專利名稱：：乙烯基單體改性炭黑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及無機(jī)材料的處理方法，特別是采用乙烯基單體對(duì)炭黑進(jìn)行改性，以提高橡膠的綜合物理機(jī)械性能。炭黑是橡膠工業(yè)中普遍采用的補(bǔ)強(qiáng)填料，在輪胎、膠管、膠帶等絕大多數(shù)橡膠制品中用以改善橡膠的物理機(jī)械性能，如拉伸強(qiáng)度、定伸應(yīng)力、撕裂強(qiáng)度、磨耗等。但目前工業(yè)上采用的炭黑明顯存在著許多不足，如用這些炭黑補(bǔ)強(qiáng)的橡膠熱氧老化后，性能保持率普遍不高，高伸長(zhǎng)率與高定伸應(yīng)力、高硬度的矛盾突出；炭黑飛揚(yáng)造成的污染嚴(yán)重等等。本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有炭黑用于補(bǔ)強(qiáng)橡膠存在的不足，提供一種乙烯基單體改性炭黑的方法，用乙烯基單體對(duì)炭黑進(jìn)行改性，使改性后的炭黑顯著提高橡膠的綜合物理機(jī)械性能，特別是使老化后的性能保持率達(dá)到較高水平。本發(fā)明乙烯基單體改性炭黑的方法是將乙烯基單體改性劑與炭黑一起充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，在靜態(tài)或攪拌下加熱5分鐘～6小時(shí)，加熱溫度為30℃～300℃，攪拌速度為0轉(zhuǎn)／分～3000轉(zhuǎn)／分；所述炭黑、乙烯基單體改性劑的重量配比如下炭黑100份乙烯基單體改性劑0．1～30份所述乙烯基單體改性劑是含有乙烯基的酸、酸酐或酯，例如馬來酸、馬來酸酐或馬來酸酯，富馬酸、富馬酸酐或富馬酸酯，丙烯酸及其酯，甲基丙烯酸及其酯等，可以一種或一種以上成分混合使用。炭黑、乙烯基單體改性劑采用下列重量配比時(shí)，對(duì)橡膠的補(bǔ)強(qiáng)作用最佳炭黑100份乙烯基單體改性劑0．5～10份本發(fā)明方法得到的改性炭黑可以在輪胎胎面膠、輪胎胎肩膠、簾布膠等所有輪胎胎體膠中應(yīng)用；也可以在所有其它橡膠制品中應(yīng)用。本發(fā)明方法得到的改性炭黑用于橡膠補(bǔ)強(qiáng)的工藝與現(xiàn)有橡膠加工工藝相同，即采用密煉機(jī)或開煉機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)將改性炭黑混煉到橡膠中，所得混煉膠性能明顯優(yōu)于采用未處理炭黑的膠料。本發(fā)明用乙烯基單體改性后的炭黑能顯著提高橡膠的綜合物理機(jī)械性能，同時(shí)賦予橡膠一些新的性能和功能，如增強(qiáng)橡膠與聚合物簾線的粘合、降低橡膠的滾動(dòng)阻力等。發(fā)明人通過探索性實(shí)驗(yàn)，研究了本發(fā)明所采用的含乙烯基的酸、酸酐或酯等單體對(duì)炭黑進(jìn)行改性的機(jī)理，認(rèn)為是乙烯基單體改性劑與炭黑表面發(fā)生了化學(xué)結(jié)合。由于各類炭黑存在表面化學(xué)性質(zhì)的共性，本發(fā)明的方法適應(yīng)于一切品牌和型號(hào)的炭黑。本發(fā)明方法得到的改性炭黑對(duì)橡膠性能的作用機(jī)理，發(fā)明人認(rèn)為是與炭黑表面形成化學(xué)結(jié)合的乙烯基單體改性劑的C=C參與了橡膠的硫化過程，從而在炭黑-炭黑、炭黑-橡膠、橡膠-橡膠間形成了整體化學(xué)網(wǎng)絡(luò)，即形成了整體網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)。因此，本發(fā)明方法得到的改性炭黑對(duì)橡膠性能的改善適用于所有種類和牌號(hào)的合成橡膠和天然橡膠。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)經(jīng)本發(fā)明方法改性的炭黑對(duì)橡膠的補(bǔ)強(qiáng)作用明顯優(yōu)于未改性炭黑，具有更高的物理機(jī)械性能和顯著提高的的老化后性能保持率，較好地解決了高定伸應(yīng)力、高硬度與高伸長(zhǎng)率間的矛盾；(2)經(jīng)本發(fā)明方法改性的炭黑能賦予橡膠復(fù)合材料一些特殊功能，如明顯增強(qiáng)橡膠與浸膠聚合物簾線的粘合性能，降低硫化橡膠的滾動(dòng)阻力等；(3)經(jīng)本發(fā)明方法改性的炭黑可造粒，從而避免炭黑飛揚(yáng)造成的環(huán)境污染。下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步敘述。實(shí)例1用馬來酸酐(MAH)改性炭黑(N330)表1膠料的基本配方(份)<tablesid="table1"num="001"><table>AB天然橡膠(SNR20)炭黑(N330)MAH改性炭黑(N330)白炭黑氧化鋅硬脂酸操作油促進(jìn)劑CZ促進(jìn)劑NOBS不溶性硫磺100250108240．60．62．5100025108240．60．62．5</table></tables>將100克炭黑、30克MAH混合均勻，攪拌下于300℃保持5分鐘，得到MAH改性炭黑，加入膠料中。膠料的基本配方如表1所示，表1中A代表采用未處理N330的膠料，B代表采用MAH改性N330的膠料。