專利名稱：：無機納米功能粉體增強硫化膠耐介質(zhì)性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及無機納米功能粉體增強硫化膠耐介質(zhì)性能的方法，屬于納米材料改性增強橡膠
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：隨著我國各種公路、大型水利工程、采礦工程及諸多工程項目建設(shè)的開展，需要大量使用各種工程機械。特別是西部大開發(fā)、南水北調(diào)、西氣東輸?shù)软椖康膶嵤┫?，市場對大型工程機械的需求進一步擴大。工程機械輪胎一般是在苛刻的環(huán)境下工作的，如推土機、挖掘機、壓路機等工程車，作業(yè)場地大，路面不平坦且有尖銳的碎石塊、巖石、釘子和玻璃等雜物和酸堿環(huán)境等苛刻的條件，受硬物沖擊大又經(jīng)常性晝夜連續(xù)作業(yè)，輪胎胎面易被割傷或刺穿或出現(xiàn)崩花掉塊等現(xiàn)象。尤其是在銅礦、鐵礦等工作的工程機械，常常要接觸很多腐蝕性物質(zhì)，造成輪胎壽命急劇降低。由于工作環(huán)境的特殊性，工程機械輪胎對輪胎負荷及耐酸堿腐蝕等能力要求大，要求胎面具有高強度、耐撕裂，良好耐磨及強耐酸堿等極佳綜合性能輪胎，而傳統(tǒng)輪胎配方技術(shù)及國外先進的技術(shù)壁壘使國內(nèi)在開發(fā)高性能工程輪胎胎面材料時遇到了極大障礙，必須采取新技術(shù)突破，納米材料及技術(shù)的發(fā)展為開發(fā)高性能胎面材料提供了新途徑。在相關(guān)文獻中，Job等人采用混合澆鑄法制備了天然橡膠/炭黑復(fù)合膜，該材料具有好的機械性能，加工性能，電導(dǎo)率。Mishra等人在丁基橡膠中添加了不同含量的納米CaC03，發(fā)現(xiàn)橡膠的斷裂伸長率隨納米CaC03的含量增加而急劇增長，在添加量為12%時，斷裂伸長率和撕裂強度增長了大約100%。但是一般納米粉體和橡膠分子間相容性差，形成"海島"結(jié)構(gòu)，給分散及加工帶來很大困難。普通填料能提高耐介質(zhì)性能，但加入后力學(xué)性能迅速下降，不能達到理想效果。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提出了一種無機納米功能粉體增強硫化膠耐介質(zhì)性能的方法。為了達到上述目的，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案。一種無機納米功能粉體增強硫化膠耐介質(zhì)性能的方法，其特征在于具有以下工藝過程和步驟a.根據(jù)硫化膠工作中所接觸的介質(zhì)，如耐水、耐油、耐酸、耐堿等強極性介質(zhì)，確定無機納米功能粉體，如納米氧化鋁、納米氧化硅、納米氧化鈦及納米重晶石、納米碳酸鈣等中的一種或幾種；當(dāng)無機納米功能粉體為納米重晶石或納米碳酸鈣粉體時需將其表面進行無機改性，由于表面惰性很強需要先通過物理作用將其表面吸附無機改性劑，使其表面先富含少量活性羥基，無機改性劑納米氧化鋁、納米氧化硅、納米氧化鈦等中的一種，無機改性劑用量為無機納米功能粉體重量的1%10%;b.為使上述所選用的無機納米功能粉體在橡膠基體中有良好的相容性，需要將無機納米粉體進行疏水親油改性，改性劑為疏水親油的有機物，如硬脂酸、聚氨酯、聚丙烯酸酯、硅垸類偶聯(lián)劑等中的一種，改性劑用量為無機納米粉體重量的1%10%，改性后抽濾，濾餅多次洗滌后千燥和粉碎，制得改性后的無機納米功能粉體；C.將步驟b制得的無機納米功能粉體在硫化膠混煉過程中加入，加入量為硫化膠質(zhì)量的1%20%，改性后的納米粉體最終在橡膠基體中達到均勻的分散的效果，工程輪胎胎面硫化成型后具有強耐酸堿性，較高的拉伸強度、高撕裂及良好的耐磨性等極佳的綜合性能胎面膠(硫化膠)。