專利名稱：充油型丁苯橡膠sbr1712/凹凸棒石納米復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所屬領(lǐng)域?yàn)榫酆衔锘{米復(fù)合材料的制備技術(shù)，具體為一種利用乳液共混共凝法 制備充油型橡膠與凹凸棒石納米復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
聚合物基納米復(fù)合材料是以聚合物為基體，納米材料為分散相的一類新型復(fù)合材料，由 于它既具有超常的特性又具有很好的易加工性、質(zhì)輕等特點(diǎn)，已成為納米復(fù)合材料最重要的
前沿研究方向。凹凸棒石典型的化學(xué)式為Mg5Si802"OH)2(OH2)4，4H20，是一種含水富鎂鋁的
硅酸鹽礦物，結(jié)構(gòu)獨(dú)特，單根纖維晶的直徑在20—70nm左右，長(zhǎng)度約為0.5—5/an，是一種 天然的一維納米材料，具有諸多優(yōu)異性能，產(chǎn)品不僅涉及化工、機(jī)械、能源、汽車、輕工、 冶金、建材等傳統(tǒng)行業(yè)，而且進(jìn)入以信息、生物、航空航天、海洋開發(fā)、新材料和新能源為 代表的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。隨著新的應(yīng)用要求不斷出現(xiàn)，其應(yīng)用范圍也將進(jìn)一步拓寬。但凹凸棒石 納米棒晶在通常情況下容易團(tuán)聚，雖然屬于層狀硅酸鹽礦物，但由于結(jié)構(gòu)特殊，凹凸棒石是 一種內(nèi)部布滿與延長(zhǎng)方向一致的孔道的、富含吸附水、配位水和結(jié)構(gòu)水的纖維。吸水后不膨 脹。因此，凹凸棒石不能像蒙脫石那樣可借助大分子鏈的作用擴(kuò)大層間距，剝離出納米尺度 的片層。橡膠行業(yè)傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法存在分散性能不好，難以制備成納米復(fù)合材料，導(dǎo)致 其不能充分發(fā)揮納米材料效應(yīng)。因此，需要選擇合適的改性試劑和條件對(duì)其進(jìn)行表面改性， 增加其與聚合物基體的相容性、界面結(jié)合力和在聚合物基體中的分散性，才能夠?qū)崿F(xiàn)凹凸棒 石和聚合物基體在納米尺度的復(fù)合，制備出聚合物/凹凸棒石納米復(fù)合材料。
丁苯橡膠，尤其是乳聚丁苯橡膠，是合成橡膠中最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的膠種，在世界合成橡 膠生產(chǎn)中丁苯橡膠的產(chǎn)量占55%以上，是目前用量最大的合成橡膠品種。自1951年出現(xiàn)充油 丁苯橡膠以來，充油丁苯橡膠的發(fā)展相當(dāng)迅速，目前充油丁苯橡膠產(chǎn)量占丁苯橡膠的50%以 上。充油丁苯橡膠具有生熱小，滯后損失少，低溫曲撓壽命長(zhǎng)，用于輪胎胎面膠有優(yōu)越的牽 引性能和耐磨性能。如果能使其與凹凸棒石實(shí)現(xiàn)有效的復(fù)合，使丁苯橡膠的性能提高一個(gè)檔 次，可以獲得極大的經(jīng)濟(jì)效益。因此，如何獲得優(yōu)異性能的充油型丁苯橡膠/凹凸棒石納米復(fù) 合材料， 一直是擺在科學(xué)工作者面前的一個(gè)巨大難題。近年來，盡管已有少量有關(guān)丁苯橡膠/ 凹凸棒石納米復(fù)合材料的研究報(bào)道，但效果很不理想，而對(duì)于充油型丁苯橡膠SBR1712/凹凸 棒石納米復(fù)合材料則從未有人研究過。歸結(jié)起來的有關(guān)的研究報(bào)道主要存在以下問題 一是 沒有解決丁苯膠和凹凸棒石的相容性；有報(bào)道曾經(jīng)在表面改性時(shí)加入能使凹凸棒石與橡膠大 分子間產(chǎn)生偶聯(lián)作用的物質(zhì)(如硅垸等)，改善凹凸棒石與橡膠的相容性能，總體效果不理想。 這主要是因?yàn)閮H靠少量的偶聯(lián)劑并沒有從根本上改變凹凸棒石在橡膠中的分散。同時(shí)硅垸類 等偶聯(lián)劑價(jià)格昂貴，如此高的制備成本相當(dāng)高，難以應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。二是將改性好的凹 凸棒石與丁苯橡膠采用機(jī)械混煉法制備納米復(fù)合材料，該方法易產(chǎn)生粉塵飛揚(yáng)，同時(shí)僅靠加 工時(shí)的機(jī)械剪切力也難以使凹凸棒石在橡膠中均勻分散。

