[发明专利]一种白炭黑/粘土/橡胶纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种橡胶复合材料的制备方法，特别涉及一种粘土、白炭黑与橡胶的复合材料制备方法。该方法可以提高胎面胶的抗湿滑性能，耐切割性能和疲劳龟裂性能。属于橡胶基复合材料领域。

背景技术

近年来，有机聚合物/无机纳米粒子复合材料的制备已成为各国研究的热点课题之一。随着汽车向高速、安全、节能、舒适化方向的发展，对轮胎高性能化的要求也逐年提高，这就要求轮胎胎面具有良好的抗湿滑性能，优异的耐磨性、低的滚动阻力特性，同时有较好的耐切割和耐疲劳性能。自上世纪九十年代，白炭黑作为补强填料广泛应用于轮胎胎面配方中，使上述的轮胎胎面要求的“魔鬼三角”性能获得较明显的平衡。粘土作为一种资源丰富的矿物，价格低廉，具有良好的物理和力学性能以及高的耐化学品性能等，更重要的是其具有天然的纳米结构。当它以纳米单元体分散在聚合物基体中，可以发挥其纳米效应，和白炭黑不同的是粘土具有独特的片层结构，可以赋予材料高增强性，良好的抗撕裂性能及耐疲劳龟裂性能。碳黑和粘土共同增强胶料可取的较优异的性能，但白炭黑和粘土共同增强橡胶胎面材料且未见报道。

CN1900149(公开日：2007年1月24日)公开了一种有机改性的粘土与丁苯橡胶纳米复合材料的制备方法，该方法是将具有层状晶层重叠结构的粘土和水的悬浮液与丁苯胶乳混合，再经过破乳絮凝，干燥脱水、混炼、硫化，得到粘土与丁苯橡胶纳米复合材料；该发明中有机改性剂采用烷基铵盐，有机改性剂与粘土的质量比为0.1％～0.5％。制备的复合材料中橡胶大分子进入粘土片层间，使粘土片层间距扩大，有明显插层现象；在橡胶基体中粘土片层呈纳米尺度分散，具有很好的增强效果。由它所得的硫化胶力学性能尤其是拉伸强度有显著地提高。但是，该发明仅局限于丁苯胶乳，对于溶聚丁苯和其他一些聚合胶乳则不可行，因为粘土水悬浮液和聚合胶液不相混溶，无法实现均相复合。

CN200710304792.1公开了一种高性能工程轮胎胎面胶料。在原胶料配方中，每100份橡胶，加入乳液法制备的粘土/橡胶纳米复合母胶，保证粘土的用量范围为1-10份，同时炭黑的用量，其减少的量为1份粘土替代1-5份炭黑。虽然取得较好效果，但需要先用乳液法制备粘土/橡胶纳米复合材料，并不适用于所有胶种。

上述方法的共同特点都是将填料的水溶液与胶乳共混在一起，搅拌均匀之后加入絮凝剂，而后通过乳液共沉的方法得到絮凝产物，洗涤、干燥后可得纳米复合材料，以上方法仅仅局限于乳液聚合得到的胶乳作为基本材料，并不适用于所有胶种。用喷雾法将白炭黑成功插入粘土片层当中制成复合填料并填充到橡胶基体中，有关这方面的工作至今未见报道。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的一些问题，提供一种不受基体限制、不需任何溶剂、工艺简单、易于工业化的粘土/白炭黑/橡胶纳米复合材料的制备方法。

本发明所提供的一种粘土/白炭黑/橡胶纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将一定量的粘土和去离子水混合，强烈搅拌5小时以上，静置24小时以上，得到稳定的粘土悬浮液，使得粘土质量含量在1.5wt％～3wt％。同样将一定量的白炭黑和去离子水混合，强力搅拌或超声震荡，制得白炭黑/水的稳定悬浊液，使得白炭黑质量含量1wt％～4wt％，根据含量可配制成粘土/白炭黑质量比为1/5～2/1的混合悬浊液，经喷雾干燥制得粘土/白炭黑复合填料。

(2)将步骤(1)中得到的复合填料和白炭黑混合，使粘土/白炭黑质量比例在1/49～1/4之间，和硅烷偶联剂，在开炼机上填充到胶料当中，然后在一定温度下热处理，对白炭黑原位改性，将热处理后的混炼胶在开炼机上依次加入配合剂，混合均匀，下片。

(3)试样进行硫化。

本发明所用的白炭黑，可根据需要选择型号，粒径范围20nm-200nm。为防止复合材料杂质形成缺陷过多，影响性能，对粘土的纯度有一定要求，可直接使用市售的平均粒径≤80微米的高纯蒙脱土，该高纯蒙脱土的蒙脱土含量≥90％。高纯蒙脱土的平均粒径越小，越有利于粘土片层的分散。