專(zhuān)利名稱(chēng)：面向綠色輪胎的白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法及其產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及丁苯橡膠改性技術(shù)領(lǐng)域，更具體的涉及一種面向綠色輪胎的白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法及制備得到的產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
白炭黑補(bǔ)強(qiáng)的橡膠膠料越來(lái)越引起人們的重視，白炭黑的用量幾乎每年都在增長(zhǎng)，增長(zhǎng)的原因包括因降低滾動(dòng)阻力而獲得更好的燃油節(jié)省，延長(zhǎng)了胎面壽命。但因白炭黑的表面存在著高極性的羥基，使白炭黑與橡膠不相容。由于白炭黑有聚集的趨向，機(jī)械方法也不能迫使白炭黑在橡膠中良好地分散，進(jìn)而硫化膠的物理性能也不能達(dá)到最佳狀態(tài)。本發(fā)明制備方法制備出白炭黑分散狀態(tài)良好的白炭黑改性丁苯橡膠，并且解決了白炭黑在機(jī)械混煉中生熱大的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種面向綠色輪胎的含有白炭黑的改性丁苯橡膠及其制備方法。本發(fā)明所提出的丁苯橡膠的特征在于，所述丁苯橡膠含有基于丁苯膠乳干膠的質(zhì)量含量為 100%的白炭黑。白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法，其特征在于，依次含有以下步驟1)制備含有白炭黑的丁苯橡膠液體漿料1. 1)白炭黑懸浮液的制備將白炭黑和水進(jìn)行混合，得到白炭黑-水懸浮液，其中白炭黑與水的質(zhì)量比為 5% 20% ；1. 2)在水浴環(huán)境中對(duì)白炭黑進(jìn)行表面處理，使其表面有機(jī)化；1. 3)調(diào)節(jié)上述白炭黑-水懸浮液的pH值到9 12 ；1. 4)將上述調(diào)節(jié)pH值后的白炭黑-水懸浮液與丁苯膠乳均勻混合，得到添加白炭黑的丁苯橡膠液體漿料；2)以上述含白炭黑的丁苯橡膠液體漿料為原料，用乳液共混共絮凝工藝制備含有白炭黑的改性丁苯橡膠，其中絮凝劑為CaCl2溶液。所述第1. 1)步白炭黑和水是使用高速剪切工藝進(jìn)行混合和均化，剪切速度為 13000 22000rpm，剪切時(shí)間為2 5h。所述第1. 2)步對(duì)白炭黑進(jìn)行表面處理，是將白炭黑在水浴中進(jìn)行硅烷偶聯(lián)劑的改性。所述第幻步對(duì)白炭黑進(jìn)行表面處理的偶聯(lián)劑為KH550、 KH570、KH590中的一種。所述第2)步水浴溫度是70 80°C，水浴處理時(shí)間為2 5h。所述第1.3)步調(diào)節(jié)白炭黑-水懸浮液的pH值是通過(guò)加入KOH或氨水調(diào)節(jié)的。所述第2)步的絮凝劑的質(zhì)量百分比濃度為 2%，用量為300 400ml/100g干膠。除了上述組分，本發(fā)明的制備過(guò)程中還可以含有填料/橡膠納米材料領(lǐng)域常用的其它各種偶聯(lián)劑、絮凝劑和輔助添加劑。
實(shí)驗(yàn)證明本發(fā)明制備的含有白炭黑的改性丁苯橡膠，白炭黑在其中是均勻分散的，該丁苯橡膠的力學(xué)性能有顯著提高。