發(fā)明內(nèi)容
3本發(fā)明提供一種充油型丁苯橡膠SBR1712/凹凸棒石納米復(fù)合材料的制備方法，即在攪拌 裝置中，先將丁苯膠乳與改性凹凸棒石復(fù)合，然后將在高速剪切乳化機(jī)上乳化均勻的芳烴油 加入，實(shí)現(xiàn)芳烴油的沖入，制備了充油型丁苯橡膠/凹凸棒石納米復(fù)合材料。該方法的優(yōu)越性 在于可以在不改變工廠現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備和工藝條件下，解決了丁苯膠乳與凹凸棒石復(fù)合的難 題，并同時(shí)將芳烴油沖入，制備了性能優(yōu)異的充油型丁苯橡膠/凹凸棒石納米復(fù)合材料。該方 法工藝簡(jiǎn)單，原料易得，可操作性強(qiáng)，可以直接應(yīng)用于充油型丁苯橡膠納米復(fù)合材料的工業(yè) 化生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例
以不同凹凸棒石含量的充油型丁苯橡膠/凹凸棒石納米復(fù)合材料的制備為例，說明本發(fā)明 的納米復(fù)合材料的制備方法與性能。
1、 原材料及實(shí)驗(yàn)設(shè)備
(1) 實(shí)驗(yàn)原料
丁苯膠乳SBR1712(固含量為22wt%)齊魯石化橡膠廠； 芳烴油齊魯石化橡膠廠； 凹凸棒石由甘肅省白銀市礦石實(shí)驗(yàn)室自制； 六偏磷酸鈉、十二烷基磺酸鈉等均為市售分析純；
(2) 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
高速剪切乳化機(jī)JRJ300-S型上海標(biāo)本模型廠； 開放式塑煉機(jī)SK-160B型，上海輕工機(jī)械股份有限公司； 平板硫化機(jī)QLB-350x350x2型，上海第一橡膠機(jī)械廠； 電熱恒溫水浴鍋DK-98-l型，天津市泰斯特儀器有限公司 真空干燥箱DZF-6021型，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司
2、 改性凹凸棒石的制備
將凹凸棒石與水混合，配成濃度為10%的懸浮液，加入凹凸棒石質(zhì)量的5%的六偏磷酸 鈉溶液，在高速剪切乳化機(jī)上攪拌15分鐘，攪拌轉(zhuǎn)速2000轉(zhuǎn)/分鐘；向分散好的凹凸棒石懸 浮液中加入改性劑十二垸基磺酸鈉，改性劑十二烷基磺酸鈉加入量為凹凸棒石質(zhì)量的5%, 60 'C下高速攪拌20分鐘；
3、 芳烴油的乳化
根據(jù)充油量計(jì)算芳烴油的用量，加入適量的十二烷基硫酸鈉、歧化松香皂類乳化劑，在 50—70"C下，采用高速剪切乳化機(jī)將芳烴油均化30分鐘。
4、 充油型丁苯橡膠SBR1712/凹凸棒石納米復(fù)合材料的制備
用高速攪拌器，將丁苯膠乳與凹凸棒石的懸浮液混合均勻，然后在50 — 7(TC下攪拌30min，然后加入乳化好的芳烴油，加入絮凝劑破乳，干燥制得充油型丁苯橡膠/凹凸棒石納 米復(fù)合材料。
硫化配方如下納米復(fù)合材料含SBR100份，氧化鋅3份，硬脂酸(SA) l份，促進(jìn)劑 TBBS1份，標(biāo)準(zhǔn)碳黑40份，硫磺1.75份。 硫化條件155'CX35min
5、性能測(cè)試
按GB/T 528-1998、 GB 530-1981在上海市德杰儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的DXLL-50000型 電子拉力試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試試樣的拉伸性能和撕裂強(qiáng)度，拉伸速度為500mm/min; 產(chǎn)品性能見表l。
表1:充油型丁苯橡膠SBR1712/凹凸棒石納米復(fù)合材料的力學(xué)性能
