[发明专利]一种原位合成的NR/silica纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种原位合成的NR/silica纳米复合材料，所述的NR/silica纳米复合材料的原料组分和含量如下：天然橡胶胶乳(NR latex)100g，硬脂酸1～2g，石蜡1～1.5g，炭黑15～30g，氧化锌2～5g，硫磺1～1.5g，防老剂40201～2g、促进剂TBBS 0.5～2g。本发明采用原位合成NR/silica纳米复合材料，制备方法简单、方便操作；通过对硫化曲线分析可知，原位合成NR/silica纳米复合材料比普通的制备方法得到的NR/silica纳米复合材料具有更好的硫化性能；通过对原位合成NR/silica纳米复合材料使用透射电镜进行表征，由结果可知，白炭黑作为分散相，分散的较均匀，适于大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料的制备方法，尤其是一种原位合成的NR/silica纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

在橡胶工业中，尤其是在汽车轮胎工业中，通常使用微小的填料来提高橡胶的耐磨性和强度。炭黑作为添加剂来改善橡胶的性能，已经被使用了很长一段时间了，但是现在白炭黑作为替代性增强填料越来越广泛被使用。事实上，白炭黑-橡胶复合材料与炭黑-橡胶复合材料相比，具有诸多优点，例如能降低轮胎行驶过程中的滚动阻力，并且还能降低轮胎生热。通常填料加入橡胶中是通过机械混合作用进行分散，但是，白炭黑粒子之间由于具有很强的相互作用，彼此之间可以通过脱水缩合作用相互团聚，这样会削弱填料与橡胶之间的相互作用，降低填料对橡胶的增强作用。因此，急需一种能改善白炭黑与橡胶相互作用的方法。

发明内容

为了克服现有技术中所存在的缺陷，本发明提供一种原位合成的NR/silica纳米复合材料及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种原位合成的NR/silica纳米复合材料，所述的NR/silica纳米复合材料的原料组分和含量如下：天然橡胶胶乳(NR latex)100g，硬脂酸1～2g，石蜡1～1.5g，炭黑15～30g，氧化锌2～5g，硫磺1～1.5g，防老剂4020 1～2g、促进剂TBBS 0.5～2g；

上述的一种原位合成的NR/silica纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，首先配制质量分数为0.3％～0.5％的溴化十六烷基三甲铵溶液5～20g，然后，在机械搅拌下将溴化十六烷基三甲铵溶液加入到盛有天然橡胶胶乳的反应器中，控制搅拌速度为700～850rpm，搅拌时间为8～15min，添加溴化十六烷基三甲铵的作用是为了稳固在橡胶-水环境中白炭黑颗粒的形成，避免白炭黑团聚，得到均一、乳白色的混合液体；然后，继续向反应器中加入防老剂4020、50～70g正硅酸乙酯和二氧化硅前驱体，关闭反应器上盖，在密闭环境中，在50～70℃下反应3～5天；在这个过程中发生溶胶-凝胶转变，形成硅烷-乳胶棕色混合物；最后，打开反应器上盖，在50～70℃下将复合物加热3～5天，得到原位NR/silica材料，其中silica的含量为30g；

步骤2，首先，将原位NR/silica材料放入到密炼机中，控制密炼机的温度为70～90℃，转速为15～25rpm，然后向密炼机中加入炭黑、硬脂酸、石蜡，混炼5～10min，接着调节密炼机的温度为125～130℃，转速为30～50rpm，混炼5～8min，得到预混炼胶，将预混炼胶在室温下停放16h；

步骤3，将步骤2得到的预混炼胶放到密炼机中，控制密炼机的温度为110～120℃，转速为30～50rpm，向密炼机中加入氧化锌和防老剂4020，混炼4min，然后，将硫磺、促进剂TBBS加入到密炼机中，控制密炼机的温度为30～50℃，转速为10～20rpm，混炼3～5min，得到混炼胶；

步骤4，将步骤3得到的混炼胶放到模具中，进行硫化，控制硫化温度为150～155℃，硫化压力为3～5MPa，硫化时间为20～35min，得到NR/silica纳米复合材料。

与现有技术相比本发明具有以下优点和突出性效果：