專利名稱：一種新型橡塑通用補強劑及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及化工助劑技術領域，尤其涉及一種橡膠及塑料通用的新型補強劑及其制備方法。
背景技術：
橡膠和塑料在現代工業(yè)中的比重甚大，但不管是橡膠還是塑料，都受到原料來源的限制而使成品價格昂貴，限制其大量的工業(yè)生產及應用。在橡膠工業(yè)中，通常采用炭黑和白炭黑做補強劑，然而在其制備和應用過程中存在一系列負面影響，如生產周期長、污染嚴重等，且隨著工業(yè)化速度加快而導致資源日趨緊張、生產原料短缺、產品價格昂貴。在塑料行業(yè)中有采用無機礦物做補強填充劑，但由于其表面的化學惰性，無機礦物難以在塑料中良好分散、浸潤和發(fā)生界面反應，不能起到比較好的補強填充作用。我國是世界上最大的水稻種植國家，其副產品稻殼資源豐富。稻殼表面堅硬，硅含量高，不易被細菌分解，且堆積密度小，廢棄會破壞環(huán)境，成為米業(yè)企業(yè)的包褓，因此開發(fā)利用稻殼具有較好的經濟價值和社會價值。

發(fā)明內容
本發(fā)明就是為了解決上述現有技術存在的問題而提供一種利用稻殼灰制備得到的新型橡塑通用補強劑，以解決制約橡膠產業(yè)發(fā)展的補強劑障礙以及橡膠與塑料補強劑不能通用的缺點。本發(fā)明的另一目的是提供一種新型橡塑通用補強劑的制備方法。本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現:
一種新型橡塑通用補強劑，包括以下組分:稻殼灰、偶聯劑、增塑劑、潤滑劑和橡塑多功能改性劑，所述偶聯劑用量為稻殼灰的2-4 wt%，增塑劑用量為稻殼灰的0.5-1 wt%，潤滑劑用量為稻殼灰的0.1-0.4 wt%，橡塑多功能改性劑用量為稻殼灰的2-4 wt%0優(yōu)選的,所述稻殼灰由稻殼經高溫炭化得到,稻殼灰的粒徑為30_80nm,稻殼灰的主要成分為二氧化硅和炭黑。優(yōu)選的，所述偶聯劑為有機硅烷偶聯劑，選自雙-[Y _(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(S1-69)或乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)中的一種或兩種。優(yōu)選的，所述增塑劑選自對苯二甲酸二辛酯或鄰苯二甲酸二丁酯。優(yōu)選的，當橡塑通用補強劑用于橡膠補強的狀態(tài)下，所述增塑劑為對苯二甲酸二辛酯；當橡塑通用補強劑用于塑料補強的狀態(tài)下，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯。優(yōu)選的，所述潤滑劑為液態(tài)氯化石蠟。優(yōu)選的，所述橡塑多功能改性劑是復合型改性劑，為有機硅螯合不同官能團的螯合物，具體為有機烷氧基硅酸酯螯 合物，優(yōu)選雙(酰酸酯)硅或雙(烷氧基)硅。一種新型橡塑通用補強劑的制備方法，首先將稻殼真空高溫炭化得到稻殼灰，稻殼灰研磨過篩控制其粒徑在納米范圍內，然后向稻殼灰內順序加入偶聯劑，增塑劑、潤滑劑和橡塑多功能改性劑，升溫攪拌混合均勻后，降至室溫并干燥，得到成品。優(yōu)選的，一種新型橡塑通用補強劑的制備方法，具體包括以下步驟:
(1)將稻殼干燥后經真空高溫炭化2-3小時，所得稻殼灰研磨20-50分鐘后過篩，控制其粒徑在納米沮圍內；
(2)配制偶聯劑醇水溶液；
(3)將稻殼灰投入反應器中，在室溫下邊均勻攪拌稻殼灰，邊將偶聯劑醇水溶液在2-5分鐘內緩慢加入，待偶聯劑醇水溶液全部添加完畢后，繼續(xù)攪拌混合5-10分鐘；再將反應器的溫度升至50-8(TC，繼續(xù)攪拌2-3分鐘，再將溫度升至80-10(TC，加入增塑劑和潤滑劑，保持原溫度下攪拌3-5分鐘；繼續(xù)加入橡塑多功能改性劑，保持原溫度下繼續(xù)攪拌40-60分鐘，最后降至室溫，進行干燥，得到橡塑通用補強劑。優(yōu)選的，所述步驟(I)中稻殼灰采用行星研磨機研磨后過100-500目篩；所述步驟
(2)具體為，將偶聯劑加入到2-5質量倍的醇水溶液中，完全分散后待用，所述醇水溶液的水/醇質量比=1/9，所述醇類優(yōu)選乙醇；所述步驟(3)中的反應器為間接加熱攪拌反應鍋。在間接加熱攪拌反應鍋中設有感應器，當反應鍋的溫度升至每一設定溫度值后，停止加熱并保持該溫度。間接加熱攪拌反應鍋是非封閉狀態(tài)的攪拌槽，否則在補強劑制備過程中產生的副產物及稀釋劑的醇類有燃燒爆炸的危險。本發(fā)明所使用的稻殼是直接從農田收集而來的農業(yè)稻谷副產品，對廢棄物進行回收利用，變廢為寶。加工過程中，添加偶聯劑醇水溶液時，必須盡可能在接近室溫的溫度下進行且須慢慢攪拌；待添加偶聯劑的混合料溫度升至80-100°C時投入增塑劑，其功能是起增塑作用；潤滑劑可與增塑劑一同加入，其功能是增加橡膠或塑料在制品加工過程中的潤滑作用，提高制品的表面光潔度；待增塑劑和潤滑劑入料3-5分鐘后投入橡塑多功能改性齊U，具有偶聯劑、潤滑劑、改性劑的綜合效果。與現有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
稻殼經炭化后主要成分為二氧化硅和炭黑，這正好是橡膠及塑料常用的補強劑。本發(fā)明可在橡膠混煉及塑料注塑過程中直接作為添加劑使用，免去了從稻殼灰中提取出二氧化硅等有用物質，或將稻殼灰與橡膠乳液等進行預處理等復雜的工藝步驟，同時保證經本發(fā)明處理后的稻殼灰表面有微孔和相當數量的活潑官能團，使稻殼灰與橡膠或塑料分子能夠發(fā)生緊密吸附甚至交聯作用，表現出與炭黑相同的補強效果。本發(fā)明在保證橡膠和塑料制品原質量的基礎上，使橡塑制品成本降低30%，也使水稻的副產廢棄物得到有效利用，減少環(huán)境污染，具有節(jié)省原料、變廢為寶、保護環(huán)境，生產過程無污染，降低橡塑成品價格等經濟社會雙收益。
具體實施例方式下面結合各實施例詳細描述本發(fā)明。實施例1
從附近的米廠回收得一袋農業(yè)稻谷副產品稻殼，將其在烘箱內干燥兩個小時后于箱式電阻爐中550°C高溫炭化2個小時 ，將所得的黑色稻殼灰放入行星研磨機上以公轉轉速250r/min、自轉轉速200r/min、球/料質量比為15:1的條件研磨30分鐘，過200目篩，取出50g稻殼灰待用；稱取1.5g有機硅烷偶聯劑S1-69加入到3g的醇水溶液(水/乙醇質量比=1/9)中，完全分散后待用；在間接加熱攪拌反應鍋中投入50g稻殼灰，入料后在室溫下邊均勻攪拌稻殼灰，邊將偶聯劑醇水溶液在2分鐘內緩慢加入，待偶聯劑醇水溶液全部添加完畢后，再攪拌混合5分鐘，再將反應鍋的溫度升至70°C，繼續(xù)攪拌2分鐘，再將溫度升至90°C，加入0.4g增塑劑(當橡塑通用補強劑用于橡膠補強的狀態(tài)下，增塑劑選用對苯二甲酸二辛酯；當橡塑通用補強劑用于塑料補強的狀態(tài)下，增塑劑選用鄰苯二甲酸二丁酯)和
