專利名稱：橡膠填加的顆粒狀納米材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開的橡膠填加的顆粒狀納米材料及其制備方法，屬納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及了一種橡膠加工填加劑---一種用于橡膠填加的顆粒狀納米材料，還涉及了這種用于橡膠填加的顆粒狀納米材料的制備方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，無機(jī)物粉體在橡膠加工配方中主要作為填加劑使用，是不可或缺的助劑，近年來，由于新技術(shù)、新材料的迅速發(fā)展，納米材料以其獨(dú)特的納米效應(yīng)，如①小尺寸效應(yīng)，②表面界面效應(yīng)，③量子尺寸效應(yīng)，④隧道效應(yīng)等，因而納米材料近年來倍受青睞，并開發(fā)了許多應(yīng)用領(lǐng)域，在橡膠制品中填加使用就是其用途之一，它可大大提高橡膠制品的機(jī)械性能，如耐磨、強(qiáng)度、耐老化等，由于納米材料在橡膠制品中應(yīng)用所表現(xiàn)出來的優(yōu)異性能，將愈來愈成為填加的無機(jī)品種的主角。
傳統(tǒng)無機(jī)物粉體由于自身的特點(diǎn)，它在橡膠混煉過程中存在著分散性能差、粘輥、粉塵飛揚(yáng)、危害員工身體健康和環(huán)境等問題，納米材料由于粒徑更小，比表面積更大，這一問題更顯突出。
為了解決以上問題，近年來國內(nèi)外相繼對無機(jī)物粉體在橡膠加工過程中的分散性能以及粉塵飛揚(yáng)、粘輥、環(huán)保等問題展開了研究，如中國專利CN1130154A，提供了一種借助粘結(jié)分散劑或表面活性劑，由螺桿擠出機(jī)制造了顆粒狀高活性氧化鋅；如美國專利USA6046260提供了一種氧化鋅分散體，主要是以石油瀝青或萜烯為粘結(jié)劑，脂肪酸為表面活性劑，合成橡膠、天然橡膠為載體，將氧化鋅分散于載體橡膠中制得了氧化鋅分散體；又如市售拜爾-萊茵公司的氧化鋅-80產(chǎn)品，其以三元乙丙膠為載體制得預(yù)分散體；以上實(shí)例雖然解決了傳統(tǒng)無機(jī)物粉體在橡膠加工中的粘輥、粉塵飛揚(yáng)、環(huán)保及危害人身體健康等問題，但對于新型換代納米材料，目前尚無很好的解決辦法。
另外納米材料表面粒子比普通材料多，表面能很大，粒子之間非常容易團(tuán)聚，在空氣中貯存極易吸收水分和二氧化碳，這些會影響到納米材料的使用性能及效果，這使得納米材料的包裝、貯運(yùn)、保質(zhì)期都受到影響，而且與傳統(tǒng)無機(jī)物粉體比較，在使用過程中，納米材料的分散更為困難，直接使用納米材料，其分散性很難保證，這會導(dǎo)致橡膠制品質(zhì)量的不穩(wěn)定。因此研究開發(fā)用于橡膠填加的易分散的顆粒狀納米材料，以提高橡膠制品性能，是人們所期盼的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是向社會提供一種橡膠填加的顆粒狀納米材料及其制備方法，為提高橡膠制品質(zhì)量，減輕環(huán)境污染作些貢獻(xiàn)。
本發(fā)明的技術(shù)方案包括這種橡膠填加的顆粒狀納米材料的技術(shù)方案和其制備方法的技術(shù)方案。
