專利名稱：面向綠色輪胎的白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法及其產品的制作方法
技術領域：
本申請涉及丁苯橡膠改性技術領域，更具體的涉及一種面向綠色輪胎的白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法及制備得到的產品。
背景技術：
白炭黑補強的橡膠膠料越來越引起人們的重視，白炭黑的用量幾乎每年都在增長，增長的原因包括因降低滾動阻力而獲得更好的燃油節(jié)省，延長了胎面壽命。但因白炭黑的表面存在著高極性的羥基，使白炭黑與橡膠不相容。由于白炭黑有聚集的趨向，機械方法也不能迫使白炭黑在橡膠中良好地分散，進而硫化膠的物理性能也不能達到最佳狀態(tài)。本發(fā)明制備方法制備出白炭黑分散狀態(tài)良好的白炭黑改性丁苯橡膠，并且解決了白炭黑在機械混煉中生熱大的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提出一種面向綠色輪胎的含有白炭黑的改性丁苯橡膠及其制備方法。本發(fā)明所提出的丁苯橡膠的特征在于，所述丁苯橡膠含有基于丁苯膠乳干膠的質量含量為 100%的白炭黑。白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法，其特征在于，依次含有以下步驟1)制備含有白炭黑的丁苯橡膠液體漿料1. 1)白炭黑懸浮液的制備將白炭黑和水進行混合，得到白炭黑-水懸浮液，其中白炭黑與水的質量比為 5% 20% ；1. 2)在水浴環(huán)境中對白炭黑進行表面處理，使其表面有機化；1. 3)調節(jié)上述白炭黑-水懸浮液的pH值到9 12 ；1. 4)將上述調節(jié)pH值后的白炭黑-水懸浮液與丁苯膠乳均勻混合，得到添加白炭黑的丁苯橡膠液體漿料；2)以上述含白炭黑的丁苯橡膠液體漿料為原料，用乳液共混共絮凝工藝制備含有白炭黑的改性丁苯橡膠，其中絮凝劑為CaCl2溶液。所述第1. 1)步白炭黑和水是使用高速剪切工藝進行混合和均化，剪切速度為 13000 22000rpm，剪切時間為2 5h。所述第1. 2)步對白炭黑進行表面處理，是將白炭黑在水浴中進行硅烷偶聯(lián)劑的改性。所述第幻步對白炭黑進行表面處理的偶聯(lián)劑為KH550、 KH570、KH590中的一種。所述第2)步水浴溫度是70 80°C，水浴處理時間為2 5h。所述第1.3)步調節(jié)白炭黑-水懸浮液的pH值是通過加入KOH或氨水調節(jié)的。所述第2)步的絮凝劑的質量百分比濃度為 2%，用量為300 400ml/100g干膠。除了上述組分，本發(fā)明的制備過程中還可以含有填料/橡膠納米材料領域常用的其它各種偶聯(lián)劑、絮凝劑和輔助添加劑。
實驗證明本發(fā)明制備的含有白炭黑的改性丁苯橡膠，白炭黑在其中是均勻分散的，該丁苯橡膠的力學性能有顯著提高。


圖1是由本發(fā)明所述制備方法制得的含有40pHr白炭黑改性丁苯橡膠制品的透射電子顯微鏡(TEM)照片。圖2是由本發(fā)明所述制備方法制得的含有IOOpHr白炭黑改性丁苯橡膠制品的透射電子顯微鏡(TEM)照片。
具體實施例方式本發(fā)明提出通過配制白炭黑丁苯膠乳懸浮液，采用乳業(yè)共混共絮凝工藝制備白炭黑改性丁苯橡膠以期白炭黑在橡膠基體中的分散，從而提高白炭黑改性橡膠復合材料的性能開辟新的途徑。由于在白炭黑-水懸浮液的制備過程中的高剪切力的作用，制備了穩(wěn)定的白炭黑-水懸浮液，白炭黑表面的改性增強了白炭黑和丁苯膠乳的親和性，使得白炭黑在丁苯膠乳中獲得良好的分散狀態(tài)，橡膠的性能得到提高。所制備的白炭黑改性丁苯橡膠加入硫化機后不僅可以直接用于加工橡膠制品，而且能夠廣泛應用于復合材料改性等領域。實施例11、首先制備含有白炭黑的丁苯橡膠液體漿料將白炭黑與水按質量百分比為5 95混合，在轉速為13000rpm的高剪切分散乳化劑中處理證，得到穩(wěn)定的白炭黑-水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態(tài)良好。取白炭黑-水懸浮液600g，KH590 3g，將白炭黑-水懸浮液在70°C的水浴環(huán)境中通過滴加KH550進行有機改性，水浴時間為3h，充分攪拌以保證其改性效果。