專利名稱：用作橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑的新型有機(jī)土的制作方法
橡膠工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活中起著舉足輕重的作用，全世界每年消耗橡膠數(shù)百萬(wàn)噸。然而，純橡膠的強(qiáng)度很低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了實(shí)用要求，絕大多數(shù)橡膠制品必須使用補(bǔ)強(qiáng)劑進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。長(zhǎng)期以來(lái)，炭黑和白炭黑作為橡膠工業(yè)賴以存在和發(fā)展的補(bǔ)強(qiáng)劑而占據(jù)著絕對(duì)主導(dǎo)地位，其用量約占生膠用量的30％，僅我國(guó)每年的用量就達(dá)數(shù)十萬(wàn)噸。
近年來(lái)發(fā)現(xiàn)，具有豐富天然資源的蒙脫土經(jīng)適當(dāng)處理后與橡膠復(fù)合，可制成具有優(yōu)異性能的新型橡膠納米復(fù)合材料。有關(guān)蒙脫土/橡膠復(fù)合材料的研究成果給這一問(wèn)題的解決指出了新的道路。
本發(fā)明針對(duì)橡膠補(bǔ)強(qiáng)，制備出一種含有雙鍵基團(tuán)的新型填料(XL-clay)，該填料與橡膠相容性好，易于分散在橡膠中。
本發(fā)明分別用直接混煉法和專利98101496.8提出的橡膠乳液插層法，將填料添加到橡膠中。制得的納米復(fù)合材料性能優(yōu)良，可以大幅度提高橡膠的力學(xué)性能，擴(kuò)展了橡膠的各種用途。有機(jī)蒙脫土將成為21世紀(jì)橡膠的新型補(bǔ)強(qiáng)劑，在橡膠工業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。
本發(fā)明主要采用以下技術(shù)方案1.季銨鹽的合成本發(fā)明所要合成的XL-季銨鹽反應(yīng)式如下
R＝CnH2n+1n＝12，14，16，18(1)反應(yīng)路線的選擇采用叔胺和烯丙基氯在非水條件下直接反應(yīng)法。此方法條件簡(jiǎn)單，容易實(shí)施，雖然叔胺用量較大，但是可以通過(guò)控制條件，減少副反應(yīng)的發(fā)生。因此本發(fā)明選擇此實(shí)施方法進(jìn)行反應(yīng)。
(2)反應(yīng)溫度的選擇通過(guò)實(shí)驗(yàn)本發(fā)明確定反應(yīng)的溫度在20～60℃時(shí)較好。
(3)反應(yīng)時(shí)間的確定通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定本發(fā)明的反應(yīng)時(shí)間在3～5hr為宜。
2.有機(jī)土的制備(1)蒙脫土漿的制備插層反應(yīng)必須使用蒙脫土漿，才能使反應(yīng)完全徹底。而Ca基土的膠化能力弱，必須給以高能分散。本發(fā)明使用高速(超過(guò)10000轉(zhuǎn)/分)乳化設(shè)備。為了使蒙脫土充分膠化，所配制的土漿要充分靜置(48hr以上)。
(2)蒙脫土的有機(jī)化影響有機(jī)土產(chǎn)品質(zhì)量的因素有蒙脫土漿的濃度、季銨鹽用量和反應(yīng)液的pH值。
①蒙脫土漿濃度低時(shí)，產(chǎn)量小，規(guī)模上不去；蒙脫土漿濃度太大時(shí)，產(chǎn)品成固態(tài)凝膠，取料及分離都很困難。本發(fā)明針對(duì)上述因素，提出2～6％的蒙脫土漿濃度是適宜的。
②季銨鹽用量對(duì)有機(jī)土的質(zhì)量影響很大，實(shí)驗(yàn)表明，季銨鹽用量是離子交換量的4～6倍時(shí)，產(chǎn)品在有機(jī)溶劑中較易膠化、分散。
③本發(fā)明中水溶液的pH值在7～9之間。
3.橡膠/有機(jī)土復(fù)合材料的制備本方法采用直接混煉法和橡膠乳液插層法，其中橡膠乳液插層法包括如下步驟A將有機(jī)蒙脫土懸浮液在強(qiáng)烈攪拌下與橡膠乳液混合，形成均勻的混合液，B加入電解質(zhì)類凝聚劑進(jìn)行絮凝C再將絮凝物脫水，烘干，制得有機(jī)土/橡膠納米復(fù)合材料。
