CN1664022A

CN1664022A - 用作橡胶补强剂的新型有机土

Info

Publication number: CN1664022A
Application number: CN 200410004756
Authority: CN
Inventors: 徐燕莉; 花晓泉
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2005-09-07

Abstract

本发明涉及了一种用作橡胶补强剂的新型有机土。本发明的主要特征在于：(1)该有机蒙脱土是由钙基蒙脱土和季铵盐反应生成的；(2)该季铵盐结构有如下特征：a.四个碳链中至少有一个碳链带有双键基团；b.至少有一个碳链为长十二、十四、十六或十八碳烷基。该有机蒙脱土不仅可以大幅度提高橡胶的强度，适用于轮胎内胎、气密层、胶带、胶鞋等制品。有机蒙脱土将成为21世纪橡胶的新型补强剂，在橡胶工业中具有广阔的发展前景。

Description

用作橡胶补强剂的新型有机土

橡胶工业在国民经济和人民生活中起着举足轻重的作用，全世界每年消耗橡胶数百万吨。然而，纯橡胶的强度很低，远远满足不了实用要求，绝大多数橡胶制品必须使用补强剂进行补强。长期以来，炭黑和白炭黑作为橡胶工业赖以存在和发展的补强剂而占据着绝对主导地位，其用量约占生胶用量的30％，仅我国每年的用量就达数十万吨。

近年来发现，具有丰富天然资源的蒙脱土经适当处理后与橡胶复合，可制成具有优异性能的新型橡胶纳米复合材料。有关蒙脱土/橡胶复合材料的研究成果给这一问题的解决指出了新的道路。

本发明针对橡胶补强，制备出一种含有双键基团的新型填料(XL-clay)，该填料与橡胶相容性好，易于分散在橡胶中。

本发明分别用直接混炼法和专利98101496.8提出的橡胶乳液插层法，将填料添加到橡胶中。制得的纳米复合材料性能优良，可以大幅度提高橡胶的力学性能，扩展了橡胶的各种用途。有机蒙脱土将成为21世纪橡胶的新型补强剂，在橡胶工业中具有广阔的应用前景。

本发明主要采用以下技术方案：

1.季铵盐的合成

本发明所要合成的XL-季铵盐反应式如下：

R＝C_nH_2n+1 n＝12，14，16，18

(1)反应路线的选择

采用叔胺和烯丙基氯在非水条件下直接反应法。此方法条件简单，容易实施，虽然叔胺用量较大，但是可以通过控制条件，减少副反应的发生。因此本发明选择此实施方法进行反应。

(2)反应温度的选择

通过实验本发明确定反应的温度在20～60℃时较好。

(3)反应时间的确定

通过实验确定本发明的反应时间在3～5hr为宜。

2.有机土的制备

(1)蒙脱土浆的制备

插层反应必须使用蒙脱土浆，才能使反应完全彻底。而Ca基土的胶化能力弱，必须给以高能分散。本发明使用高速(超过10000转/分)乳化设备。为了使蒙脱土充分胶化，所配制的土浆要充分静置(48hr以上)。

(2)蒙脱土的有机化

影响有机土产品质量的因素有蒙脱土浆的浓度、季铵盐用量和反应液的pH值。

①蒙脱土浆浓度低时，产量小，规模上不去；蒙脱土浆浓度太大时，产品成固态凝胶，取料及分离都很困难。本发明针对上述因素，提出2～6％的蒙脱土浆浓度是适宜的。

②季铵盐用量对有机土的质量影响很大，实验表明，季铵盐用量是离子交换量的4～6倍时，产品在有机溶剂中较易胶化、分散。

③本发明中水溶液的pH值在7～9之间。

3.橡胶/有机土复合材料的制备

本方法采用直接混炼法和橡胶乳液插层法，其中橡胶乳液插层法包括如下步骤：

A：将有机蒙脱土悬浮液在强烈搅拌下与橡胶乳液混合，形成均匀的混合液，

B：加入电解质类凝聚剂进行絮凝

C：再将絮凝物脱水，烘干，制得有机土/橡胶纳米复合材料。

4.力学性能的测试

测试橡胶/有机土复合材料的力学性能。

其基本配方为：橡胶100；氧化锌5；硬脂酸2：促进剂D0.5；促进剂DM0.5；促进剂TMTD0.2；硫磺1.5；防老剂4010DN1，补强剂30。硫化温度150℃，硫化时间由硫化仪确定。

发明实施实例

在1升的反应釜中加入100ml的烯丙基氯，升温至40℃，加入300ml的二甲基十八烷基叔胺，开启搅拌器，反应3hr，过滤，在常温下真空干燥或者风干后备用。

在高速乳化器中加入330ml自来水及1.0g无水Na₂CO₃，开启搅拌，称取180目的原料土10g，分批加入乳化器中，30min后，取出悬浮液过300目筛，将筛出物静置48hr后备用。

取上述膨润土浆100ml加入250ml反应釜中，搅拌(速度＞600r/m)，调节pH为8.0，称取季铵盐4.0g，用30ml去离子水溶解后加入反应釜，反应2.5hr，静置24hr后抽滤，常温下真空干燥，即得到产品备用。

将上述有机土5g在水中搅拌得悬浮液，与625g丁苯橡胶乳在室温下搅拌混合，然后用2％盐酸溶液进行絮凝。对絮凝物进行冲洗至中性，经混炼和硫化即得到有机土/丁苯橡胶复合材料。

将10份有机土在丁基橡胶混炼过程中直接加入，硫化，即得到有机土/丁基橡胶复合材料。

测试这两种复合材料的力学性能，如表1表2：

表1-有机土/丁苯橡胶复合材料力学性能

	有机蒙脱土	空白样
	有机蒙脱土	空白样	邵氏硬度/度	62	50
拉伸强度/MPa	20.7	2.3	邵氏硬度/度	62	50
拉伸强度/MPa	20.7	2.3	撕裂强度/(kN/m)	22	15
300％定伸应力/MPa	2.54	1.9	撕裂强度/(kN/m)	22	15
300％定伸应力/MPa	2.54	1.9	扯断伸长率/％	400	300

表2-有机土/丁基橡胶复合材料力学性能

Claims

1.本发明的新型有机土是由季铵盐插层蒙脱土得到的。

2.根据权利要求1的新型有机土，其中所述的季铵盐可用下述通式代表：

3.根据权利要求1的新型有机土，其中所述的季铵盐通式，R₁是(1，2)-烯丙基。

4.根据权利要求3的新型有机土，其中所述的季铵盐通式，R₂为十二、十四、十六或十八碳烷基。

5.根据权利要求3的新型有机土，其中所述的季铵盐通式，R₃和R₄可以相同也可以不同，选自甲基、乙基或7～10个碳的芳烷基；X^-是氯离子、溴离子或碘离子。