫化胶料，制备过程为：

将炭黑/天然胶乳复合材料与丁苯橡胶和白炭黑母胶按照设定的比例投入温度为110℃，转速为30r/min的双螺杆结构的连续混炼机中混炼，得到胶料；

将1.66质量份S(硫磺)和1.1质量份CZ(N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺)加入胶料，在开炼机上薄通8次，得到硫化胶料；

对两份硫化胶料分别进行机械性能测试，结果如表1所示

表1传统干法与连续自凝胶法制备的硫化胶料性能比较

根据拉伸强度和扯断伸长率的数据可知：连续自凝胶法制备的炭黑/天然胶乳复合材料硫化胶料在高变形下具有较高的强度，说明连续自凝胶法制备的炭黑/天然胶乳复合材料硫化胶料的分子链网络结构多，作用力强，综合性能高；

根据耐切割的数据可知，连续自凝胶法制备的炭黑/天然胶乳复合材料硫化胶料抵抗地面刮伤的性能较高，说明连续自凝胶法能够使炭黑纳米颗粒在橡胶基体中的分散更为均匀。

综合来看，本实施例用连续自凝胶法制备的炭黑/天然胶乳复合材料的机械性能优于常规干法制备的炭黑/天然橡胶复合材料的机械性能。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (4)

1.一种炭黑/天然胶乳复合材料制备方法，其特征在于，

包括以下步骤：

(1)制备炭黑水溶液

将炭黑、氧化锌、硬脂酸SAD、微晶蜡、防老剂4020、防老剂RD、树脂HB103在去离子水中混合，制备25wt％的炭黑水溶液，再将所述炭黑水溶液研磨3h；

(2)制备自凝胶

将步骤(1)中研磨后的炭黑水溶液和天然胶乳NRL按照867：234的质量比混合后，进行絮凝，得到自凝胶；

(3)脱水干燥

将步骤(2)得到的自凝胶脱水后，进行干燥，当自凝胶的含水量降至1％以下时，取出，得到炭黑/天然胶乳复合材料。

2.根据权利要求1所述的一种炭黑/天然胶乳复合材料制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述炭黑为50质量份，氧化锌为3.5质量份，硬脂酸SAD为2质量份，微晶蜡为1质量份，防老剂4020为2质量份，防老剂RD为1.5质量份，树脂HB103为5质量份。

3.根据权利要求1所述的一种炭黑/天然胶乳复合材料制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的炭黑水溶液和天然胶乳NRL混合液在双螺杆连续挤出机中进行絮凝。

4.根据权利要求1所述的一种炭黑/天然胶乳复合材料制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的干燥温度为90～100℃。