一种甲壳素制备白炭黑/丁苯橡胶复合材料的方法

摘要

本发明中提供的一种甲壳素制备白炭黑/丁苯橡胶复合材料的方法，包括如下的步骤：将甲壳素在10Mpa、80‑100℃的超临界二氧化碳条件下改性10‑30分钟；将丁苯橡胶和顺丁橡胶置于密炼机内密炼，并依次加入白炭黑、改性甲壳素、氧化锌和硬脂酸，混炼均匀后排料，排料温度90℃；将第二步制得的胶料投入开炼机，完全包辊后加入促进剂、硫黄，吃料完全后割刀，薄通，下片，停放备用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种橡胶制备方法，具体涉及一种甲壳素制备白炭黑/丁苯橡胶复合材料的方法。

背景技术

白炭黑是橡胶行业中使用的一种重要的补强填料，常用在彩色橡胶制品中以替代炭黑进行补强，满足白色或半透明产品的需要；相对于炭黑，白炭黑具有更强的粘附力、抗撕裂及耐热抗老化性能，所以在黑色橡胶制品中亦可替代部分炭黑，以获得高质量的橡胶制品，如越野轮胎、工程轮胎、子午胎等。由于白炭黑的表面存在有活性硅羟基、吸附水以及由于制备工艺而导致的表面出现的酸区，使白炭黑具有亲水性，因此在有机相中难以浸润和分散，在橡胶硫化过程中不能与聚合物很好地相容，因而大大降低了硫化效率和补强性能，使其在某些特殊领域无法使用。通常通过添加偶联剂改善白炭黑在橡胶中的分散，但是偶联剂价格昂贵，虽然胶料的生热降低，但是胶料的耐磨性较炭黑补强胶料低。同时炭黑及白炭黑均为不可再生资源，随着全球环境问题的恶化，非可再生资源的急剧消耗，生物质资源作为地球上分布广泛、来源丰富的可再生绿色资源具有巨大的开发应用潜力，将生物质材料作为新型补强剂构筑环境友好型高性能橡胶复合材料势在必行。因此，寻求一种新型可再生生物质填料，用于改善白炭黑与橡胶的相容性问题，同时改善白炭黑补强胶料的性能劣势，对于降低成本、提高白炭黑填充橡胶质量具有重大的意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种甲壳素制备白炭黑/丁苯橡胶复合材料的方法，该方法通过如下的技术方案来实现：

一种甲壳素制备白炭黑/丁苯橡胶复合材料的方法，包括如下的步骤：

(1)将甲壳素在10Mpa、80-100℃的超临界二氧化碳条件下改性10-30分钟；

(2)将丁苯橡胶和顺丁橡胶置于密炼机内密炼，并依次加入白炭黑、改性甲壳素、氧化锌和硬脂酸，混炼均匀后排料，排料温度90℃；

(3)将步骤(2)制得的胶料投入开炼机，完全包辊后加入促进剂、硫黄，吃料完全后割刀，薄通，下片，停放备用。

优选的，所述步骤(1)中，丁苯橡胶和顺丁橡胶的密炼时间为2-5分钟.

优选的，所述步骤(1)中排料温度控制为80-100℃。

优选的，所述步骤(2)中氧化锌与硬脂酸的重量份比为3:1。

优选的，所述步骤(3)中促进剂与硫磺的重量份比为2.5:2。

优选的，所述丁苯橡胶为75质量份、顺定橡胶为25质量份、白炭黑为40质量份、改性甲壳素为10-20质量份。

优选的，所述丁苯橡胶为SBR1502；顺丁橡胶为BR2000。

步骤(1)所述采用超临界二氧化碳对甲壳素进行改性处理，超临界CO₂具有扩散系数大、溶解渗透能力强，表面张力为零等特点，是一种绿色溶剂，对大多数聚合物具有不同程度的溶胀作用，利用超临界二氧化碳的物理溶胀和携带功能以及化学试剂的化学反应特性将Si69携带至甲壳素表面发生化学接枝反应，增加甲壳素表面粗糙度，使其接枝上疏水基团，与橡胶的界面结合紧密，得到的复合材料力学性能大幅提高。

采用杂化的方法即将白炭黑和另一种填料共混杂化改性是改善白炭黑在橡胶基体中分散的一种简单易行的方法。通过甲壳素与白炭黑共混能有效增加白炭黑填料之间的距离，降低白炭黑填料颗粒间的接触概率，改善填料的分散，同时不同填料间的相互作用较弱，相互间形成团聚体的趋势受到显著抑制，白炭黑填料网络化程度降低，填料的分散更为均匀，复合材料表现出更低的Payne效应。