4.力學(xué)性能的測(cè)試測(cè)試橡膠/有機(jī)土復(fù)合材料的力學(xué)性能。
其基本配方為橡膠100；氧化鋅5；硬脂酸2促進(jìn)劑D0.5；促進(jìn)劑DM0.5；促進(jìn)劑TMTD0.2；硫磺1.5；防老劑4010DN1，補(bǔ)強(qiáng)劑30。硫化溫度150℃，硫化時(shí)間由硫化儀確定。
發(fā)明實(shí)施實(shí)例在1升的反應(yīng)釜中加入100ml的烯丙基氯，升溫至40℃，加入300ml的二甲基十八烷基叔胺，開(kāi)啟攪拌器，反應(yīng)3hr，過(guò)濾，在常溫下真空干燥或者風(fēng)干后備用。
在高速乳化器中加入330ml自來(lái)水及1.0g無(wú)水Na2CO3，開(kāi)啟攪拌，稱取180目的原料土10g，分批加入乳化器中，30min后，取出懸浮液過(guò)300目篩，將篩出物靜置48hr后備用。
取上述膨潤(rùn)土漿100ml加入250ml反應(yīng)釜中，攪拌(速度＞600r/m)，調(diào)節(jié)pH為8.0，稱取季銨鹽4.0g，用30ml去離子水溶解后加入反應(yīng)釜，反應(yīng)2.5hr，靜置24hr后抽濾，常溫下真空干燥，即得到產(chǎn)品備用。
將上述有機(jī)土5g在水中攪拌得懸浮液，與625g丁苯橡膠乳在室溫下攪拌混合，然后用2％鹽酸溶液進(jìn)行絮凝。對(duì)絮凝物進(jìn)行沖洗至中性，經(jīng)混煉和硫化即得到有機(jī)土/丁苯橡膠復(fù)合材料。
將10份有機(jī)土在丁基橡膠混煉過(guò)程中直接加入，硫化，即得到有機(jī)土/丁基橡膠復(fù)合材料。
測(cè)試這兩種復(fù)合材料的力學(xué)性能，如表1表2表1-有機(jī)土/丁苯橡膠復(fù)合材料力學(xué)性能
表2-有機(jī)土/丁基橡膠復(fù)合材料力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.本發(fā)明的新型有機(jī)土是由季銨鹽插層蒙脫土得到的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的新型有機(jī)土，其中所述的季銨鹽可用下述通式代表
3.根據(jù)權(quán)利要求1的新型有機(jī)土，其中所述的季銨鹽通式，R1是(1，2)-烯丙基。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的新型有機(jī)土，其中所述的季銨鹽通式，R2為十二、十四、十六或十八碳烷基。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的新型有機(jī)土，其中所述的季銨鹽通式，R3和R4可以相同也可以不同，選自甲基、乙基或7～10個(gè)碳的芳烷基；X-是氯離子、溴離子或碘離子。
全文摘要
本發(fā)明涉及了一種用作橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑的新型有機(jī)土。本發(fā)明的主要特征在于(1)該有機(jī)蒙脫土是由鈣基蒙脫土和季銨鹽反應(yīng)生成的；(2)該季銨鹽結(jié)構(gòu)有如下特征a.四個(gè)碳鏈中至少有一個(gè)碳鏈帶有雙鍵基團(tuán)；b.至少有一個(gè)碳鏈為長(zhǎng)十二、十四、十六或十八碳烷基。該有機(jī)蒙脫土不僅可以大幅度提高橡膠的強(qiáng)度，適用于輪胎內(nèi)胎、氣密層、膠帶、膠鞋等制品。有機(jī)蒙脫土將成為21世紀(jì)橡膠的新型補(bǔ)強(qiáng)劑，在橡膠工業(yè)中具有廣闊的發(fā)展前景。
文檔編號(hào)C09C3/08GK1664022SQ20041000475
公開(kāi)日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2004年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月5日
發(fā)明者徐燕莉, 花曉泉 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)