圖1是由本發(fā)明所述制備方法制得的含有40pHr白炭黑改性丁苯橡膠制品的透射電子顯微鏡(TEM)照片。圖2是由本發(fā)明所述制備方法制得的含有IOOpHr白炭黑改性丁苯橡膠制品的透射電子顯微鏡(TEM)照片。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出通過(guò)配制白炭黑丁苯膠乳懸浮液，采用乳業(yè)共混共絮凝工藝制備白炭黑改性丁苯橡膠以期白炭黑在橡膠基體中的分散，從而提高白炭黑改性橡膠復(fù)合材料的性能開(kāi)辟新的途徑。由于在白炭黑-水懸浮液的制備過(guò)程中的高剪切力的作用，制備了穩(wěn)定的白炭黑-水懸浮液，白炭黑表面的改性增強(qiáng)了白炭黑和丁苯膠乳的親和性，使得白炭黑在丁苯膠乳中獲得良好的分散狀態(tài)，橡膠的性能得到提高。所制備的白炭黑改性丁苯橡膠加入硫化機(jī)后不僅可以直接用于加工橡膠制品，而且能夠廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料改性等領(lǐng)域。實(shí)施例11、首先制備含有白炭黑的丁苯橡膠液體漿料將白炭黑與水按質(zhì)量百分比為5 95混合，在轉(zhuǎn)速為13000rpm的高剪切分散乳化劑中處理證，得到穩(wěn)定的白炭黑-水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態(tài)良好。取白炭黑-水懸浮液600g，KH590 3g，將白炭黑-水懸浮液在70°C的水浴環(huán)境中通過(guò)滴加KH550進(jìn)行有機(jī)改性，水浴時(shí)間為3h，充分?jǐn)嚢枰员ＷC其改性效果。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的pH 值達(dá)到9。取固含量為20. 7%的丁苯膠乳483. 09g，將此懸浮液加入到丁苯膠乳中，充分?jǐn)嚢枋蛊渚鶆蚧旌?，制得白炭黑含量?0pHr (即白炭黑與丁苯膠乳干膠質(zhì)量比為30% )的丁苯橡膠液體膠料。2、乳業(yè)共混共絮凝制備白炭黑改性丁苯橡膠將此白炭黑-丁苯膠乳的混合物緩慢加入到600ml 1 %的CaCl2溶液中，充分?jǐn)嚢枋蛊渚鶆蚧旌?，洗滌此?fù)合橡膠至中性并烘干。實(shí)施例21、首先制備含有白炭黑的丁苯橡膠液體漿料將白炭黑與水按質(zhì)量百分比為20 80混合，在轉(zhuǎn)速為22000rpm的高剪切分散乳化劑中處理池，得到穩(wěn)定的白炭黑-水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態(tài)良好。取白炭黑-水懸浮液200g，KH590 2. 4g，將白炭黑-水懸浮液在80°C的水浴環(huán)境中通過(guò)滴加KH570進(jìn)行有機(jī)改性，水浴時(shí)間為2h，充分?jǐn)嚢枰员ＷC其改性效果。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的 PH值達(dá)到12。取固含量為20. 7%的丁苯膠乳483. 09g，將此懸浮液加入到丁苯膠乳中，充分?jǐn)嚢枋蛊渚鶆蚧旌希频冒滋亢诤繛?0pHr(即白炭黑與丁苯膠乳干膠質(zhì)量比為40%) 的丁苯橡膠液體膠料。2、乳業(yè)共混共絮凝制備白炭黑改性丁苯橡膠
將此白炭黑-丁苯膠乳的混合物緩慢加入到400mll. 5%的CaCl2溶液中，充分?jǐn)嚢枋蛊渚鶆蚧旌?，洗滌此?fù)合橡膠至中性并烘干。實(shí)施例31、首先制備含有白炭黑的丁苯橡膠液體漿料將白炭黑與水按質(zhì)量百分比為10 90混合，在轉(zhuǎn)速為19000rpm的高剪切分散乳化劑中處理池，得到穩(wěn)定的白炭黑-水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態(tài)良好。取白炭黑-水懸浮液500g，KH590 5g，將白炭黑-水懸浮液在75°C的水浴環(huán)境中通過(guò)滴加KH590進(jìn)行有機(jī)改性，水浴時(shí)間為2. 5h，充分?jǐn)嚢枰员ＷC其改性效果。