附图说明

图1为实施例4中各混炼胶的Payne效应图；

图2为实施例4中各硫化胶的Payne效应图；

图3为实施例4中各硫化胶的tanδ数据图；

图4为对比例中硫化胶断面的电子显微镜照片；

图5为实施例4中硫化胶断面的电子显微镜照片。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，但是本发明的范围不受这些实施例的限制。

对比例

本对比例提供了一种白炭黑补强丁苯橡胶，包括如下的步骤：

将75重量份的SBR1502和25重量份的顺丁橡胶置于密炼机内密炼3分钟后，依次加入40重量份的白炭黑、10重量份的甲壳素、3重量份的氧化锌、1重量份的硬脂酸；混炼均匀后90℃排料，冷却备用；将第一步制得的胶料投入开炼机，完全包辊后加入2重量份的促进剂CZ、0.5重量份的DPG、2重量份的硫黄，吃料完全后割刀，薄通，下片，停放后硫化检测硫化胶性能。

实施例1

本实施例提供了一种甲壳素制备白炭黑/丁苯橡胶复合材料的方法，包括如下的步骤：

将甲壳素在10Mpa、80℃的超临界二氧化碳条件下改性10分钟；将75重量份的SBR1502和25重量份的顺丁橡胶置于密炼机内密炼3分钟后，依次加入40重量份的白炭黑、10重量份改性后的甲壳素、3重量份的氧化锌、1重量份的硬脂酸；混炼均匀后90℃排料，冷却备用；将第一步制得的胶料投入开炼机，完全包辊后加入2重量份的促进剂CZ、0.5重量份的DPG、2重量份的硫黄，吃料完全后割刀，薄通，下片，停放后硫化检测硫化胶性能。

实施例2

本实施例提供了一种甲壳素制备白炭黑/丁苯橡胶复合材料的方法，包括如下的步骤：

将甲壳素在10Mpa、80℃的超临界二氧化碳条件下改性30分钟；将75重量份的SBR1502和25重量份的顺丁橡胶置于密炼机内密炼3分钟后，依次加入40重量份的白炭黑、10重量份改性后的甲壳素、3重量份的氧化锌、1重量份的硬脂酸；混炼均匀后90℃排料，冷却备用；将第一步制得的胶料投入开炼机，完全包辊后加入2重量份的促进剂CZ、0.5重量份的DPG、2重量份的硫黄，吃料完全后割刀，薄通，下片，停放后硫化检测硫化胶性能。

实施例3

本实施例提供了一种甲壳素制备白炭黑/丁苯橡胶复合材料的方法，包括如下的步骤：

将甲壳素在10Mpa、100℃的超临界二氧化碳条件下改性10分钟；将75重量份的SBR1502和25重量份的顺丁橡胶置于密炼机内密炼3分钟后，依次加入40重量份的白炭黑、10重量份改性后的甲壳素、3重量份的氧化锌、1重量份的硬脂酸；混炼均匀后90℃排料，冷却备用；将第一步制得的胶料投入开炼机，完全包辊后加入2重量份的促进剂CZ、0.5重量份的DPG、2重量份的硫黄，吃料完全后割刀，薄通，下片，停放后硫化检测硫化胶性能。

实施例4

本实施例提供了一种甲壳素制备白炭黑/丁苯橡胶复合材料的方法，包括如下的步骤：

将甲壳素在10Mpa、100℃的超临界二氧化碳条件下改性30分钟；将75重量份的SBR1502和25重量份的顺丁橡胶置于密炼机内密炼3分钟后，依次加入40重量份的白炭黑、10重量份改性后的甲壳素、3重量份的氧化锌、1重量份的硬脂酸；混炼均匀后90℃排料，冷却备用；将第一步制得的胶料投入开炼机，完全包辊后加入2重量份的促进剂CZ、0.5重量份的DPG、2重量份的硫黄，吃料完全后割刀，薄通，下片，停放后硫化检测硫化胶性能。

以上对比例及实施例制备的丁苯橡胶硫化特性见表1，丁苯橡胶物理机械特性见表2，丁苯橡胶老化后的物理机械特性见表3。

表1丁苯橡胶硫化特性

表2丁苯橡胶物理机械特性

表3老化后物理机械性能(100℃×48h):

本实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。