[发明专利]含多巯基化合物的白炭黑填充橡胶复合材料及其制备方法

说明书

多巯基化合物的白炭黑填充橡胶复合材料及其制备方法，属于橡胶配方和工艺技术领域。含多巯基化合物的白炭黑填充橡胶复合材料，其特征在于：包括不饱和橡胶或其并用胶100份，白炭黑10‑100份，多巯基化合物0.01‑10份，按双键：巯基摩尔比0.01:1至n‑1:n加入含双键的硅烷偶联剂或者不加入含双键的硅烷偶联剂，配合剂；n为每分子多巯基化合物的巯基个数。本发明即可以根据生胶及白炭黑品种、制品性能需求和原料成本等灵活调节白炭黑‑橡胶界面作用，达到优于普通巯基类硅烷偶联剂的效果，且预先反应工艺简便，易于工业化实施。

技术领域：

本发明涉及一种橡胶复合材料及其制备方法，属于橡胶配方和工艺技术领域。

背景技术：

白炭黑作为橡胶常用填充和补强剂，在橡胶配合体系中占有十分重要的地位，特别适用于制备高抗湿滑性低滚动阻力的轮胎胎面。而白炭黑的比表面积大，粒径小，表面极性高且有许多硅羟基，这使得未处理的白炭黑在橡胶基体中极易团聚，一方面降低白炭黑的补强效率，另一方面团聚体在动态载荷下的破坏-重建循环过程会导致严重的能量损耗，不利于降低轮胎的滚动阻力。因此，白炭黑的分散问题是其应用研究中的重点和难点。

目前工业上常用的提高白炭黑在橡胶中分散的技术手段是加入分散剂或硅烷偶联剂。例如《白炭黑分散剂HST在半钢子午线轮胎胎面胶中的应用》中公开的白炭黑分散剂HST即是一种脂肪酸锌皂盐。此类分散剂改善白炭黑分散的作用机理类似于表面活性剂，主要为物理屏蔽和润滑作用，降低白炭黑表面张力从而改善分散。硅烷偶联剂则是利用其硅烷氧基水解后与白炭黑表面硅羟基缩合反应，从而将硅烷偶联剂另一端的有机基团接枝到白炭黑表面。一方面消除了极性的硅羟基，另一方面改善其与有机的橡胶分子链的相互作用。

对于皂盐类白炭黑分散剂，其主要问题在于，虽然其一定程度上改善了白炭黑的分散，但由于白炭黑-分散剂、分散剂-橡胶之间均没有化学作用，导致白炭黑-橡胶间界面作用力不强，使得填料补强效果较低，且白炭黑容易重新团聚。对于硅烷类偶联剂，虽然其建立了白炭黑-偶联剂之间的界面化学作用，克服了皂盐类分散剂的不足，但由于硅氧烷水解-硅羟基缩合反应条件较高，在混炼过程中需要提高较高温度(通常为140℃以上)，使得混炼过程能耗高，恒温剪切过程对混炼装备的要求也较高，并且硅氧烷水解释放小分子醇，也造成挥发性有机化合物(VOC)排放和空气污染问题；同时，许多品种的硅烷偶联剂也无法与橡胶发生化学作用(特别是在混炼过程中)，因此这些品种的硅烷偶联剂改善白炭黑分散的效果也不甚理想。

本发明所述的多巯基化合物含有两个或两个以上的巯基官能团，巯基能在热或光引发条件下与不饱和橡胶发生巯基-烯点击化学反应，因此通常可作为不饱和橡胶交联剂或树脂光固化剂等。

本发明所述多巯基化合物既可以作为白炭黑分散剂单独使用，也可以与含双键的硅烷偶联剂以一定比例预先反应后使用，从而进一步改善白炭黑分散效果。当与含双键的硅烷偶联剂配合使用时，通过选择多巯基化合物的种类(特别是巯基数量)，搭配不同的含双键硅烷偶联剂并以不同的基团比反应，即可以根据生胶及白炭黑品种、制品性能需求和原料成本等灵活调节白炭黑-橡胶界面作用，达到优于普通巯基类硅烷偶联剂的效果，且预先反应工艺简便，易于工业化实施。

发明内容：

(1)要解决的技术问题

主要解决白炭黑在橡胶基体中的分散问题，改善目前皂盐类分散剂分散效果差和硅烷偶联剂处理工艺复杂、能耗高、VOC排放的问题。提出了一种添加量少、工艺简单、能耗低、分散效果好且无VOC排放的高效白炭黑分散助剂，并设计利于发挥其分散效果的配方和工艺。

(2)技术方案

含多巯基化合物的白炭黑填充橡胶复合材料，其特征在于：不饱和橡胶或其并用胶100份，白炭黑10-100份，多巯基化合物0.01-10份，并可依需求不加入或者按双键：巯基摩尔比0.01:1至n-1:n(n为每分子多巯基化合物的巯基个数)加入含双键的硅烷偶联剂，其余组分依橡胶配方设计。