本發(fā)明針對納米材料在橡膠領(lǐng)域使用中存在的種種問題，采用一整套顆粒制備方法及工藝，根據(jù)不同的納米材料及使用環(huán)境，首先利用高性能的混合設(shè)備將納米材料與不同的表面改性劑混合，對納米材料進(jìn)行表面改性，然后再與熔融的有機(jī)分散粘結(jié)劑在加熱條件下進(jìn)行混合，將混好的分散體用造粒機(jī)或壓片機(jī)進(jìn)行造粒，制成橡膠填加的顆粒狀納米材料。用本發(fā)明制備的顆粒狀納米材料，大大減輕了納米粉體的團(tuán)聚現(xiàn)象，延長了保質(zhì)期，避免了納米粉體在包裝和使用過程中的飛揚(yáng)現(xiàn)象，便于包裝、貯運(yùn)、稱量，減輕了對操作人員健康的危害及對環(huán)境的污染，另外本發(fā)明制備的橡膠填加的顆粒狀納米材料，在用于橡膠填加過程中分散快速、均勻，可充分發(fā)揮納米材料的納米效應(yīng)。該顆粒狀納米材料各組份比例配方為納米材料∶表面改性劑∶分散粘結(jié)劑＝40-95％∶1-20％∶4-40％，其中各個組份比例總和均須滿足100％(重量百分比)。這種橡膠填加的顆粒狀納米材料，以納米材料為主體制成，所述的納米材料包括納米級的碳酸鈣、氧化鋅、石墨、氧化鎂、二氧化硅；所述可添加的表面改性劑為陽離子、非離子表面活性劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑中的至少一種；所述可添加的分散粘結(jié)劑是熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)在50-150℃的有機(jī)物中的至少一種。
如上所述的橡膠填加的顆粒狀納米材料，其詳細(xì)的技術(shù)要點(diǎn)有a.所述的納米材料是指納米級的碳酸鈣、氧化鋅、石墨、氧化鎂、二氧化硅中任一種；b.所述添加的表面改性劑包括陽離子表面活性劑之季胺鹽類、咪唑啉類、有機(jī)硅類，非離子表面活性劑之TX-10、AEO9、AEO10，鈦酸酯偶聯(lián)劑；制備中可添加其中的至少一種；c.分散粘結(jié)劑是熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)在50-150℃的有機(jī)物脂肪醇類、脂肪胺類、脂肪酸類、烷烴類、樹脂類；制備中可添加其中的至少一種。
本發(fā)明的橡膠填加的顆粒狀納米材料的制備方法，它是以納米材料為主體，采用一整套顆粒制備方法及工藝，根據(jù)不同的使用要求，在制備過程中添加不同表面改性劑、分散粘結(jié)劑，經(jīng)加熱、混合制成分散體，再用造粒機(jī)或壓片機(jī)對分散體進(jìn)行造粒，制成粒徑為1mm-50mm的顆粒。其技術(shù)特點(diǎn)在于a、該顆粒狀納米材料各組份比例配方為納米材料∶表面改性劑∶分散粘結(jié)劑＝40-95％∶1-20％∶4-40％，其中各個組份比例總和均須滿足100％(重量百分比)，其中所述的納米材料包括納米級的碳酸鈣、氧化鋅、氧化鎂、石墨、二氧化硅；所述添加的表面改性劑為陽離子、非離子表面活性劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑的至少一種；所述的分散粘結(jié)劑是熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)在50-150℃的有機(jī)物中至少一種；b.該顆粒狀納米材料的制備方法根據(jù)不同的納米材料及使用環(huán)境，按所需要求將各組份稱好備用，先將納米材料粉體加入混合器，加熱至50-180℃，開動混合器，加入表面改性劑；將分散粘結(jié)劑加熱至50-180℃，使其熔融，加入混合器，混合30-120分鐘，得到分散體，再將分散體用造粒機(jī)或壓片機(jī)造粒，制成粒徑為1mm-50mm的顆粒。