表2列出了MAH改性炭黑對(duì)硫化膠物理機(jī)械性能的影響。從表中可以看出，MAH改性炭黑使老化前硫化膠拉伸強(qiáng)度、300％定伸應(yīng)力、500％定伸應(yīng)力和扯斷伸長(zhǎng)率比采用未改性炭黑有一定程度提高，撕裂強(qiáng)度、硬度(邵氏A)基本不變；而老化后的硫化膠，采用MAH改性炭黑時(shí)仍能保持較高的拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)率，特別是扯斷伸長(zhǎng)率仍能保持在500％以上，硫化膠的老化性能下降率比采用未改性炭黑的膠料低的多。這對(duì)橡膠制品的長(zhǎng)期使用非常有利。表2硫化膠的物理機(jī)械性能老化條件空氣中，100℃，24小時(shí)。表2還列出了MAH改性炭黑對(duì)天然橡膠膠料與尼龍66浸膠簾線粘合附著力的影響，可以看出，MAH改性炭黑使尼龍66浸膠簾線與天然橡膠膠料的粘合附著力在老化前后都有顯著提高。此外，對(duì)硫化膠的DMA測(cè)試結(jié)果表明MAH改性炭黑的應(yīng)用還能有效地降低膠料的滾動(dòng)阻力。實(shí)例2用甲基丙烯酸(MAA)改性炭黑(N539)將100克炭黑、0．1克MAA混合均勻，攪拌下于30℃保持6小時(shí)，得到MAA改性N539，加入膠料中。表3和4中C代表采用未改性N539的膠料，D代表采用MAA改性N539的膠料。表3基本配方**其他組分同表1表4硫化膠的物理機(jī)械性能老化條件空氣中，100℃，24小時(shí)。從表4中可以看出，除撕裂強(qiáng)度和硬度影響較小外，甲基丙烯酸(MAA)改性炭黑(N539)使老化前硫化膠的拉伸強(qiáng)度、300％定伸應(yīng)力、500％定伸應(yīng)力和扯斷伸長(zhǎng)率比采用未改性炭黑均有一定程度提高，以300％定伸應(yīng)力、500％定伸應(yīng)力提高最為明顯；同時(shí)，使老化后的硫化膠仍能保持較高的拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)率，特別是老化后扯斷伸長(zhǎng)率仍達(dá)473％，而采用未改性炭黑的膠料老化后的扯斷伸長(zhǎng)率僅為365％，硫化膠的老化性能下降率比采用未改性炭黑的膠料低的多。這對(duì)橡膠制品的長(zhǎng)期使用非常有利。實(shí)例3甲基丙烯酸丁酯(BA)改性炭黑(N220)。將100克炭黑、15克BA混合均勻，攪拌下于150℃保持3小時(shí)。得到BA改性N220，加入膠料中。表5和表6中E代表采用未改性N220的膠料，F(xiàn)代表采用BA改性N220的膠料。表5基本配方**其他組分同表1表6硫化膠的物理機(jī)械性能老化條件空氣中，100℃，24小時(shí)。從表6中可以看出，甲基丙烯酸丁酯改性炭黑(N220)使老化前硫化膠的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率比采用未改性炭黑明顯提高，硬度和撕裂強(qiáng)度基本不變，300％定伸應(yīng)力、500％定伸應(yīng)力略有降低；同時(shí)使老化后的硫化膠仍能保持較高的拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)率，特別是扯斷伸長(zhǎng)率仍能保持在512％，而采用未改性炭黑的膠料老化后的斷裂伸長(zhǎng)率僅為388％，硫化膠的老化性能下降率比采用未改性炭黑的膠料低的多。這對(duì)橡膠制品的長(zhǎng)期使用非常有利。權(quán)利要求1.一種乙烯基單體改性炭黑的方法，其特征在于將乙烯基單體改性劑與炭黑一起充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，在靜態(tài)或攪拌下加熱5分鐘～6小時(shí)，加熱溫度為30℃～300℃，攪拌速度為0轉(zhuǎn)／分～3000轉(zhuǎn)／分；所述炭黑、乙烯基單體改性劑的重量配比如下炭黑100份乙烯基單體改性劑0．1～30份所述乙烯基單體改性劑是含有乙烯基的酸、酸酐或酯，可以一種或一種以上成分混合使用。2.按照權(quán)利要求1所述的乙烯基單體改性炭黑的方法，其特征在于所述炭黑、乙烯基單體改性劑的重量配比如下炭黑100份乙烯基單體改性劑0．5～10份全文摘要一種乙烯基單體改性炭黑的方法,是將乙烯基單體改性劑與炭黑一起充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?在靜態(tài)或攪拌下加熱;炭黑、乙烯基單體改性劑的重量配比為:炭黑100份、乙烯基單體改性劑0.1～30份;經(jīng)本發(fā)明方法改性的炭黑對(duì)橡膠的補(bǔ)強(qiáng)作用明顯優(yōu)于未處理炭黑,具有更高的物理機(jī)械性能,顯著提高老化后的性能保持率,并能賦予橡膠復(fù)合材料一些特殊功能,同時(shí)該改性炭黑可造粒,從而避免炭黑飛揚(yáng)造成的環(huán)境污染。文檔編號(hào)C09C3/08GK1279260SQ0011723公開日2001年1月10日申請(qǐng)日期2000年7月7日優(yōu)先權(quán)日2000年7月7日發(fā)明者賈德民,張喜亮申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)