專利名稱：一種添加白炭黑的丁苯橡膠液體漿料的制備方法及其產品的制作方法
技術領域：
本發明涉及橡膠復合材料的性能改進技術領域，具體涉及一種添加白炭黑的丁苯橡膠液體漿料的制備方法及其產品。
背景技術：
近年來，隨著“綠色輪胎”的出現和推廣，白炭黑補強的橡膠膠料越來越引起人們的重視，白炭黑的用量幾乎每年都在增長，增長的原因包括因降低滾動阻力兼得抗濕滑性而獲得更好的燃油節省，延長了胎面壽命。但是與常用炭黑相比，白炭黑粒徑更小，自聚集傾向更加嚴重，因此，白炭黑分散不佳的問題在這一應用領域十分突出。用本發明制備方法制備出添加白炭黑的丁苯橡膠液體漿料，由此漿料制得的白炭黑改性丁苯橡膠中的白炭黑分散狀態良好。
發明內容
本發明的目的在于提供一種添加白炭黑的丁苯橡膠液體漿料及其制備方法。本發明曾經用機械共混的方法制備白炭黑改性橡膠復合材料，性能檢測表明白炭黑對于橡膠基體表現出補強效應，在開煉機的共混過程中膠料的生熱大。研究發現，白炭黑在橡膠基體中團聚現象普遍存在，從復合材料增強的原理出發，要求用于補強的填充物應在集體中充分分散，而彈性聚合物基體的高粘滯性大大提高了填充物在其中分散的難度， 這可能是影響白炭黑改性橡膠復合材料性能提高的主要原因。因此，解決白炭黑在橡膠基體中的分散問題，就成為白炭黑改性丁苯橡膠復合材料制備及其性能優化的關鍵。本發明主要實現白炭黑在丁苯膠乳中均勻分散，以制備穩定的白炭黑/ 丁苯膠乳懸浮液。本發明所提出的添加白炭黑的丁苯橡膠液體漿料，其特征在于，還含有白炭黑，白炭黑質量與丁苯膠乳干膠質量之比為 100%。制備上述添加白炭黑的丁苯橡膠液體漿料的方法，其特征在于，依次含有以下步驟1)白炭黑懸浮液的制備將白炭黑和水普通攪拌預混合，然后將此白炭黑水漿高剪切分散均化得到白炭黑-水懸浮液，其中白炭黑與水的質量比為5% 20% ；2)在水浴環境中對白炭黑進行表面處理，使其表面有機化；3)調節上述白炭黑-水懸浮液的PH值到9 12 ；4)將上述調節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。所述第1)步白炭黑和水是使用高速剪切工藝進行混合和均化，剪切速度為 13000 22000rpm，剪切時間為2 證。所述第2~)步對白炭黑進行表面處理，是將白炭黑在水浴中進行硅烷偶聯劑的改性。所述第幻步對白炭黑進行表面處理的偶聯劑為KH550、CN 102532630 A
KH570、KH590中的一種。所述第2)步水浴溫度是70 80°C，水浴處理時間為2 5h。所述第幻步調節白炭黑-水懸浮液的PH值是通過加入KOH或氨水調節的；所述第4)步丁苯膠乳的固含量為20 50%。除了上述組分，本發明的制備過程中還可以含有填料/橡膠納米材料領域常用的其它各種偶聯劑和輔助添加劑。實驗證明本發明制備得到的添加白炭黑的丁苯橡膠液體漿料，白炭黑在其中均勻分散，可用其直接加工制備添加白炭黑改性的硫化丁苯橡膠等橡膠制品，高填充份數的白炭黑改性丁苯橡膠亦可作為一種填料用于橡膠增強改性領域，其力學性能都有很大提
尚ο
圖1是由本發明所述制備方法制得的對應IOOg干膠添加40phr白炭黑的白炭黑改性丁苯橡膠液體漿料制品的透射電子顯微鏡(TEM)照片。圖2是由本發明所述制備方法制得的對應IOOg干膠添加IOOphr白炭黑的白炭黑改性丁苯橡膠液體漿料制品的透射電子顯微鏡(TEM)照片。
具體實施例方式白炭黑/ 丁苯膠乳懸浮液經過乳液共混共絮凝工藝制備白炭黑改性丁苯橡膠，在此過程中，液體介質蒸發，使得白炭黑在丁苯膠乳中的良好分散得以保留，所以，通過投射電子顯微鏡(TEM)觀察到橡膠基體中白炭黑的分散狀態，可以作為白炭黑在丁苯膠乳中分散狀態的表征。漿料的配置步驟1、白炭黑-水懸浮液的制備將白炭黑與水按照質量百分比為5% 20%在普通攪拌的作用下配制白炭黑水漿，將此白炭黑水將在高剪切分散乳化機中處理2 證，制得穩定的白炭黑-水懸浮液。2、白炭黑的表面處理將白炭黑-水懸浮液置于70 80°C的水浴中，按照KH590與白炭黑的質量比為 6% 10%逐漸向懸浮液中滴加KH550、KH570或KH590。處理后的白炭黑表面負載的官能團有利于增強白炭黑和橡膠基體之間的界面作用，從而提高復合材料力學性能。3、調節白炭黑-水懸浮液的pH值因為pH值是表征丁苯膠乳穩定性的一個主要指標，所以，需向白炭黑的懸浮液中加入氨水或Κ0Η，提高其pH至9以上。