如上所述的橡膠填加的顆粒狀納米材料的制備方法，技術(shù)要點(diǎn)有a、所述的納米材料為納米級的碳酸鈣、氧化鋅、石墨、氧化鎂、二氧化硅中任一種；b、表面改性劑包括陽離子咪唑啉類、季胺鹽類、有機(jī)硅類，非離子表面活性劑之AEO9、AEO10、TX-10，鈦酸酯偶聯(lián)劑等；制備中可添加其中的至少一種；c、分散粘結(jié)劑是熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)在50-150℃的有機(jī)物脂肪醇類、脂肪胺類、烷烴類、脂肪酸類、樹脂類等；制備中可添加其中的至少一種。
本發(fā)明針對納米材料在橡膠混煉過程中存在著分散性能差、粘輥、粉塵飛揚(yáng)、危害員工身體健康和環(huán)境等問題，采用了一整套顆粒制備方法及工藝，根據(jù)不同的納米材料及使用環(huán)境，首先對納米材料進(jìn)行表面改性，然后再與有機(jī)分散粘結(jié)劑進(jìn)行混合，將分散體造粒，制成顆粒。這套顆粒納米材料的制備方法實(shí)用性強(qiáng)、科技含量高、易于操作，便于推廣。用本發(fā)明制備橡膠填加的顆粒狀納米材料，大大減輕了納米粉體的團(tuán)聚現(xiàn)象，而且在空氣中不吸收水分及二氧化碳，延長了保質(zhì)期，同時避免了納米粉體在包裝和使用過程中的飛揚(yáng)現(xiàn)象，便于包裝、貯運(yùn)、稱量，減輕了對操作人員健康的危害及對環(huán)境的污染，另外本發(fā)明制備的橡膠填加的顆粒狀納米材料，由于添加了表面改性劑和分散粘結(jié)劑，在橡膠混煉過程中分散快速、均勻，可充分發(fā)揮納米材料的納米效應(yīng)。
四

圖1是橡膠填加的顆粒狀納米材料的制備方法流程圖。
在圖1中1、納米材料；2、表面改性劑；3、分散粘結(jié)劑；4、加熱；5熔融；6、混合；7造粒；8、檢驗(yàn)。
五、具體實(shí)施辦法實(shí)施例一 橡膠填加的顆粒狀碳酸鈣納米材料及其制備方法1、橡膠填加的顆粒狀碳酸鈣納米材料其各組份是a、納米材料納米碳酸鈣；b、表面改性劑非離子表面活性劑AEO9和陽離子咪唑啉；c、分散粘結(jié)劑是石蠟和石油樹脂；各組份具體比例為納米碳酸鈣∶AEO9∶陽離子咪唑啉∶石蠟∶石油樹脂＝65％∶5％∶5％∶15％∶10％，(重量百分比)。
2、橡膠填加的顆粒狀碳酸鈣納米材料的制備方法該例橡膠填加的顆粒狀納米材料的組份及其比例同本例之1中所述的，先將各組份稱好備用，然后將納米碳酸鈣加入混合器，加熱至180℃，開動混合器，加入表面改性劑AEO9和陽離子咪唑啉；另外將分散粘結(jié)劑石蠟和石油樹脂加熱至180℃，使其熔融；再將熔融的分散粘結(jié)劑加入混合器，混合30分鐘，得到分散體，將分散體用造粒機(jī)或壓片機(jī)進(jìn)行造粒，粒徑為1mm。
實(shí)施例二 橡膠填加的顆粒狀石墨納米材料及其制備方法1、橡膠填加的顆粒狀石墨納米材料其各組份是a、納米材料納米級石墨；b、表面改性劑鈦酸酯偶聯(lián)劑；c、分散粘結(jié)劑十二伯胺；各組份具體比例為納米級石墨∶鈦酸酯偶聯(lián)劑∶十二伯胺＝95％∶1％∶4％(重量百分比)。
2、橡膠填加的顆粒狀石墨納米材料的制備方法該例橡膠填加的顆粒狀納米材料的組份及其比例同本例之1中所述的，先將各組份稱好備用，然后將納米級石墨加入混合器，加熱至50℃，開動混合器，加入鈦酸酯偶聯(lián)劑；另外將分散粘結(jié)劑十二伯胺加熱至50℃，使其熔融；再將熔融的分散粘結(jié)劑加入混合器，混合60分鐘，得到分散體，將分散體用造粒機(jī)或壓片機(jī)進(jìn)行造粒，粒徑為50mm。
實(shí)施例三 橡膠填加的顆粒狀氧化鋅納米材料及其制備方法1、橡膠填加的顆粒狀氧化鋅納米材料其各組份是a、納米材料納米氧化鋅，b、表面改性劑非離子表面活性劑TX-10、鈦酸酯偶聯(lián)劑、羥基硅油，c、分散粘結(jié)劑石蠟和石油樹脂；各組份具體比例為納米氧化鋅∶TX-10∶鈦酸酯偶聯(lián)劑∶羥基硅油∶石蠟∶石油樹脂＝40％∶10％∶5％∶5％∶10％∶30％(重量百分比)。
