[发明专利]一种硅炭黑/天然橡胶复合材料的制备方法

说明书

一种硅炭黑/天然橡胶复合材料的制备方法，属于复合材料技术领域。解决了现有技术中采用表面改性的二氧化硅填充天然橡胶，成本高、属于不可再生资源、工艺复杂、加工困难、分散不均匀的问题。本发明的方法先将净化后的稻壳加入反应装置中，热解得到热解气和热解炭，然后除焦，降温，分离，得到无焦油热解气和无焦油热解炭；再将无焦油热解炭气流粉碎后球磨至平均粒径在10μm以内，得到硅炭黑粉体，并通过硅炭黑粉体进一步加工得到改性硅炭黑粉体和硅炭黑母料；最后采用混炼捏合技术得到硅炭黑/天然橡胶复合材料。该制备方法成本低、节能环保、充分利用可再生资源，在橡胶领域具备广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种硅炭黑/天然橡胶复合材料的制备方法。

背景技术

天然橡胶是一种天然高分子化合物，是指从橡胶树上采集的天然胶乳，经过凝固、干燥等加工工序而制成的弹性固状物。天然橡胶的主要成分为橡胶烃(顺-1，4-聚异戊二烯)，含量在91％-94％，其余为蛋白质、脂肪酸、灰分、糖类等非橡胶物质。

天然橡胶具备优异的回弹性、绝缘性、隔水性及可塑性，但耐老化性、耐油性、耐化学药品性、耐温性、抗冻性差，因此填料助剂的加入可以能其获得耐油、耐酸、耐碱、耐热、耐寒、耐压、耐磨等性质。

炭黑是常用的橡胶补强助剂，世界橡胶工业原材料耗用量排在第一位的是生胶，第二位的便是炭黑；而与炭黑相比，白炭黑补强的硫化胶具有强度高、伸长率大，撕裂强度高、硬度高、绝缘性好等优点，在橡胶制品中亦可替代部分炭黑，以获得高质量的橡胶制品，如越野轮胎、工程轮胎、子午胎等。

填料粒子表面活性对橡胶性能有着重要影响。二氧化硅粒子表面含有大量羟基，表现出强极性，与非极性橡胶不相容，难于分散均匀。现有技术中，通常通过加入硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂等对填料进行表面改性，使其补强性能大幅提升。如，CN102108144A公开了一种纳米二氧化硅/炭黑高分散的环氧化天然橡胶母炼胶制备方法，先将用硅烷偶联剂进行改性的纳米二氧化硅、氧化剂液相氧化炭黑用去离子水超声分散，然后加入环氧化天然胶乳中，搅拌，最后蒸汽凝固或凝固剂凝固，干燥，得到高分散纳米二氧化硅、炭黑填充的环氧化天然橡胶母炼胶；CN104788685A公开了一种改性炭黑及其制备方法与应用，通过强氧化剂增加炭黑表面羧基含量，用氯化亚砜溶液在炭黑表面引入酰氯基团，从而活化炭黑表面的官能团；并将该改性炭黑应用到粘合剂配方体系中，表现出优异的分散性能和良好的导热性能。CN104231349A公开了一种高耐磨硅铝炭黑改性橡胶，具有优异的耐磨、耐老化性能，而且生产成本低。CN104194085A公开了一种耐磨高减震性能橡胶材料，还公开了上述耐磨高减震性能橡胶材料的制备方法，该橡胶材料耐磨性好，减震性能优异。CN101798473A公开了一种硅烷改性的白炭黑-炭黑的复合填料的制备方法，先将沉淀法白炭黑和气相法白炭黑按重量比加入到高速混合机中，将多硫硅烷以喷雾的形式缓慢均匀加入，逐步升温100～120℃促使表面改性反应进行彻底；在继续搅拌和保温的情况下，按照炭黑与气相法白炭黑和沉淀法白炭黑的量的比例加入炭黑并混合，降温冷却，即得硅烷改性的白炭黑-炭黑的复合填料。CN102951649A公开了一种用于轮胎和橡胶制品的橡胶补强剂材料，改性沉淀法白炭黑的制备方法，首先在反应器中加入10％～50％的液体硅酸钠；再向反应器中同时加入剩余50％～90％的硅酸钠和与全部硅酸钠等摩尔量的浓度为10％～30％的硫酸水溶液，并加入改性剂十二烷基硫酸钠或硬脂酸或硬脂酸锌，升温下反应；然后用氨水调节PH，同时加入沉降剂十二水合硫酸铝钾，继续反应0.5～2h；最后水洗、抽滤，并进行干燥，得到改性沉淀法白炭黑。CN102220036A一种制备硅烷偶联剂改性白炭黑的方法，通过将溶剂、水、催化剂和偶联剂混合制备偶联剂溶胶溶液。再利用超声分散或剪切的方法，将白炭黑均匀分散溶胶溶液中，得到分散均匀，粒度理想的浑浊液。再将浑浊液置于匀速搅拌下使偶联剂溶胶与白炭黑反应，通过控制温度及反应时间进而制备具有高疏水性的偶联剂改性的白炭黑。

但是，即便表面改性后，二氧化硅在改性橡胶中仍存在一些缺陷：