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的pH 值達到9。取固含量為20. 7%的丁苯膠乳483. 09g，將此懸浮液加入到丁苯膠乳中，充分攪拌使其均勻混合，制得白炭黑含量為30pHr (即白炭黑與丁苯膠乳干膠質量比為30% )的丁苯橡膠液體膠料。2、乳業(yè)共混共絮凝制備白炭黑改性丁苯橡膠將此白炭黑-丁苯膠乳的混合物緩慢加入到600ml 1 %的CaCl2溶液中，充分攪拌使其均勻混合，洗滌此復合橡膠至中性并烘干。實施例21、首先制備含有白炭黑的丁苯橡膠液體漿料將白炭黑與水按質量百分比為20 80混合，在轉速為22000rpm的高剪切分散乳化劑中處理池，得到穩(wěn)定的白炭黑-水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態(tài)良好。取白炭黑-水懸浮液200g，KH590 2. 4g，將白炭黑-水懸浮液在80°C的水浴環(huán)境中通過滴加KH570進行有機改性，水浴時間為2h，充分攪拌以保證其改性效果。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的 PH值達到12。取固含量為20. 7%的丁苯膠乳483. 09g，將此懸浮液加入到丁苯膠乳中，充分攪拌使其均勻混合，制得白炭黑含量為40pHr(即白炭黑與丁苯膠乳干膠質量比為40%) 的丁苯橡膠液體膠料。2、乳業(yè)共混共絮凝制備白炭黑改性丁苯橡膠
將此白炭黑-丁苯膠乳的混合物緩慢加入到400mll. 5%的CaCl2溶液中，充分攪拌使其均勻混合，洗滌此復合橡膠至中性并烘干。實施例31、首先制備含有白炭黑的丁苯橡膠液體漿料將白炭黑與水按質量百分比為10 90混合，在轉速為19000rpm的高剪切分散乳化劑中處理池，得到穩(wěn)定的白炭黑-水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態(tài)良好。取白炭黑-水懸浮液500g，KH590 5g，將白炭黑-水懸浮液在75°C的水浴環(huán)境中通過滴加KH590進行有機改性，水浴時間為2. 5h，充分攪拌以保證其改性效果。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的 PH值達到10。取固含量為20. 7%的丁苯膠乳483. 09g，將此懸浮液加入到丁苯膠乳中，充分攪拌使其均勻混合，制得白炭黑含量為50pHr(即白炭黑與丁苯膠乳干膠質量比為50% ) 的丁苯橡膠液體膠料。2、乳業(yè)共混共絮凝制備白炭黑改性丁苯橡膠將此白炭黑-丁苯膠乳的混合物緩慢加入到350ml 2%的CaCl2溶液中，充分攪拌使其均勻混合，洗滌此復合橡膠至中性并烘干。實施例41、首先制備含有白炭黑的丁苯橡膠液體漿料將白炭黑與水按質量百分比為15 85混合，在轉速為22000rpm的高剪切分散乳化劑中處理池，得到穩(wěn)定的白炭黑-水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態(tài)良好。取白炭黑-水懸浮液400g，KH590 4. 8g，將白炭黑-水懸浮液在80°C的水浴環(huán)境中通過滴加KH570進行有機改性，水浴時間為2h，充分攪拌以保證其改性效果。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的 PH值達到11。取固含量為20. 7 %的丁苯膠乳483. 09g,將此懸浮液加入到丁苯膠乳中，充分攪拌使其均勻混合，制得白炭黑含量為60pHr(即白炭黑與丁苯膠乳干膠質量比為60%) 的丁苯橡膠液體膠料。2、乳業(yè)共混共絮凝制備白炭黑改性丁苯橡膠將此白炭黑-丁苯膠乳的混合物緩慢加入到350ml 2%的CaCl2溶液中，充分攪拌使其均勻混合，洗滌此復合橡膠至中性并烘干。實施例51、首先制備含有白炭黑的丁苯橡膠液體漿料將白炭黑與水按質量百分比為15 85混合，在轉速為22000rpm的高剪切分散乳化劑中處理池，得到穩(wěn)定的白炭黑-水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態(tài)良好。