0.1g潤滑劑液態(tài)氯化石蠟，保持在原溫度下攪拌3分鐘，繼續(xù)加入2g有機烷氧基硅酸酯螯合物，保持原溫度下繼續(xù)攪拌I小時，然后降至室溫，再進行干燥，即得到新型橡塑通用補強劑。實施例2
將收集所得的稻殼在烘箱內干燥兩個小時，再在箱式電阻爐中經600°C高溫炭化3個小時，將所得的黑色稻殼灰放入行星研磨機上研磨30分鐘,過200目篩；稱取1.5g有機娃烷偶聯劑S1-69加入到3g醇水溶液(水/乙醇質量比=1/9)中，完全分散后待用；將50g稻殼灰投入間接加熱攪拌反應鍋中，入料后在室溫下邊均勻攪拌稻殼灰，邊將偶聯劑醇水溶液在3分鐘內緩慢加入，待偶聯劑醇水溶液全部添加完畢后，再攪拌混合10分鐘，再將反應鍋的溫度升至70°C，繼續(xù)攪拌3分鐘，再將溫度升至90°C，加入0.5g增塑劑(當橡塑通用補強劑用于橡膠補強的狀態(tài)下，增塑劑選用對苯二甲酸二辛酯；當橡塑通用補強劑用于塑料補強的狀態(tài)下，增塑劑選用鄰苯二甲酸二丁酯)和0.2g潤滑劑液態(tài)氯化石蠟，保持在原溫度下攪拌5分鐘；繼續(xù)加入2g有機烷氧基硅酸酯螯合物，保持原溫度下繼續(xù)攪拌40分鐘，然后降至室溫，再進行干燥，即得到新型橡塑通用補強劑。實施例3
將收集所得的稻殼在烘箱內干燥兩個小時，再在箱式電阻爐中經500°C高溫炭化3個小時，將所得的黑色稻殼灰放入行星 研磨機上研磨30分鐘,過200目篩；稱取1.5g有機娃烷偶聯劑A-151加入到3g醇水溶液(水/乙醇質量比=1/9)中，完全分散后待用；將50g稻殼灰投入間接加熱攪拌反應鍋中，入料后在室溫下邊均勻攪拌稻殼灰，邊將偶聯劑醇水溶液在3分鐘內緩慢加入，待偶聯劑醇水溶液全部添加完畢后，再攪拌混合7分鐘；再將反應鍋的溫度升至70°C，繼續(xù)攪拌3分鐘，再將溫度升至90°C，加入0.35g增塑劑(當橡塑通用補強劑用于橡膠補強的狀態(tài)下，增塑劑選用對苯二甲酸二辛酯；當橡塑通用補強劑用于塑料補強的狀態(tài)下，增塑劑選用鄰苯二甲酸二丁酯)和0.1g潤滑劑液態(tài)氯化石蠟，保持在原溫度下攪拌4分鐘；繼續(xù)加入1.5g有機烷氧基硅酸酯螯合物，保持原溫度下繼續(xù)攪拌50分鐘，然后降至室溫，再進行干燥，即得到新型橡塑通用補強劑。將實施例1-3制備得到的橡塑通用補強劑對天然橡膠進行補強后的物理性能見表1，將實施例1-3制備得到的橡塑通用補強劑對PP基木塑復合材料進行補強后的物理性能見表2。表I
權利要求
1.一種新型橡塑通用補強劑，其特征在于，包括以下組分:稻殼灰、偶聯劑、增塑劑、潤滑劑和橡塑多功能改性劑，所述偶聯劑用量為稻殼灰的2-4 wt%，增塑劑用量為稻殼灰的0.5-1 丨％，潤滑劑用量為稻殼灰的0.1-0.4 wt%，橡塑多功能改性劑用量為稻殼灰的2-4Wt%o
2.如 權利要求1所述的橡塑通用補強劑，其特征在于，所述稻殼灰由稻殼經高溫炭化得到，稻殼灰的粒徑為30-80nm。
3.如權利要求1所述的橡塑通用補強劑，其特征在于，所述偶聯劑為有機硅烷偶聯劑，選自雙_[ Y _(三乙氧基硅)丙基]四硫化物S1-69或乙烯基三乙氧基硅烷A-151中的一種或兩種。
4.如權利要求1所述的橡塑通用補強劑，其特征在于，所述增塑劑選自對苯二甲酸二辛酯或鄰苯二甲酸二丁酯。