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的 PH值達(dá)到10。取固含量為20. 7%的丁苯膠乳483. 09g，將此懸浮液加入到丁苯膠乳中，充分?jǐn)嚢枋蛊渚鶆蚧旌?，制得白炭黑含量?0pHr(即白炭黑與丁苯膠乳干膠質(zhì)量比為50% ) 的丁苯橡膠液體膠料。2、乳業(yè)共混共絮凝制備白炭黑改性丁苯橡膠將此白炭黑-丁苯膠乳的混合物緩慢加入到350ml 2%的CaCl2溶液中，充分?jǐn)嚢枋蛊渚鶆蚧旌?，洗滌此?fù)合橡膠至中性并烘干。實(shí)施例41、首先制備含有白炭黑的丁苯橡膠液體漿料將白炭黑與水按質(zhì)量百分比為15 85混合，在轉(zhuǎn)速為22000rpm的高剪切分散乳化劑中處理池，得到穩(wěn)定的白炭黑-水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態(tài)良好。取白炭黑-水懸浮液400g，KH590 4. 8g，將白炭黑-水懸浮液在80°C的水浴環(huán)境中通過(guò)滴加KH570進(jìn)行有機(jī)改性，水浴時(shí)間為2h，充分?jǐn)嚢枰员ＷC其改性效果。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的 PH值達(dá)到11。取固含量為20. 7 %的丁苯膠乳483. 09g,將此懸浮液加入到丁苯膠乳中，充分?jǐn)嚢枋蛊渚鶆蚧旌?，制得白炭黑含量?0pHr(即白炭黑與丁苯膠乳干膠質(zhì)量比為60%) 的丁苯橡膠液體膠料。2、乳業(yè)共混共絮凝制備白炭黑改性丁苯橡膠將此白炭黑-丁苯膠乳的混合物緩慢加入到350ml 2%的CaCl2溶液中，充分?jǐn)嚢枋蛊渚鶆蚧旌希礈齑藦?fù)合橡膠至中性并烘干。實(shí)施例51、首先制備含有白炭黑的丁苯橡膠液體漿料將白炭黑與水按質(zhì)量百分比為15 85混合，在轉(zhuǎn)速為22000rpm的高剪切分散乳化劑中處理池，得到穩(wěn)定的白炭黑-水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態(tài)良好。取白炭黑-水懸浮液466. 67g，KH590 7g，將白炭黑-水懸浮液在80°C的水浴環(huán)境中通過(guò)滴加KH550進(jìn)行有機(jī)改性，水浴時(shí)間為2h，充分?jǐn)嚢枰员ＷC其改性效果。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的 PH值達(dá)到10。取固含量為20. 7%的丁苯膠乳483. 09g，將此懸浮液加入到丁苯膠乳中，充分?jǐn)嚢枋蛊渚鶆蚧旌希频冒滋亢诤繛?0pHr(即白炭黑與丁苯膠乳干膠質(zhì)量比為70% ) 的丁苯橡膠液體膠料。2、乳業(yè)共混共絮凝制備白炭黑改性丁苯橡膠將此白炭黑-丁苯膠乳的混合物緩慢加入到400ml 1. 5%的CaCl2溶液中，充分?jǐn)嚢枋蛊渚鶆蚧旌希礈齑藦?fù)合橡膠至中性并烘干。實(shí)施例6
5
1、首先制備含有白炭黑的丁苯橡膠液體漿料將白炭黑與水按質(zhì)量百分比為12. 5 87.5混合，在轉(zhuǎn)速為16000rpm的高剪切分散乳化劑中處理4h，得到穩(wěn)定的白炭黑-水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態(tài)良好。取白炭黑-水懸浮液640g，KH590 7g，將白炭黑-水懸浮液在80°C的水浴環(huán)境中通過(guò)滴加KH590 進(jìn)行有機(jī)改性，水浴時(shí)間為2h，充分?jǐn)嚢枰员ＷC其改性效果。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的PH值達(dá)到11。取固含量為20. 7%的丁苯膠乳483. 