4、白炭黑懸浮液與膠乳混合將上述白炭黑懸浮液緩慢加入到丁苯膠乳中，經攪拌器充分攪拌，得到白炭黑在丁苯膠乳中分布均勻的漿料。下面用實施例結合附圖進一步說明本發明，但本發明的范圍不受這些實施例的限制。實施例1將白炭黑與水按質量百分比為5 95普通攪拌混合，將此白炭黑水漿進一步在轉速為13000rpm的高剪切分散乳化劑中處理證，得到穩定的白炭黑-水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態良好。取白炭黑-水懸浮液200g，KH5501g,將白炭黑-水懸浮液在70°C的水浴環境中通過滴加KH590進行有機改性，水浴改性時間為池。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的PH值達到9。取固含量為20 %的丁苯膠乳5000g，將此懸浮液加入到丁苯膠乳中，充分攪拌使其均勻混合，制得白炭黑含量為Iphr (即白炭黑與丁苯膠乳干膠質量比為1%)的丁苯橡膠液體膠料。用TEM觀察其制備得到的白炭黑改性丁苯橡膠，白炭黑在其中的分散狀態良好。實施例2將白炭黑與水按質量百分比為5 95普通攪拌混合，將此白炭黑水漿進一步在轉速為13000rpm的高剪切分散乳化劑中處理證，得到穩定的白炭黑-水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態良好。取白炭黑-水懸浮液600g，KH5703g,將白炭黑-水懸浮液在70°C的水浴環境中通過滴加KH590進行有機改性，水浴改性時間為池。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的PH值達到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，充分攪拌使其均勻混合，制得白炭黑含量為30phr(即白炭黑與丁苯膠乳干膠質量比為30% ) 的丁苯橡膠液體膠料。用TEM觀察其制備得到的白炭黑改性丁苯橡膠，白炭黑在其中的分散狀態良好。實施例3將白炭黑與水按質量百分比為20 80普通攪拌混合，將此白炭黑水漿進一步在轉速為22000rpm的高剪切分散乳化劑中處理池，得到穩定的白炭黑_水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態良好。取白炭黑-水懸浮液200g，KH5902. 4g，將白炭黑-水懸浮液在80°C的水浴環境中通過滴加KH590進行有機改性，水浴改性時間為池。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的PH值達到12。取固含量為50%的丁苯膠乳200g，將此懸浮液加入到丁苯膠乳中，充分攪拌使其均勻混合，制得白炭黑含量為40phr(即白炭黑與丁苯膠乳干膠質量比為40%) 的丁苯橡膠液體膠料。用TEM觀察其制備得到的白炭黑改性丁苯橡膠，白炭黑在其中的分散狀態良好。由實施例3制得的對應IOOg干膠添加40phr白炭黑的白炭黑改性丁苯橡膠液體漿料制品中白炭黑在丁苯橡膠基體中的分散狀態如圖1所示。實施例4將白炭黑與水按質量百分比為10 90普通攪拌混合，將此白炭黑水漿進一步在轉速為19000rpm的高剪切分散乳化劑中處理池，得到穩定的白炭黑_水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態良好。取白炭黑-水懸浮液500g，KH5505g,將白炭黑-水懸浮液在75°C的水浴環境中通過滴加KH590進行有機改性，水浴改性時間為2.證。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的PH值達到10。取固含量為40%的丁苯膠乳250g，將此懸浮液加入到丁苯膠乳中，充分攪拌使其均勻混合，制得白炭黑含量為50phr(即白炭黑與丁苯膠乳干膠質量比為50% ) 的丁苯橡膠液體膠料。用TEM觀察其制備得到的白炭黑改性丁苯橡膠，白炭黑在其中的分散狀態良好。實施例5將白炭黑與水按質量百分比為15 85普通攪拌混合，將此白炭黑水漿進一步在轉速為22000rpm的高剪切分散乳化劑中處理池，得到穩定的白炭黑_水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態良好。取白炭黑-水懸浮液400g，KH5704. 