[发明专利]一种橡胶补强用改性凹凸棒土及其制备方法

说明书

一种橡胶补强用改性凹凸棒土及其制备方法，所述方法如下：将凹凸棒土分散于氯仿中，然后加入分散剂和洗涤剂，加热、分散、洗涤、真空干燥后碾磨过筛得到提纯后凹凸棒土；将四氟硼酸三正丁基磷溶于水，加入提纯后凹凸棒土，搅拌后真空干燥、灼烧，冷却至室温后研磨，过筛；将过筛后磷/硼/氟共掺杂碳包覆凹凸棒土、氧化石墨烯分散于乙醇中，再向其中加入3,3‑二甲氧基‑2,7,10,13,16‑五氧杂‑3‑硅杂十七烷、N‑(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐，搅拌反应后旋蒸除去乙醇。所述方法简单易行，成本低，适合连续规模化生产，制得的产品综合性能优异，能够使橡胶机械力学性能、耐高温性能、阻燃性和稳定性得到很大改善。

技术领域

本发明属于矿物材料技术领域，具体涉及一种橡胶补强用改性凹凸棒土及其制备方法。

背景技术

凹凸棒土是一种链层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物，其晶体呈纤维状集合体，结构内部多孔道，外部凹凸相间，内外表面带负电荷，能吸附阳离子，其单根纤维晶的直径在20 nm 左右，长度可达1 μm，属于一维纳米材料，被誉为“千种用土，万土之王”。凹凸棒土的独特结构使其具有优良的吸附，胶体，填充，抗盐性能。被广泛应用于石油、化工、冶金、环保、造纸、食品、医药、饲料、肥料、纺织、建材、地质勘探、原子能工业等领域，有“千土之王”、“万用之土”等美誉。

橡胶是一种常见的高分子材料，在常温下具有较高的弹性，稍带塑性，容易进行塑炼、混炼、压延、压出、成型等加工，广泛用于日常生活用品和工业产品。然而现有技术中的天然橡胶也存在着一些缺陷，例如：不耐强酸，在非极性溶剂中溶胀，耐油性和耐溶剂性很差，导电性能较低，耐透气性不高等问题。此外，由于橡胶的自由体积较大，分子间作用力小，绝大多数橡胶，尤其是非自补强性橡胶不经补强是没有应用价值的。因此，需要对现有的橡胶进行补强改性。市面上常见的补强剂有炭黑、白炭黑，这些补强剂在橡胶中的分散性差，会影响拉伸强度、断裂伸长率、定伸应力、硬度。

凹凸棒土由于其优异的填充性能，广泛应用于橡胶补强。但是由于凹凸棒土比表面积大，表面活性高，易团聚，且表面含有极性的羟基，故它与非极性的橡胶的亲和性很差，当用作填充补强材料时，在橡胶基体中更是很难分散。因此将其作为橡胶填料使用时，通常需要对其进行表面改性以改善其在橡胶中的相容性和填料效果，改善其在橡胶基体中的分散性和亲和性。

目前对凹凸棒土的改性方法很多，有热处理法、超声波处理法、酸化处理法、表面活性剂处理法等，其中热处理法是目前常用的改性方法。在一定的温度范围内，对凹凸棒土进行热处理，随着温度的增加，凹凸棒土中四种类型的水不断脱除，其活性会不断增加，比表面积和孔隙率得到提高，与橡胶等非极性物质的相容性有所提高，温度适当的热处理还可以提高凹凸棒土的吸附性。但是热处理时对温度的要求较高，需要严格控制温度条件，在不同的温度下进行热处理，凹凸棒土的结构、形貌、性质会发生很大的变化，如果温度控制不当，会起到不好的作用。

申请号为2014103897146的中国专利公开了一种橡胶补强用改性凹凸棒石的制备方法，具体公开了即将沉降离心提纯后的天然凹土通过可溶性碳源溶液的浸泡、包覆，经过烘干、研磨过筛后置于还原气氛中进行高温炭化，得到表面炭包覆的纳米凹凸棒石。其工艺过程依次包括以下步骤，A：凹凸棒石的提纯；B：凹凸棒石的预包覆；C：凹凸棒石的表面炭化。该方法的优越性在于将天然凹土进行简单处理后，可以在保证其纤维状结构不被破坏的前提下，改变其表面的极性，增强其与非极性橡胶的相容性，增大了凹凸棒石在橡胶基体中的填充量，制备出力学性能优异的凹凸棒石/橡胶复合材料。但是该方法制备的橡胶补强用改性凹凸棒石用于填充橡胶时机械力学性能较差，耐高温性能和阻燃性能有待于提高。

因此，需要研究开发出一种新的凹凸棒土的改性方法，以制备出综合性能优异的橡胶补强用改性凹凸棒土。

发明内容