[发明专利]一种纳米无机改性橡胶复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及橡胶材料技术领域，尤其上一种纳米无机改性橡胶复合材料，包括如下组分：溶聚丁苯橡胶、顺丁橡胶、氧化锌、硬脂酸、促进剂D、促进剂CZ、防老剂4010NA、石蜡、硫磺以及白炭黑和硅69，其中白炭黑的用量为溶聚丁苯橡胶与顺丁橡胶总份数的5‑80％，所述硅69的用量为白炭黑总份数的8‑15％；以上份数均为质量分数。本发明还公开了一种纳米无机改性橡胶复合材料的制备方法。本发明所得到的一种纳米无机改性橡胶复合材料及其制备方法，其白炭黑在溶聚丁苯橡胶和顺丁橡胶中的分散性更好，白炭黑聚集体尺寸更小，而白炭黑在SSBR/BR中良好的分散性有利于橡胶的综合性能的提升。

技术领域

本发明涉及橡胶材料技术领域，尤其上一种纳米无机改性橡胶复合材料及其制备方法。

背景技术

传统的橡胶增强填料炭黑、白炭黑和有机短纤维均有各自的缺点，因此，研究人员一直致力于开发低成本、绿色环保、增强效果良好的纳米无机填料，以及相应的复合材料制备工艺，目前，国内外在橡胶纳米复合材料领域的研究包括下述方面：炭黑/白炭黑纳米橡胶复合材料、硅酸盐纳米橡胶复合材料、碳酸钙纳米橡胶复合材料、碳纳米管(CNTs) 纳米橡胶复合材料、淀粉纳米橡胶复合材料、丙烯酸金属盐纳米橡胶复合材料、石墨纳米橡胶复合材料、金属氧化物纳米橡胶复合材料、聚合物理想填料纳米橡胶复合材料、橡胶球纳米橡胶复合材料、稀土纳米橡胶复合材料等。这些复合材料都是以橡胶为基体、纳米材料作为填料，所用橡胶基体几乎包括所有常见橡胶种类，包括天然橡胶、顺丁橡胶)、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、二元乙丙橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、异戊二烯橡胶、氯醚橡胶、硅橡胶、氟橡胶、丙烯酸酯橡胶等。橡胶纳米复合材料的功能多样化源于橡胶材料应用领域的高性能化需求。

橡胶纳米复合材料不但在纳米材料和橡胶基材料方面呈现出多样化，而且不同的制备方法也导致复合材料性能的差异。众所周知，纳米增强效果不仅受橡胶基体和填料特性的影响，而且与填料在橡胶基体中的存在状态、以及与基体的相互作用有关。无机纳米填料由于表面含有羟基基团，粒子间具有团聚倾向，使得无机纳米粒子与橡胶基体相容性较差，纳米颗粒难以在橡胶基体中均匀分散，分散不好的纳米复合材料在受力时，粒子团聚体容易破裂或相间界面脱离而导致复合材料内部出现应力集中现象。因此，探索合适的制备方法，解决纳米粒子在橡胶基体中的均匀分散问题，是获得高性能纳米橡胶复合材料的重要途径。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种纳米无机改性橡胶复合材料及其制备方法，能增加其物理机械性能和动态力学性能。

为了达到上述目的，本发明所设计的一种纳米无机改性橡胶复合材料，包括如下组分：95-98份溶聚丁苯橡胶、25-32份顺丁橡胶、2-5份氧化锌、0.5-2份硬脂酸、1-3 份促进剂D、1-3份促进剂CZ、1-3份防老剂4010NA、0.5-2份石蜡、1-3份硫磺以及白炭黑和硅69，其中白炭黑的用量为溶聚丁苯橡胶与顺丁橡胶总份数的5-80％，所述硅69 的用量为白炭黑总份数的8-15％；以上份数均为质量分数。

一种纳米无机改性橡胶复合材料的制备方法，将溶聚丁苯橡胶和顺丁橡胶放入密炼机中，温度控制在55-70℃，混炼3-5min，然后依次加入氧化锌、硬脂酸、防老剂4010NA 和石蜡，混合均匀；然后将白炭黑和硅69的混合物平均分为两份，先加入其中一份，间隔3-5min后再加入另一份；白炭黑和硅69添加完成后将温度升高至145-160℃，混炼 2-3min；再以60-80r/min的速度搅拌混合3-5min后，取出胶料；待胶料冷却后，将胶料送入开炼机进行混炼，并依次加入促进剂CZ、促进剂D、硫磺，混炼均匀后；静置多少时间后，将胶料于硫化机中在150-155℃的温度下硫化，得到橡胶复合材料。

本发明所得到的一种纳米无机改性橡胶复合材料及其制备方法，其白炭黑在溶聚丁苯橡胶和顺丁橡胶中的分散性更好，白炭黑聚集体尺寸更小，而白炭黑在SSBR/BR中良好的分散性有利于橡胶的综合性能的提升。因为微观上白炭黑填料分散均匀，白炭黑与SSBR/BR基体的相互作用就会增强，在宏观上表现为SSBR/BR复合材料的物理机械性能和动态力学性能会增强。