09g，將此懸浮液加入到丁苯膠乳中，充分?jǐn)嚢枋蛊渚鶆蚧旌希频冒滋亢诤繛?0pHr(即白炭黑與丁苯膠乳干膠質(zhì)量比為 80% )的丁苯橡膠液體膠料。2、乳業(yè)共混共絮凝制備白炭黑改性丁苯橡膠將此白炭黑-丁苯膠乳的混合物緩慢加入到300ml 2%的CaCl2溶液中，充分?jǐn)嚢枋蛊渚鶆蚧旌?，洗滌此?fù)合橡膠至中性并烘干。實(shí)施例71、首先制備含有白炭黑的丁苯橡膠液體漿料將白炭黑與水按質(zhì)量百分比為15 85混合，在轉(zhuǎn)速為22000rpm的高剪切分散乳化劑中處理池，得到穩(wěn)定的白炭黑-水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態(tài)良好。取白炭黑-水懸浮液600g，KH590 9g，將白炭黑-水懸浮液在80°C的水浴環(huán)境中通過(guò)滴加KH590進(jìn)行有機(jī)改性，水浴時(shí)間為2h，充分?jǐn)嚢枰员ＷC其改性效果。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的pH 值達(dá)到10。取固含量為20. 7%的丁苯膠乳483. 09g，將此懸浮液加入到丁苯膠乳中，充分?jǐn)嚢枋蛊渚鶆蚧旌希频冒滋亢诤繛?0pHr (即白炭黑與丁苯膠乳干膠質(zhì)量比為90% )的丁苯橡膠液體膠料。2、乳業(yè)共混共絮凝制備白炭黑改性丁苯橡膠將此白炭黑-丁苯膠乳的混合物緩慢加入到350ml 2%的CaCl2溶液中，充分?jǐn)嚢枋蛊渚鶆蚧旌?，洗滌此?fù)合橡膠至中性并烘干。實(shí)施例81、首先制備含有白炭黑的丁苯橡膠液體漿料將白炭黑與水按質(zhì)量百分比為15 85混合，在轉(zhuǎn)速為22000rpm的高剪切分散乳化劑中處理池，得到穩(wěn)定的白炭黑-水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態(tài)良好。取白炭黑-水懸浮液666. 67g，KH590 10g，將白炭黑-水懸浮液在80°C的水浴環(huán)境中通過(guò)滴加KH590進(jìn)行有機(jī)改性，水浴時(shí)間為池，充分?jǐn)嚢枰员ＷC其改性效果。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的 PH值達(dá)到10。取固含量為20. 7%的丁苯膠乳483. 09g，將此懸浮液加入到丁苯膠乳中，充分?jǐn)嚢枋蛊渚鶆蚧旌?，制得白炭黑含量為IOOpHH即白炭黑與丁苯膠乳干膠質(zhì)量比為100% ) 的丁苯橡膠液體膠料。2、乳業(yè)共混共絮凝制備白炭黑改性丁苯橡膠將此白炭黑-丁苯膠乳的混合物緩慢加入到350ml 2%的CaCl2溶液中，充分?jǐn)嚢枋蛊渚鶆蚧旌希礈齑藦?fù)合橡膠至中性并烘干。用透射電子顯微鏡(TEM)觀察實(shí)施例2和實(shí)施例8所得到的白炭黑改性丁苯橡膠制品(圖1和圖2)，可見(jiàn)白炭黑在制品中的分散良好。我們采用模具壓制并升溫硫化制得含有不同填充分?jǐn)?shù)的白炭黑改性丁苯橡膠的硫化橡膠，力學(xué)性能、抗?jié)窕阅?、滾動(dòng)阻力檢測(cè)結(jié)果分別示于表一。
表一
權(quán)利要求
1. 一種白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法，其特征在于，白炭黑添加份數(shù)為丁苯膠乳干膠的質(zhì)量含量30% 100%，依次含有以下步驟1)制備含有白炭黑的丁苯橡膠液體漿料1.1)白炭黑懸浮液的制備將白炭黑和水進(jìn)行混合，得到白炭黑-水懸浮液，其中白炭黑與水的質(zhì)量比為5% 20% ；1. 2)在水浴環(huán)境中對(duì)白炭黑進(jìn)行表面處理，使其表面有機(jī)化；1. 3)調(diào)節(jié)上述白炭黑-水懸浮液的pH值到9 12 ；1.4)將上述調(diào)節(jié)pH值后的白炭黑-水懸浮液與丁苯膠乳均勻混合，得到添加白炭黑的丁苯橡膠液體漿料；2)以上述含白炭黑的丁苯橡膠液體漿料為原料，用乳液共混共絮凝工藝制備含有白炭黑的改性丁苯橡膠，其中絮凝劑為CaCl2溶液。
