[发明专利]一种环保型生物基L-半胱氨酸轮胎用橡胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种环保型生物基L‑半胱氨酸轮胎用橡胶的制备方法，先制备羟基化的碳纳米管，然后将环保型生物基L‑半胱氨酸加到分散后的羟基化碳纳米管溶液中，通过溶剂热反应得到偶联化低聚物；最后将偶联化低聚物溶解于饱和一元脂肪醇形成溶液，并将其放入经过塑炼混炼制得的胶料中，后经处理形成橡胶分子的空间交联网络结构。本发明以环保型生物基L‑半胱氨酸代替传统硫磺作为硫化剂，以高分散的羟基化碳纳米管代替易团聚的白炭黑作为补强剂。环保型生物基L‑半胱氨酸、羟基化碳纳米管与生胶之间通过偶联、交联协同作用形成空间网络结构，显著提高轮胎用橡胶材料的力学性能，同时提高橡胶制品的可降解性，大幅度减少橡胶废品对环境的污染。

技术领域

本发明涉及一种橡胶材料的制备方法，尤其涉及一种环保型生物基L-半胱氨酸轮胎用橡胶的制备方法。

背景技术

橡胶作为一种国家战略基础材料，在众多领域起着不可替代的作用。目前，综合性能完全满足航空轮胎使用的高性能橡胶材料较少。并且，在低碳、绿色环保已经成为时代主题的背景下，废旧轮胎降解造成的污染不容忽视。轮胎行业在积极适应和引导环保趋势和潮流，对轮胎环保要求越来越高。因此，研发一种环保型生物基高性能橡胶材料成为解决此类问题的一种方法。

专利CN 110669265 A通过调控不同组分的比例，制备出一种具有耐撕裂、耐老化性能的橡胶，但材料的耐磨性没有提升，在整个过程需要加入硫和硫磺，废弃轮胎不易降解，后处理以及使用过程均对环境有污染，不符合环保的时代主题。专利CN 108440853 A公开了一种汽车轮胎用橡胶复合材料及其制备方法，所制备的橡胶具有良好的耐磨性，耐腐蚀性也有明显提高，但在整个过程需要加入硫磺粉，对环境有污染。专利CN 111073080 A制备了一种高耐磨轮胎胎面的橡胶组合物。该制备方法在纳米白炭黑表面形成一层阻碍性高的硬壳，可以实现纳米白炭黑的高分散性，增强纳米白炭黑的改性效果，提升轮胎耐磨性能，但强度没有明显改善且制备方法较复杂，成本较高。专利CN 105924934 A制备了一种汽车轮胎用高耐磨橡胶材料，该橡胶材料可以提高橡胶材料的耐高温性和耐老化性，但是需要加入大量硫化物，难以达到环保要求。

上述橡胶材料制备方法均采用传统易团聚白炭黑作为补强剂、硫磺作为硫化剂，存在耐磨性不足、强度低、不利于环保以及后续橡胶的降解问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种能提升强度，增强耐磨性的环保型生物基L-半胱氨酸轮胎用橡胶的制备方法。

技术方案：本发明所述的环保型生物基L-半胱氨酸轮胎用橡胶的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备羟基化碳纳米管；

(2)将环保型生物基L-半胱氨酸加入到分散后的羟基化碳纳米管溶液中，利用溶剂热法进行偶联反应，制得偶联化低聚物；

(3)将成型胶料与偶联化低聚物、溶剂混合，进行硫化，制得所述环保型生物基L-半胱氨酸轮胎用橡胶材料。

其中，步骤(1)中，将碳纳米管通过酶促反应制备羟基化碳纳米管；优选的，将碳纳米管分散于溶剂中，在酶的作用下进行酶促反应，制得羟基化碳纳米管；其中，所述溶剂为纯水溶剂或过氧化氢溶液中一种，碳纳米管优选分散于过氧化氢溶液中，过氧化氢溶液作为绿色环保氧化型底物，由于酶与反应底物的专一性，所述酶为过氧化氢酶；具体的制备羟基化碳纳米管的方法为：将碳纳米管加入过氧化氢溶液中，在pH为6～8的条件下加入过氧化氢酶；升温至20～30℃反应5～8h，静置0.5～2h，经过滤、洗涤、干燥后得到羟基化碳纳米管。

所述碳纳米管、用于分散碳纳米管的溶剂与过氧化氢酶质量比10～15:50～80:1～3；所述洗涤优选为水洗；所述干燥的温度为60～80℃，时间为6～10h；在25～30℃下，将碳纳米管加入过氧化氢溶液中；在5～10℃的条件下加入过氧化氢酶；所述过氧化氢溶液的浓度为10wt％～30wt％。