8g，將白炭黑-水懸浮液在80°C的水浴環境中通過滴加KH590進行有機改性，水浴改性時間為池。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的PH值達到11。取固含量為30%的丁苯膠乳333. 33g，將此懸浮液加入到丁苯膠乳中，充分攪拌使其均勻混合，制得白炭黑含量為60phr(即白炭黑與丁苯膠乳干膠質量比為 60%)的丁苯橡膠液體膠料。用TEM觀察其制備得到的白炭黑改性丁苯橡膠，白炭黑在其中的分散狀態良好。實施例6將白炭黑與水按質量百分比為15 85普通攪拌混合，將此白炭黑水漿進一步在轉速為22000rpm的高剪切分散乳化劑中處理池，得到穩定的白炭黑_水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態良好。取白炭黑-水懸浮液466. 67g，KH5907g，將白炭黑-水懸浮液在80°C 的水浴環境中通過滴加KH590進行有機改性，水浴改性時間為池。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的PH值達到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，充分攪拌使其均勻混合，制得白炭黑含量為70phr(即白炭黑與丁苯膠乳干膠質量比為70%)的丁苯橡膠液體膠料。用TEM觀察其制備得到的白炭黑改性丁苯橡膠，白炭黑在其中的分散狀態良好。實施例7將白炭黑與水按質量百分比為12.5 87. 5普通攪拌混合，將此白炭黑水漿進一步在轉速為16000rpm的高剪切分散乳化劑中處理4h，得到穩定的白炭黑-水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態良好。取白炭黑-水懸浮液640g，KH5907g，將白炭黑-水懸浮液在80°C 的水浴環境中通過滴加KH590進行有機改性，水浴改性時間為池。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的PH值達到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，充分攪拌使其均勻混合，制得白炭黑含量為80phr(即白炭黑與丁苯膠乳干膠質量比為80%)的丁苯橡膠液體膠料。用TEM觀察其制備得到的白炭黑改性丁苯橡膠，白炭黑在其中的分散狀態良好。實施例8將白炭黑與水按質量百分比為15 85普通攪拌混合，將此白炭黑水漿進一步在轉速為22000rpm的高剪切分散乳化劑中處理池，得到穩定的白炭黑_水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態良好。取白炭黑-水懸浮液600g，KH5909g,將白炭黑-水懸浮液在80°C的水浴環境中通過滴加KH590進行有機改性，水浴改性時間為池。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的PH值達到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，充分攪拌使其均勻混合，制得白炭黑含量為90phr(即白炭黑與丁苯膠乳干膠質量比為 90%)的丁苯橡膠液體膠料。用TEM觀察其制備得到的白炭黑改性丁苯橡膠，白炭黑在其中的分散狀態良好。實施例9將白炭黑與水按質量百分比為15 85普通攪拌混合，將此白炭黑水漿進一步在轉速為22000rpm的高剪切分散乳化劑中處理池，得到穩定的白炭黑_水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態良好。取白炭黑-水懸浮液666.67g，KH59010g，將白炭黑-水懸浮液在80°C 的水浴環境中通過滴加KH590進行有機改性，水浴改性時間為池。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的PH值達到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，充分攪拌使其均勻混合，制得白炭黑含量為IOOphH即白炭黑與丁苯膠乳干膠質量比為100% )的丁苯橡膠液體膠料。用TEM觀察其制備得到的白炭黑改性丁苯橡膠，白炭黑在其中的分散狀態良好。