2、橡膠填加的顆粒狀氧化鋅納米材料的制備方法該例橡膠填加的顆粒狀納米材料的組份及其比例同本例之1中所述的，先將各組份稱好備用，然后將納米材料納米氧化鋅加入混合器，加熱至100℃，開動混合器，加入表面改性劑AEO9、鈦酸酯偶聯(lián)劑、羥基硅油；另外將分散粘結(jié)劑石蠟和石油樹脂加熱至100℃，使其熔融；再將熔融的分散粘結(jié)劑加入混合器，混合120分鐘，得到分散體，將分散體用造粒機(jī)或壓片機(jī)進(jìn)行造粒，粒徑為10mm。
實(shí)施例四 橡膠填加的顆粒狀氧化鎂納米材料及其制備方法1、橡膠填加的顆粒狀氧化鎂納米材料其各組份是a、納米材料納米氧化鎂；b、表面改性劑非離子表面活性劑AEO10和陽離子季胺鹽，c、分散粘結(jié)劑是硬脂酸和石油樹脂；各組份具體比例為納米氧化鎂∶AEO9∶陽離子季胺鹽∶硬脂酸∶石油樹脂＝70％∶8％∶2％∶10％∶10％，(重量百分比)。
2、橡膠填加的顆粒狀氧化鎂納米材料的制備方法該例橡膠填加的顆粒狀納米材料的組份及其比例同本例之1中所述的，先將各組份稱好備用，然后將納米氧化鎂加入混合器，加熱至150℃，開動混合器，加入表面改性劑AEO10和陽離子季胺鹽；另外將分散粘結(jié)劑硬脂酸和石油樹脂加熱至150℃，使其熔融；再將熔融的分散粘結(jié)劑加入混合器，混合90分鐘，得到分散體，將分散體用造粒機(jī)或壓片機(jī)進(jìn)行造粒，粒徑為6mm。
實(shí)施例五 橡膠填加的顆粒狀二氧化硅納米材料及其制備方法1、橡膠填加的顆粒狀二氧化硅納米材料其各組份是a、納米材料納米二氧化硅；b、表面改性劑鈦酸酯偶聯(lián)劑和氨基硅油；c、分散粘結(jié)劑是酚醛樹脂和十八碳醇；各組份具體比例為納米二氧化硅∶鈦酸酯偶聯(lián)劑∶氨基硅油∶酚醛樹脂∶十八碳醇＝55％∶6％∶4％∶20％∶15％(重量百分比)。
2、橡膠填加的顆粒狀二氧化硅納米材料的制備方法該例橡膠填加的顆粒狀納米材料的組份及其比例同本例之1中所述的，先將各組份稱好備用，然后將納米材料加入混合器，加熱至80℃，開動混合器，加入鈦酸酯偶聯(lián)劑和氨基硅油；另外將分散粘結(jié)劑酚醛樹脂和十八碳醇加熱至120℃，使其熔融；再將的熔融分散粘結(jié)劑加入混合器，混合60分鐘，得到分散體，將分散體用造粒機(jī)或壓片機(jī)進(jìn)行造粒，粒徑為15mm。
權(quán)利要求
1.一種橡膠填加的顆粒狀納米材料，它是以納米材料為主體，采用一整套顆粒制備方法及工藝，根據(jù)不同的使用要求，在制備過程中添加不同表面改性劑、分散粘結(jié)劑，經(jīng)加熱、混合制成分散體，再用造粒機(jī)或壓片機(jī)對分散體進(jìn)行造粒，制成粒徑為1mm-50mm的顆粒，特征在于該顆粒狀納米材料各組份比例配方為納米材料∶表面改性劑∶分散粘結(jié)劑＝40-95％∶1-20％∶4-40％，其中各個組份比例總和均須滿足100％(重量百分比)，其中所述的納米材料為納米級的碳酸鈣、氧化鋅、石墨、氧化鎂、二氧化硅；所述添加的表面改性劑為陽離子、非離子表面活性劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑中的至少一種；所述添加的分散粘結(jié)劑是其熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)在50-150℃的有機(jī)物中至少一種。