凹凸棒石含量 (wt.%)斷裂強(qiáng)度 (MPa)斷裂伸長(zhǎng)率 (%)撕裂強(qiáng)度 (KN/m)硬度永久變形 (%)
017.9037036.106125
321.6071056.266220
622.9873749.956420
923,5680154.636415
1220.1886651.66652權(quán)利要求
1、一種充油型丁苯橡膠SBR1712/凹凸棒石納米復(fù)合材料的制備方法，其制備工藝依次如下1)凹凸棒石的改性將凹凸棒石與水混合，配成濃度為10％的懸浮液，加入凹凸棒石質(zhì)量的1—5％的六偏磷酸鈉溶液，在高速剪切乳化機(jī)上攪拌10—20分鐘，攪拌轉(zhuǎn)速2000—3000轉(zhuǎn)/分鐘；向分散好的凹凸棒石懸浮液中加入改性劑，改性劑加入量為凹凸棒石質(zhì)量的5—15％，60℃下高速攪拌20—30分鐘；2)共混按照凹凸棒石丁苯橡膠＝0—20％的質(zhì)量比，將改性后的凹凸棒石懸浮液加入到丁苯橡膠乳液中，60℃下攪拌10—25分鐘；3)芳烴油的乳化將芳烴油與乳化劑、水按照一定比例均勻混合，60℃下在高速剪切乳化機(jī)上攪拌20—30分鐘至芳烴油乳化均勻；4)丁苯橡膠/凹凸棒石納米復(fù)合材料的充油將乳化好的芳烴油丁苯橡膠＝37.5％的質(zhì)量比加入到凹凸棒石與丁苯膠乳的混合溶液中，60℃下攪拌5—10分鐘；5)絮凝脫水向充油后的混合溶液中加入5—10％陽離子鹽溶液(如NaCl、CaCl2)破乳，加入一定濃度的無機(jī)酸溶液絮凝；將絮凝物60℃下干燥脫水即制得了充油型丁苯橡膠/凹凸棒石納米復(fù)合材料；6)混煉將烘干后的復(fù)合材料與各種配合劑在雙輥混煉機(jī)上混煉均勻，混煉時(shí)間約為15分鐘；硫化配方為納米復(fù)合材料含SBR100份，氧化鋅3份，硬脂酸(SA)1份，促進(jìn)劑TBBS1份，標(biāo)準(zhǔn)碳黑40份，硫磺1.75份。7)硫化將混煉膠在平板硫化機(jī)上硫化，硫化壓力為15兆帕，硫化溫度為155℃，硫化時(shí)間為20—35分鐘。
2、 按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其中所述的丁苯膠乳為充油型丁苯膠乳SBR1712， 其固含量為22±3%。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備的方法，所說的無機(jī)酸為濃度為5—10%的鹽酸、硫酸溶液。
4、 按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其中所述的芳烴油的乳化劑如脂肪酸鈉、十二烷基 硫酸銨等。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l，其中所述的改性劑可以是烷基胺類、烷基銨鹽類等。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l，其中所述的芳烴油可以是普通芳烴油、高芳烴油、環(huán)垸油等。
全文摘要
一種充油型丁苯橡膠SBR1712/凹凸棒石納米復(fù)合材料的制備方法，其工藝過程依次包括以下步驟，A凹凸棒石改性；B將凹凸棒石和水的懸浮溶液與丁苯膠乳SBR1712混合，經(jīng)攪拌形成均勻的混合溶液；C將乳化后的芳烴油與B中的混合溶液混合；D加入絮凝劑進(jìn)行絮凝，將絮凝物脫水、烘干，加入各種配合劑混煉均勻后硫化即制得充油型丁苯橡膠SBR1712/凹凸棒石納米復(fù)合材料。該方法可以克服傳統(tǒng)的機(jī)械共混法存在的填料分散不均勻、能耗高的缺點(diǎn)，工藝簡(jiǎn)單，成本低，易于推廣，可在不改變充油型丁苯橡膠現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝的條件下實(shí)現(xiàn)連續(xù)化工業(yè)化生產(chǎn)，可制備綜合性能優(yōu)異的充油型丁苯橡膠SBR1712/凹凸棒石納米復(fù)合材料。
文檔編號(hào)C08J3/20GK101508801SQ200910129810
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)明者劉偉生, 正 谷 申請(qǐng)人:蘭州大學(xué)