5.如權利要求4所述的橡塑通用補強劑，其特征在于，所述橡塑通用補強劑用于橡膠補強的狀態(tài)下，所述增塑劑為對苯二甲酸二辛酯；所述橡塑通用補強劑用于塑料補強的狀態(tài)下，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯。
6.如權利要求1所述的橡塑通用補強劑，其特征在于，所述潤滑劑為液態(tài)氯化石蠟。
7.如權利要求1所述的橡塑通用補強劑，其特征在于，所述橡塑多功能改性劑為有機烷氧基硅酸酯螯合物，優(yōu)選雙(酰酸酯)硅或雙(烷氧基)硅。
8.—種如權利要求1所述的新型橡塑通用補強劑的制備方法，其特征在于，首先將稻殼真空高溫炭化得到稻殼灰，稻殼灰研磨過篩控制其粒徑在納米范圍內，然后向稻殼灰內順序加入偶聯劑，增塑劑、潤滑劑和橡塑多功能改性劑，升溫攪拌混合均勻后，降至室溫并干燥，得到成品。
9.如權利要求8所述的橡塑通用補強劑的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟: (1)將稻殼干燥后經真空高溫炭化2-3小時，所得稻殼灰研磨20-50分鐘后過篩，控制其粒徑在納米沮圍內； (2)配制偶聯劑醇水溶液； (3)將稻殼灰投入反應器中，在室溫下邊均勻攪拌稻殼灰，邊將偶聯劑醇水溶液在2-5分鐘內緩慢加入，待偶聯劑醇水溶液全部添加完畢后，繼續(xù)攪拌混合5-10分鐘；再將反應器的溫度升至50-80°C，繼續(xù)攪拌2-3分鐘，再將溫度升至80-10(TC，加入增塑劑和潤滑劑，保持原溫度下攪拌3-5分鐘；繼續(xù)加入橡塑多功能改性劑，保持原溫度下繼續(xù)攪拌40-60分鐘，最后降至室溫，進行干燥，得到橡塑通用補強劑。
10.如權利要求9所述的橡塑通用補強劑的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中稻殼灰采用行星研磨機研磨后過100-500目篩；所述步驟(2)具體為，將偶聯劑加入到2-5質量倍的醇水溶液中，完全分散后待用，所述醇水溶液的水/醇質量比=1/9，所述醇類優(yōu)選乙醇；所述步驟(3)中的反應器為間接加熱攪拌反應鍋。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型橡塑通用補強劑，包括以下組分稻殼灰、偶聯劑、增塑劑、潤滑劑和橡塑多功能改性劑，所述偶聯劑用量為稻殼灰的2-4wt%，增塑劑用量為稻殼灰的0.5-1wt%，潤滑劑用量為稻殼灰的0.1-0.4wt%，橡塑多功能改性劑用量為稻殼灰的2-4wt%。本發(fā)明還公開了該新型橡塑通用補強劑的制備方法。應用本發(fā)明的橡塑通用補強劑，在保證橡膠和塑料制品原質量的基礎上，使橡塑制品成本降低30%。本發(fā)明也使水稻的副產廢棄物得到有效利用，減少環(huán)境污染，具有節(jié)省原料、變廢為寶、保護環(huán)境，生產過程無污染，降低橡塑成品價格等經濟社會雙收益。
文檔編號C08K3/04GK103113645SQ20111036529
公開日2013年5月22日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權日2011年11月17日
發(fā)明者宋玲 申請人:上海杰事杰新材料(集團)股份有限公司