[发明专利]高活性精细预分散芳纶浆粕母胶粒的制备方法

说明书

高活性精细预分散芳纶浆粕母胶粒的制备方法，属于高分子材料改性技术领域。本发明将芳纶浆粕与预处理组合物进行预混，使预处理组合物中的原位改性助剂(偶联剂)和渗透隔离助剂能够均匀的涂覆并隔离芳纶浆粕次微米短纤维表面，得到芳纶浆粕复合物；(2)将芳纶浆粕复合物与橡胶载体在密炼机或者开放式炼胶机中混合分散均匀，得到芳纶浆粕母胶；(3)对芳纶浆粕母胶在密炼机或热辊中进行热处理，进一步隔离芳纶浆粕次微米短纤维；(4)将经过热处理的芳纶浆粕母胶，通过单螺杆挤出造粒系统挤出造粒，得到芳纶浆粕含量为30～50％的高活性精细预分散芳纶浆粕母胶粒。该母胶产品在EPDM、SBR、NR、CR、NBR、HNBR等橡胶基体中有很好的分散和界面粘合性能。

技术领域

本发明涉及一种高活性精细预分散芳纶浆粕母胶粒的制备方法，属于高分子材料改性技术领域和加工技术领域。

背景技术

短纤维橡胶复合材料在传动带压缩胶，胶管，坦克履带、输送带、轮胎、橡胶密封件、胶辊和矿工帽等橡胶产品领域中应用较广，其提高复合胶料的硬度、耐撕裂性、耐压性、耐磨性等性能。随着各行业的发展，对短纤维橡胶复合材料的要求越来越高，相应对短纤维的要求也随之而高。

芳纶浆粕(Aramid Pulp，简称AP)是一种次微米级短纤维，AP是由短切对位芳纶纤维通过原纤化工艺得到的微纳米短纤维。AP的模量和强度非常高，在高温下能够保持尺寸稳定，同时AP还具有优异的耐磨擦和耐化学腐蚀性能，它可以作为一种新型模量改性助剂应用于橡胶工业，同时芳纶浆粕纤维填充橡胶复合材料还具有优异的“模量-滞后平衡效应”和“模量-加工粘度平衡效应”，特别适合于轮胎橡胶配方的改性。然而，也有两个制约芳纶浆粕在橡胶制品中大规模应用的问题：一方面，由于芳纶浆粕表面极性强、静电倾向大、纤维超细(AP微原纤维直径在0.1-1微米)、比表面积大(7-14平米/克),使得主干纤维表面附近的超细微原纤维极易相互缠结，导致其在橡胶基质中难以分散。另一方面，芳纶浆粕是一种由高度取向结晶微区组成的材料，没有无定形区，并且分子链段中庞大苯环的位阻作用，使酰胺基团较难与其他原子或基团发生作用，具有化学惰性，因而芳纶浆粕纤维同橡胶基体的粘合性很差。

基于上述，必须对芳纶浆粕进行预分散处理和表面活化(界面修饰)处理，才能充分发挥高性能芳纶浆粕纤维对橡胶基复合材料的增强潜力。

针对芳纶浆粕独特的超细短纤维微观结构和纤维比表面积巨大、表面极性基团多、静电倾向大的特征，对芳纶浆粕纤维表面预分散处理技术进行了系统的研究，本发明人吴卫东曾经在2005年就提出了基于润滑渗透隔离原理的“芳纶浆粕预处理方法”发明专利申请(申请号：ZL200510083844.8)，该专利申请对芳纶浆粕纤维表面进行改性预分散处理，得到在橡胶基质中纤维分散程度不同的芳纶浆粕预分散复合物，这种芳纶浆粕预分散复合物是一种性能优异的橡胶模量增强改性材料，但是这种芳纶浆粕预分散复合物的缺点是其中的小分子增塑剂含量过高，在长期储存过程中容易析出并影响芳纶浆粕纤维的分散性能。

北京化工大学张立群等人1993年在发明专利(ZL93117126.1)中，将短纤维、胶乳、填料、粘合剂、润滑剂、表面活性剂、防老剂等处理剂体系直接在高速搅拌装置中搅拌，得到表面均匀涂覆的粒状处理物，然后干燥后得到预处理短纤维。该方法能够使预处理短纤维达到很好的粘合性，但是在高速搅拌机作用下易出现少量胶乳破乳使得局部的短纤维无法得到润滑剂的浸润，预处理短纤維在橡胶基体中的分散性能会受到一定影响。

USP4263184专利公开了一种将短纤维和橡胶胶乳共沉形成均一的短纤维预分散体。将短纤维与适当比例的胶乳和水混合，搅拌使其形成均一的悬浮液，然后再在高速搅拌下，加入一定浓度的电解质溶液使胶乳发生凝聚而包覆在短纤维表面制得短纤维预分散体。在悬浮体中还可以加入粘合剂、增塑剂、抗氧剂等来制得不同类型的预处理短纤维。GB2138430A和USP4543377也提出类似的方法。该方法预处理的短线纤维有很好的分散性，但是对粘合性能改善甚少，因为在凝聚过程粘合剂很难浸润到纤维表面上发生作用。