2.一種橡膠填加的顆粒狀納米材料的制備方法，它是以納米材料為主體，采用一整套顆粒制備方法及工藝，根據(jù)不同的使用要求，在制備過程中添加不同表面改性劑、分散粘結(jié)劑，經(jīng)加熱、混合制成分散體，再用造粒機(jī)或壓片機(jī)對分散體進(jìn)行造粒，制成粒徑為1mm-50mm的顆粒，特征在于a.該顆粒狀納米材料各組份比例配方為納米材料∶表面改性劑∶分散粘結(jié)劑＝40-95％∶1-20％∶4-40％，其中各個組份比例總和均須滿足100％(重量百分比)，其中所述的納米材料包括納米級碳酸鈣、氧化鋅、氧化鎂、石墨、二氧化硅；所述添加的表面改性劑為陽離子、非離子表面活性劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑中的至少一種；所述的分散粘結(jié)劑是熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)在50-150℃的有機(jī)物中的至少一種；b.該顆粒狀納米材料的制備方法按要求將各組份稱好備用，首先將納米材料粉體加入混合器，加熱至50-180℃，開動混合器，加入表面改性劑；將分散粘結(jié)劑加熱至50-180℃，使其熔融，加入混合器，混合30-120分鐘，得到分散體，再將分散體用造粒機(jī)或壓片機(jī)造粒，制成粒徑為1mm-50mm的顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橡膠填加的顆粒狀納米材料，特征在于a.所述的納米材料是指納米級的碳酸鈣、氧化鋅、石墨、氧化鎂、二氧化硅中任一種；b.表面改性劑包括陽離子表面活性劑之季胺鹽類、咪唑啉類、有機(jī)硅類，非離子表面活性劑之TX-10、AEO9、AEO10，鈦酸酯偶聯(lián)劑；添加其中的至少一種；c.分散粘結(jié)劑是熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)在50-150℃的有機(jī)物脂肪醇類、脂肪胺類、脂肪酸類、烷烴類、樹脂類；添加其中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的橡膠填加的顆粒狀納米材料的制備方法，特征在于a.所述的納米材料是指納米級碳酸鈣、氧化鋅、石墨、氧化鎂、二氧化硅中任一種；b.表面改性劑包括陽離子表面活性劑之季胺鹽類、咪唑啉類、有機(jī)硅類，非離子表面活性劑之TX-10、AEO9、AEO10，鈦酸酯偶聯(lián)劑；添加其中的至少一種；c.分散粘結(jié)劑是熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)在50-150℃的有機(jī)物脂肪醇類、脂肪胺類、脂肪酸類、烷烴類、樹脂類；添加其中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種用于橡膠填加的顆粒狀納米材料及其制備方法,屬納米材料技術(shù)領(lǐng)域,其特點(diǎn)在于:用一套完整的工藝方法在納米材料中添加表面改性劑、分散粘結(jié)劑,經(jīng)加熱混合,使用造粒機(jī)或壓片機(jī),制成粒徑1mm－50mm的顆粒。用本發(fā)明制備的顆粒狀納米材料,大大減輕了納米粉體的團(tuán)聚現(xiàn)象,延長了保質(zhì)期,避免了納米粉體在包裝和使用過程中的飛揚(yáng)現(xiàn)象,便于包裝、貯運(yùn)、稱量,減輕了對操作人員健康的危害及對環(huán)境的污染,在用于橡膠填加過程中分散快速、均勻,可提高材料納米效應(yīng)的發(fā)揮。這種橡膠填加的顆粒狀納米材料具有廣闊的市場前景,值得大力推廣。
文檔編號C08K9/00GK1388156SQ02110498
公開日2003年1月1日 申請日期2002年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月3日
發(fā)明者駱天榮, 任真, 于泳, 趙永紅 申請人:駱天榮