[发明专利]稀土或过渡金属掺杂炭黑填充型粉末橡胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及炭黑掺杂(Carbon black modification)和填充型粉末橡胶(Fillerfilled powdered rubber)的制备领域，特别涉及一种稀土或过渡金属掺杂炭黑填充型粉末橡胶(Rare earth or transition metal modified carbon black filledpowdered rubber materials)的制备方法。

背景技术

凝聚共沉法是目前制备炭黑填充型粉末橡胶的常用方法，其原理是将粉状炭黑分散在水性体系中，制成炭黑乳液，然后将其与橡胶胶乳共混，形成橡胶／炭黑混合乳液，经凝聚、洗涤、干燥后得到炭黑在橡胶中预分散优良的粉末状橡胶／炭黑复合材料，即炭黑填充型粉末橡胶(Carbon black filled powderedrubber)。上述制备方法在我们已得到授权的中国发明专利(CN02152077.1)中有详细陈述。炭黑填充型粉末橡胶的优点是：炭黑在橡胶中的分散优于传统的机械混炼法得到的混炼胶；同时，由于炭黑在混炼前已经分散在橡胶中，故其混炼能耗可大大降低，且混炼过程中无炭黑粉尘的飞扬，有助于生产环境的洁净，因而是一种绿色环保的新型橡胶材料。

但由于炭黑粒子表面的活性点在凝聚共沉体系中受到水、乳化剂、包覆剂和凝聚剂等杂质的损害，导致炭黑与橡胶的结合变弱，从而使得采用传统凝聚共沉法所制备的炭黑填充型粉末橡胶硫化胶的定伸应力较低，且拉伸强度不能令人满意。因此，有必要采取适当的有效方法增强炭黑的表面活性，改善炭黑与橡胶之间的结合，从而得到具有良好物理机械性能的炭黑填充型粉末橡胶材料。

稀土元素和某些过渡金属元素的电子结构特殊，可与聚合物分子链发生作用而显著改善其力学性能和加工性能。

用化学沉积法可在炭黑粒子的表面形成稀土化合物包膜，然后将其与橡胶胶乳共混，采用凝聚共沉法制备稀土或过渡金属掺杂炭黑填充型粉末橡胶。经掺杂改性后，炭黑粒子表面存在稀土化合物或过渡金属化合物形成的活性点，起到增强炭黑与橡胶结合力的作用。研究表明，镧系稀土化合物(Ln)和某些过渡金属化合物(TM)可显著改善炭黑在橡胶中的分散性，增强橡胶基体与炭黑粒子之间的界面结合力，与传统的炭黑填充型粉末橡胶相比，稀土或过渡金属掺杂炭黑填充型粉末橡胶的物理机械性能、动态力学性和加工性能得到显著改善，其硫化胶的定伸应力和拉伸强度显著提高。

制备稀土或过渡金属掺杂炭黑填充型粉末橡胶的关键技术在于将稀土化合物或过渡金属化合物以成膜的方式沉积于炭黑粒子的表面。只有这样，才能起到增加炭黑粒子表面活性的效果。研究表明，将稀土化合物直接与粉状炭黑共混后填充橡胶，其硫化胶的物理机械性能没有得到改善。而将稀土或某些过渡金属化合物通过成膜的方式沉积于炭黑粒子表面，然后制备稀土或过渡金属掺杂炭黑填充型粉末橡胶，其硫化胶的物理机械性能得到显著的改善。

发明内容

本发明的目的在于克服传统凝聚包覆法所制备的炭黑填充型粉末橡胶的定伸应力和拉伸强度不理想的缺点，提供一种稀土或过渡金属掺杂炭黑填充型粉末橡胶的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种稀土或过渡金属掺杂炭黑填充型粉末橡胶的制备方法，包括下述步骤：

(一)备料

按胶乳计量所含干胶：炭黑：稀土化合物或过渡金属化合物或两者的混合物：炭黑乳化剂：操作油：防老剂：脂肪酸碱金属盐乳化剂：凝聚剂：去离子水的重量比为100∶10～150∶0.01～15.0∶0.25～15.0∶0～70∶0.5～3.0∶1.0～6.0∶1.5～5.0∶300～2500的配比配料。

(二)炭黑的乳化

向装有搅拌器的混合槽中加入计量的水和炭黑乳化剂，搅拌均匀后，在搅拌中加入计量的炭黑，继续搅拌混合5～30分钟，得到炭黑乳液。

(三)稀土化合物或过渡金属化合物掺杂炭黑的制备

将稀土化合物或过渡金属化合物溶于1～20％的盐酸或硝酸，加去离子水稀释，得到0.1～5mol/L的稀土或过渡金属盐溶液；将所述稀土或过渡金属盐溶液加入到上述炭黑乳液中，搅拌混合5～60分钟后，加入氨水或稀碱溶液，调节体系的pH值为9～12，使得全部的可溶性稀土或过渡金属盐转化为不溶于水的稀土或过渡金属氢氧化物，并沉积于炭黑粒子的表面，得到稀土或过渡金属掺杂炭黑乳液。

(四)胶乳的加热处理