[发明专利]煤炭作为橡胶补强的新用途及橡胶补强剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及橡胶补强技术的改进，具体指一种煤炭作为橡胶补强的新用途及用煤炭制备橡胶补强剂的方法，属于橡胶补强技术领域。

 

背景技术

随着经济社会的发展，人们生活水平的提高，汽车的产销量逐年增加，对轮胎的需求也随之增加。而轮胎的制作材料是橡胶，为了增强橡胶的综合性能，往往需要在橡胶中加入补强材料，称之为补强剂。

对于轮胎行业来说，随着原材料价格的上涨，市场需求的扩大，降低生产成本，保证产品质量，成了企业生产的主要目的。

目前，橡胶补强剂的主要原料是炭黑与白炭黑。炭黑是用石油、天然气、焦炉煤气、煤焦油等有机物不完全燃烧而成的。因原料紧张、能耗高、工艺复杂等因素，所以价格也高。炭黑用作橡胶补强剂占炭黑总消耗的95%且供不应求。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种煤炭作为橡胶补强的新用途及一种低成本的橡胶补强剂制备方法。

本发明实现上述目的的技术解决方案如下：

本发明煤炭新用途是将煤炭作为橡胶补强材料用于橡胶补强。

具体说来，煤炭作为橡胶补强材料有两种制备方法，分别为物理法和化学法。物理法是将煤炭研磨到纳米级别，使之平均粒径在80nm以下，该纳米级的煤炭粉末即可作为橡胶补强剂使用。

化学法制备步骤如下，

1）将煤炭粉置于100℃的烘箱内干燥6小时后，过200目的筛网，再置于100℃的烘箱内备用；

2）在反应器具中加入浓硫酸（分析纯），放在恒温水浴锅中冷浴，使浓硫酸的温度冷却至0℃；

3）向反应器具中加入第1）步备好的煤炭粉与硝酸钠的混合物，边加入边搅拌，在确保混合均匀后，接着缓慢加入高锰酸钾，以防止反应温度上升至20℃，同时要求高锰酸钾在1.5h内加完，加完后继续搅拌30min，得到混合液；

其中，煤炭粉与硝酸钠的质量比为4:1-1:1，煤炭粉和高锰酸钾质量比为1:2-1:8；煤炭粉、硝酸钠和高锰酸钾的质量比优选2:1:4。

第2）步浓硫酸的量至少能浸没第3）步加入的煤炭粉、硝酸钠和高锰酸钾；

4）将第3）步得到的混合液放入到40℃的恒温水浴锅中，继续搅拌，搅拌过程中，混合液逐渐变稠并伴随着气泡的消失，当混合液变黏并呈褐色时停止搅拌；该搅拌过程通常需要30min；

5）向第4）步反应液中加入适量的水以对其进行稀释，稀释过程产生剧烈气泡的同时温度上升，当温度升高至90℃时，停止加水并维持该温度15min，然后再用90℃热水继续稀释，直至本步总水加入量为煤炭的100-200倍，接着加入一定量的H₂O₂还原残留的氧化剂，直至加入的H₂O₂使处理后的溶液呈灰色；趁热抽滤，防止副产物产生，得到氧化煤炭；

6）将抽滤后的氧化煤炭放入烘箱烘干备用，即制得橡胶补强剂。

本发明用煤炭资源（如煤粉、煤矸石、粉煤灰、煤渣等）替代炭黑用于橡胶补强剂的制备。煤炭作为我国能源结构中占比最大的能源，具有来源广、储量大、价格低廉、易于开采等优良性能，故采用煤炭代替炭黑对橡胶进行补强，可以降低生产成本，提高经济效益。

 

具体实施方式

本发明煤炭新用途是将煤炭作为橡胶补强材料用于橡胶补强。

具体说来，煤炭作为橡胶补强材料有两种制备方法，分别为物理法和化学法。物理法是将煤炭研磨到纳米级别，使之平均粒径在80nm以下，该纳米级的煤炭粉末即可作为橡胶补强剂使用。

化学法制备步骤如下，

1）将煤炭粉置于100℃的烘箱内干燥6小时后，过200目的筛网，置于100℃的烘箱内备用；本发明先干燥，这样可以避免煤炭粉结块；

2）在反应器具中加入浓硫酸（分析纯），放在恒温水浴锅中冷浴，使浓硫酸的温度冷却至0℃；

3）向反应器具中加入第1）步备好的煤炭粉与硝酸钠的混合物，边加入边搅拌，在确保混合均匀后，接着缓慢加入高锰酸钾，以防止反应温度上升至20℃，同时要求高锰酸钾在1.5h内加完，加完后继续搅拌30min，得到混合液；

第2）步浓硫酸的量至少能浸没第3）步加入的煤炭粉、硝酸钠和高锰酸钾。

煤炭粉与硝酸钠的质量比为4:1-1:1，煤炭粉和高锰酸钾质量比为1:2-1:8；当煤炭粉、硝酸钠和高锰酸钾的质量比2:1:4时，实验结果较好。