2.如權(quán)利要求1所述的白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法，其特征在于，所述第1.1)步白炭黑和水是使用剪切工藝進(jìn)行混合，剪切速度為13000 22000rpm，剪切時(shí)間為2- ！。
3.如權(quán)利要求1所述的白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法，其特征在于，所述第1.2)步對(duì)白炭黑進(jìn)行表面處理，是將白炭黑在水浴中進(jìn)行硅烷偶聯(lián)劑的改性。
4.如權(quán)利要求3所述的白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法，其特征在于，所述第1.2)步對(duì)白炭黑進(jìn)行表面處理的硅烷偶聯(lián)劑為KH550、KH570、KH590中的一種，用量為白炭黑質(zhì)量的6% 10%。
5.如權(quán)利要求1所述的白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法，其特征在于，所述第1.2)步水浴溫度是70 80°C，水浴處理時(shí)間為2 釙。
6.如權(quán)利要求1所述的白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法，其特征在于，所述第1.3)步調(diào)節(jié)白炭黑-水懸浮液的PH值是通過(guò)加入KOH或氨水調(diào)節(jié)的。
7.如權(quán)利要求1所述的白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法，其特征在于，所述第2)步的絮凝劑的質(zhì)量百分比濃度為 2%。
8.如權(quán)利要求1所述的白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法，其特征在于，所述第2)步的絮凝劑用量為300 400ml/100g干膠。
9.一種利用權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法制備得到的白炭黑改性丁苯橡膠產(chǎn)品。
全文摘要
面向綠色輪胎的白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法及其產(chǎn)品涉及將白炭黑用于丁苯橡膠改性技術(shù)領(lǐng)域，以期為白炭黑改性丁苯橡膠在輪胎工業(yè)的應(yīng)用提供指導(dǎo)。該丁苯橡膠的特征在于，含有與丁苯膠乳干膠的質(zhì)量百分比為30％～100％的白炭黑。制備方法為首先將白炭黑與水混合，得到白炭黑-水懸浮液；然后將白炭黑-水懸浮液進(jìn)行表面處理，使白炭黑表面有機(jī)化；調(diào)節(jié)該懸浮液的pH值到9～12；最后與丁苯膠乳均勻混合，得到添加白炭黑的丁苯橡膠液體漿料。然后采用乳業(yè)共混共絮凝工藝制備含有白炭黑的改性丁苯橡膠。本發(fā)明制備的白炭黑/丁苯橡膠，白炭黑在其中均勻分布，力學(xué)性能、抗?jié)窕阅芎蜐L動(dòng)阻力較純丁苯橡膠有顯著提高。
文檔編號(hào)C08K3/36GK102558627SQ20111043934
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者葉欣, 吳友平, 奚梅梅, 張立群, 杜丹超, 桂燕, 董緒超 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)