由于無機納米功能粉體有機改性后，親水端吸附在納米重晶石表面，外面包覆的硬脂酸直鏈烷烴有很強的疏水親油性，疏水端朝外使改性納米重晶石微觀分散至橡膠內(nèi)部后與橡膠基體良好相容，硬脂酸有機分子使橡膠具有很高的致密性能較好的阻止酸堿介質(zhì)進入橡膠內(nèi)部，少量酸堿介質(zhì)滲入橡膠基體后使基體膨脹，橡膠分子間作用力更大，所以在少量加入時胎面膠性能有所上升。圖1硬脂酸鈉加入量對粉體沉降體積的影響具體實施例方式現(xiàn)將本發(fā)明的實施例敘述于后。實施例l取200g含納米碳酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的漿料(顆粒1050nm)，將漿料液置于轉(zhuǎn)速為5500rpm的高剪切混合乳化機中分散60分鐘后，在高速攪拌下加入聚丙烯酸鈉分散劑50g，升溫至5(TC，然后加入15ral濃度為1(^的Na2Si03溶液，在該溫度下緩慢滴加40ml濃度為lmo1/1的仏304溶液調(diào)節(jié)pH至4。反應(yīng)完畢后保溫半小時，抽濾、洗滌、干燥、粉碎，即得納米碳酸鈣/氧化硅水合物包覆納米碳酸鈣改性粒子。通過通過XPS定量分析，可以得到納米碳酸鈣表面Ca、Si和C三種元素在改性前后的相對百分含量，結(jié)果如下表1所示。由表1可見，氧化硅水合物改性后的Ca3d5和Cls的相對百分含量有所降低，而Si(2p)的含量有所提高，這些均表明納米碳酸鈣粒子表面吸附了富含-0H的氧化硅水合物。表1參比碳酸鈣和氧化硅水合物改性納米碳酸鈣表面各元素的含量_<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實施例2本實施例工藝及過程與上述實施例1相同，不同的是在保溫半小時后將碳酸鈣質(zhì)量1%至6%的硬脂酸鈉，配成5%的溶液緩慢加入至碳酸鈣漿料中反應(yīng)，升溫至75'C下反應(yīng)，再保溫半小時，經(jīng)抽濾，烘干，粉碎制得納米碳酸鈣/氧化硅水合物/硬脂酸鈉雙層包覆納米碳酸鈣改性粒子。針對納米碳酸鈣/氧化硅水合物/硬脂酸鈉表面特性的改性樣品，實驗中對硬脂酸鈉加入量分別為0%、1%、2%、3%、4%、5%、6%進行了沉降性測試。圖l為硬脂酸鈉加入量對粉體沉降體積的影響圖。從圖l可以看出，改性后粉體的沉降體積明顯低于改性前粉體的沉降體積。當(dāng)改性劑用量小于粉體質(zhì)量的5°/。時，粉體在液體石蠟油中的沉降速率隨硬脂酸鈉用量的增加而降低。當(dāng)改性劑用量為5%時，粉體沉降體積最小，此后，隨著改性劑用量的繼續(xù)增加，變化不大。即5%時改性樣品與液體石蠟油的相容性最好。實施例3試驗不同份數(shù)納米重晶石對膠料性能的影響。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>在天然橡膠中按表2依次加入氧化鋅、硬脂酸、防老劑RD、防老劑4020、炭黑N234、納米重晶石、石蠟油，最后加入促進劑NOBS和硫磺，打三角包五遍，薄通后在平板硫化機上按15(TCXt9。的硫化工藝硫化，按照國家標(biāo)準(zhǔn)制成試樣。上述試樣通過儀器檢測其各項力學(xué)性能，測試結(jié)果如下表3所示表3添加納米重晶石后橡膠性能測試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例4試驗用氧化鋁改性納米重晶石不同份數(shù)對膠料性能的影響表4膠料配方組分(重量份)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>氧化鋁改性納米重晶石對膠料性能的影響。