取白炭黑-水懸浮液466. 67g，KH590 7g，將白炭黑-水懸浮液在80°C的水浴環(huán)境中通過滴加KH550進行有機改性，水浴時間為2h，充分攪拌以保證其改性效果。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的 PH值達到10。取固含量為20. 7%的丁苯膠乳483. 09g，將此懸浮液加入到丁苯膠乳中，充分攪拌使其均勻混合，制得白炭黑含量為70pHr(即白炭黑與丁苯膠乳干膠質量比為70% ) 的丁苯橡膠液體膠料。2、乳業(yè)共混共絮凝制備白炭黑改性丁苯橡膠將此白炭黑-丁苯膠乳的混合物緩慢加入到400ml 1. 5%的CaCl2溶液中，充分攪拌使其均勻混合，洗滌此復合橡膠至中性并烘干。實施例6
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1、首先制備含有白炭黑的丁苯橡膠液體漿料將白炭黑與水按質量百分比為12. 5 87.5混合，在轉速為16000rpm的高剪切分散乳化劑中處理4h，得到穩(wěn)定的白炭黑-水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態(tài)良好。取白炭黑-水懸浮液640g，KH590 7g，將白炭黑-水懸浮液在80°C的水浴環(huán)境中通過滴加KH590 進行有機改性，水浴時間為2h，充分攪拌以保證其改性效果。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的PH值達到11。取固含量為20. 7%的丁苯膠乳483. 09g，將此懸浮液加入到丁苯膠乳中，充分攪拌使其均勻混合，制得白炭黑含量為80pHr(即白炭黑與丁苯膠乳干膠質量比為 80% )的丁苯橡膠液體膠料。2、乳業(yè)共混共絮凝制備白炭黑改性丁苯橡膠將此白炭黑-丁苯膠乳的混合物緩慢加入到300ml 2%的CaCl2溶液中，充分攪拌使其均勻混合，洗滌此復合橡膠至中性并烘干。實施例71、首先制備含有白炭黑的丁苯橡膠液體漿料將白炭黑與水按質量百分比為15 85混合，在轉速為22000rpm的高剪切分散乳化劑中處理池，得到穩(wěn)定的白炭黑-水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態(tài)良好。取白炭黑-水懸浮液600g，KH590 9g，將白炭黑-水懸浮液在80°C的水浴環(huán)境中通過滴加KH590進行有機改性，水浴時間為2h，充分攪拌以保證其改性效果。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的pH 值達到10。取固含量為20. 7%的丁苯膠乳483. 09g，將此懸浮液加入到丁苯膠乳中，充分攪拌使其均勻混合，制得白炭黑含量為90pHr (即白炭黑與丁苯膠乳干膠質量比為90% )的丁苯橡膠液體膠料。2、乳業(yè)共混共絮凝制備白炭黑改性丁苯橡膠將此白炭黑-丁苯膠乳的混合物緩慢加入到350ml 2%的CaCl2溶液中，充分攪拌使其均勻混合，洗滌此復合橡膠至中性并烘干。實施例81、首先制備含有白炭黑的丁苯橡膠液體漿料將白炭黑與水按質量百分比為15 85混合，在轉速為22000rpm的高剪切分散乳化劑中處理池，得到穩(wěn)定的白炭黑-水懸浮液，白炭黑水中的分散狀態(tài)良好。取白炭黑-水懸浮液666. 67g，KH590 10g，將白炭黑-水懸浮液在80°C的水浴環(huán)境中通過滴加KH590進行有機改性，水浴時間為池，充分攪拌以保證其改性效果。向懸浮液中加入氨水使懸浮液的 PH值達到10。取固含量為20. 7%的丁苯膠乳483. 09g，將此懸浮液加入到丁苯膠乳中，充分攪拌使其均勻混合，制得白炭黑含量為IOOpHH即白炭黑與丁苯膠乳干膠質量比為100% ) 的丁苯橡膠液體膠料。2、乳業(yè)共混共絮凝制備白炭黑改性丁苯橡膠將此白炭黑-丁苯膠乳的混合物緩慢加入到350ml 2%的CaCl2溶液中，充分攪拌使其均勻混合，洗滌此復合橡膠至中性并烘干。用透射電子顯微鏡(TEM)觀察實施例2和實施例8所得到的白炭黑改性丁苯橡膠制品(圖1和圖2)，可見白炭黑在制品中的分散良好。我們采用模具壓制并升溫硫化制得含有不同填充分數(shù)的白炭黑改性丁苯橡膠的硫化橡膠，力學性能、抗?jié)窕阅堋L動阻力檢測結果分別示于表一。