由實施例9制得的對應IOOg干膠添加IOOphr白炭黑的白炭黑改性丁苯橡膠液體漿料制品中白炭黑在丁苯橡膠基體中的分散狀態如圖2所示。實施例10如實施例1中的步驟制得白炭黑-水懸浮液，取白炭黑-水懸浮液666. 67g， KH59010g，將白炭黑-水懸浮液在80°C的水浴環境中通過滴加KH590進行有機改性。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的PH值達到10。取固含量為20. 7%的丁苯膠乳483. 09g，此時反過來將丁苯膠乳逐步加入到該白炭黑-水懸浮液中，充分攪拌使其均勻混合，制得白炭黑含量為IOOphH即白炭黑與丁苯膠乳干膠質量比為100% )的丁苯橡膠液體膠料。用TEM 觀察其制備得到的白炭黑改性丁苯橡膠，白炭黑在其中的分散狀態良好。說明經過此方法處理的白炭黑可以以較寬范圍的任意比例與丁苯膠乳混合。將上述本發明制備的含有白炭黑的丁苯橡膠液體漿料緩慢加入到350ml質量濃度為2%的CaCl2溶液中，充分攪拌使其均勻混合，洗滌此復合橡膠至中性并烘干可制備含有白炭黑的丁苯橡膠，可用來制備硫化橡膠等制品。制備添加白炭黑改性的丁苯橡膠懸浮液，通過液體分散途徑改善白炭黑在橡膠基體中的分散，白炭黑在其中均勻分散，可用其直接加工制備添加白炭黑改性的硫化丁苯橡膠等橡膠制品，高填充份數的白炭黑改性丁苯橡膠亦可作為一種填料用于橡膠增強改性領域，其力學性能都有很大提高。我們采用模具壓制并升溫硫化制得含有不同填充分數的白炭黑改性丁苯橡膠的硫化橡膠，力學性能檢測結果分別示于表一。表一
權利要求
1.一種制備添加白炭黑的丁苯橡膠液體漿料的方法，其特征在于，白炭黑質量與丁苯膠乳干膠質量之比為1^-100% ；其制備方法依次含有以下步驟1)白炭黑懸浮液的制備將白炭黑和水攪拌預混合，然后將此白炭黑水漿剪切分散均化得到白炭黑-水懸浮液，其中白炭黑與水的質量比為5% 20% ；2)在水浴環境中對白炭黑進行表面處理，使其表面有機化；3)調節上述白炭黑-水懸浮液的pH值到9 12；4)將上述調節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.如權利要求1所述制備添加白炭黑的丁苯橡膠液體漿料的方法，其特征在于，所述第1)步剪切速度為13000 22000rpm，剪切時間為2_證。
3.如權利要求1所述制備添加白炭黑的丁苯橡膠液體漿料的方法，其特征在于，所述第2)步對白炭黑進行表面處理，是將白炭黑在水浴中進行硅烷偶聯劑的改性。
4.如權利要求3所述制備添加白炭黑的丁苯橡膠液體漿料的方法，其特征在于，所述第2)步對白炭黑進行表面處理的硅烷偶聯劑為KH550、KH570、KH590中的一種，用量為白炭黑質量的6% 10%。
5.如權利要求1所述制備添加白炭黑的丁苯橡膠液體漿料的方法，其特征在于，所述第2)步水浴溫度是70 80°C，水浴處理時間為2 釙。
6.如權利要求1所述制備添加白炭黑的丁苯橡膠液體漿料的方法，其特征在于，所述第3)步調節白炭黑-水懸浮液的pH值是通過加入KOH或氨水調節的。
7.如權利要求1所述制備添加白炭黑的丁苯橡膠液體漿料的方法，其特征在于，所述第4)步丁苯膠乳的固含量為20 50%。
8.一種利用權利要求1-7任一項所述制備添加白炭黑的丁苯橡膠液體漿料的方法制備得到的添加白炭黑的丁苯橡膠液體漿料。
全文摘要
一種添加白炭黑的丁苯橡膠液體漿料的制備方法及其產品涉及橡膠等高分子復合材料的性能改進技術領域。該漿料含有丁苯膠乳，還含有白炭黑，白炭黑與丁苯膠乳干膠質量之比為1～100％。制備方法為，首先將白炭黑和水普通攪拌預混合，然后將此白炭黑水漿高剪切分散均化得到白炭黑-水懸浮液；然后對白炭黑進行表面處理，使其表面有機化；調節該懸浮液的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膠乳液體漿料。本發明制備的漿料中，白炭黑在其中均勻分散，可用其直接加工制備白炭黑改性丁苯橡膠，高填充份數的白炭黑改性丁苯橡膠亦可作為一種填料用于橡膠增強改性領域，其力學性能都有很大提高。
文檔編號C08K3/36GK102532630SQ20111043940
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月23日 優先權日2011年12月23日
發明者葉欣, 吳友平, 奚梅梅, 張立群, 杜丹超, 桂燕, 董緒超 申請人:北京化工大學