在按表4依次加入后，按照國家標(biāo)準(zhǔn)制成試樣，測試結(jié)果如下表5所示表5添加不同氧化鋁改性納米重晶石份數(shù)后橡膠性能測試結(jié)果改性納米重晶石(份)拉伸強度(MPa)斷裂伸長率(%)邵A硬度(SHA)撕裂強度(KN/m)磨耗(cm3/1.61km)耐酸性能提高率(%)耐堿性能提高率(％)00,529.5329.18549.6%565.43%6868101.71127.380.120.14-3.66%-0.45%0.20%3.74%1.529.24552.59%67101.80.140.03%5.03%實施例5試驗用氧化鋁/硬脂酸鈉改性納米重晶石不同份數(shù)對膠料性能的影響_表6膠料配方組分(重量份)_原材料名稱重量份原材料類別NR100氧化鋅5硬脂酸2防老劑40201.5防老劑RD1.5炭黑N23445促進劑NOBS1.6硫磺1.6氧化鋁/硬脂酸鈉改性納米重晶石_^本實施例的工藝均與上述實例3完全相同，不同的是本實例主要試驗的是不同份數(shù)氧化鋁/硬脂酸鈉改性納米重晶石，硬脂酸納用量為納米重晶石的5%。在按表6依次加入后，按照國家標(biāo)準(zhǔn)制成試樣，測試結(jié)果如下表7所示膠劑劑劑劑劑布齊劑然化化老老強進化強天活活防防補促硫補_表7添加不同改性納米重晶石份數(shù)后橡膠性能測試結(jié)果_<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從上述實例中得知經(jīng)表面改性的納米重晶石胎面膠具有高拉伸強度、耐撕裂，良好耐磨及強耐酸堿等極佳綜合性能。權(quán)利要求1、一種無機納米功能粉體增強硫化膠耐介質(zhì)性能的方法，其特征在于該方法具有以下的工藝過程和步驟a.根據(jù)硫化膠工作中所接觸的介質(zhì)，如耐水、耐油、耐酸、耐堿等強極性介質(zhì)，確定無機納米功能粉體，如納米氧化鋁、納米氧化硅、納米氧化鈦及納米重晶石、納米碳酸鈣等中的一種或幾種；當(dāng)無機納米功能粉體為納米重晶石或納米碳酸鈣粉體時需將其表面進行無機改性，無機改性劑為納米氧化鋁、納米氧化硅、納米氧化鈦等中的一種，無機改性劑用量為無機納米功能粉體重量的1％～10％；b.將無機納米粉體進行疏水親油改性，改性劑為疏水親油的有機物，如硬脂酸、聚氨酯、聚丙烯酸酯、硅烷類偶聯(lián)劑等中的一種，改性劑用量為無機納米粉體重量的1％～10％，改性后抽濾，濾餅多次洗滌后干燥和粉碎，制得改性后的無機納米功能粉體；c.將步驟b制得的無機納米功能粉體在硫化膠混煉過程中加入，加入量為硫化膠質(zhì)量的1％～20％，最后得到無機納米功能粉體增強耐介質(zhì)性能的硫化膠。全文摘要本發(fā)明公開了一種無機納米功能粉體增強硫化膠耐介質(zhì)性能的方法，屬于橡膠改性增強領(lǐng)域。本發(fā)明方法的特點是(1)以橡膠為基體，橡膠包括天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠等中的一種或幾種，在其混煉過程中添加一種無機納米功能粉體，該無機納米功能粉體為納米氧化鋁、氧化鈦、氧化硅、重晶石、碳酸鈣等中的一種或幾種；(2)改性方法可以在納米粒子表面包覆一層無機物或有機物，也可根據(jù)需要在包覆后的產(chǎn)物中進行多重?zé)o機-有機包覆，根據(jù)不同介質(zhì)添加不同的改性納米粒子，所得的硫化膠具有強的耐水、耐油、耐酸及耐堿等各類介質(zhì)的性能。文檔編號C08J3/20GK101525450SQ20091004830公開日2009年9月9日申請日期2009年3月26日優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日發(fā)明者付繼芳,靖卓,吳榮懿,施利毅,蘆火根,趙國璋申請人:上海大學(xué)