表一
權利要求
1. 一種白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法，其特征在于，白炭黑添加份數(shù)為丁苯膠乳干膠的質量含量30% 100%，依次含有以下步驟1)制備含有白炭黑的丁苯橡膠液體漿料1.1)白炭黑懸浮液的制備將白炭黑和水進行混合，得到白炭黑-水懸浮液，其中白炭黑與水的質量比為5% 20% ；1. 2)在水浴環(huán)境中對白炭黑進行表面處理，使其表面有機化；1. 3)調節(jié)上述白炭黑-水懸浮液的pH值到9 12 ；1.4)將上述調節(jié)pH值后的白炭黑-水懸浮液與丁苯膠乳均勻混合，得到添加白炭黑的丁苯橡膠液體漿料；2)以上述含白炭黑的丁苯橡膠液體漿料為原料，用乳液共混共絮凝工藝制備含有白炭黑的改性丁苯橡膠，其中絮凝劑為CaCl2溶液。
2.如權利要求1所述的白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法，其特征在于，所述第1.1)步白炭黑和水是使用剪切工藝進行混合，剪切速度為13000 22000rpm，剪切時間為2- ！。
3.如權利要求1所述的白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法，其特征在于，所述第1.2)步對白炭黑進行表面處理，是將白炭黑在水浴中進行硅烷偶聯(lián)劑的改性。
4.如權利要求3所述的白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法，其特征在于，所述第1.2)步對白炭黑進行表面處理的硅烷偶聯(lián)劑為KH550、KH570、KH590中的一種，用量為白炭黑質量的6% 10%。
5.如權利要求1所述的白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法，其特征在于，所述第1.2)步水浴溫度是70 80°C，水浴處理時間為2 釙。
6.如權利要求1所述的白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法，其特征在于，所述第1.3)步調節(jié)白炭黑-水懸浮液的PH值是通過加入KOH或氨水調節(jié)的。
7.如權利要求1所述的白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法，其特征在于，所述第2)步的絮凝劑的質量百分比濃度為 2%。
8.如權利要求1所述的白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法，其特征在于，所述第2)步的絮凝劑用量為300 400ml/100g干膠。
9.一種利用權利要求1-8任一項所述的白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法制備得到的白炭黑改性丁苯橡膠產品。
全文摘要
面向綠色輪胎的白炭黑改性丁苯橡膠的制備方法及其產品涉及將白炭黑用于丁苯橡膠改性技術領域，以期為白炭黑改性丁苯橡膠在輪胎工業(yè)的應用提供指導。該丁苯橡膠的特征在于，含有與丁苯膠乳干膠的質量百分比為30％～100％的白炭黑。制備方法為首先將白炭黑與水混合，得到白炭黑-水懸浮液；然后將白炭黑-水懸浮液進行表面處理，使白炭黑表面有機化；調節(jié)該懸浮液的pH值到9～12；最后與丁苯膠乳均勻混合，得到添加白炭黑的丁苯橡膠液體漿料。然后采用乳業(yè)共混共絮凝工藝制備含有白炭黑的改性丁苯橡膠。本發(fā)明制備的白炭黑/丁苯橡膠，白炭黑在其中均勻分布，力學性能、抗?jié)窕阅芎蜐L動阻力較純丁苯橡膠有顯著提高。
文檔編號C08K3/36GK102558627SQ20111043934
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權日2011年12月23日
發(fā)明者葉欣, 吳友平, 奚梅梅, 張立群, 杜丹超, 桂燕, 董緒超 申請人:北京化工大學