[发明专利]高岭土/白炭黑共混改性制备并用胶复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及非金属矿的深加工、应用和复合材料技术，具体涉及对高岭土/白炭黑共混填料进行改性以及在并用胶复合材料中的应用。

背景技术

纳米级的炭黑和白炭黑是橡胶工业传统的补强填料，但炭黑的生产主要来源于石油，生产成本高，又存在环保问题。白炭黑不管是气相法还是沉淀法的，生产成本都较高，采用来源广泛、价格低廉的高岭土部分取代炭黑和白炭黑作为补强填料，不仅能够降低复合材料的生产成本，而且能够起到补强的作用，因此，用改性的高岭土部分替代炭黑和白炭黑，共同填充橡胶，具有较好的应用前景。

近年来，利用高岭土替代炭黑和白炭黑补强橡胶材料的研究较多。例如：刘钦甫等发明了一种具有补强和阻隔双重性能的高岭土/橡胶纳米复合材料(专利号：CN 101381488A)，该方法将纳米高岭土粉体与橡胶共混，其复合材料具有良好的物理机械性能和阻隔性；刘志强等发明了一种改性煅烧超细高岭土填充料的方法(专利号：CN 03151290.9)，该方法将煅烧和改性工艺结合，制备的改性高岭土填充PVC可应用于电线电缆；管俊芳等发明了一种软质橡胶鞋底用高岭土/丁苯橡胶复合材料的制备方法(专利号：CN 101875733A)，该方法对-45μm高岭土分级和磨剥后，进行改性处理，填充至丁苯橡胶，其复合材料性能达到软质橡胶鞋底的物理机械性能要求；陈永辉等发明了一种超细复合改性高岭土粉体的制备方法（专利号：CN 101372558A），制备的改性粉体表面活性和分散性良好，可应用于轻型汽车轮胎胎面胶、水性建筑外墙涂料和PE大棚膜材料中；严春杰等发明了一种丁基胶塞用煅烧高岭土的制备工艺（专利号：ZL 200710052951.3），采用煤系高岭土，经水洗—磨细—打散—分级—插层—煅烧—打散—分级等工艺，制备的高岭土填充后可用于丁基胶塞；程先忠等发明了一种用煤系高岭土制备丁基橡胶瓶塞补强填料的方法（CN 1654549），煤系高岭土经选矿、水洗、粗碎、煅烧增白、粉碎改性后粒度细、有害金属离子低，可作为氯化丁基橡胶瓶塞的补强填料。

以上专利文献所公布的方法的共同点在于单独对高岭土进行加工和改性研究，将其应用到橡胶材料中。这些方法大多以纳米高岭土作为研究对象或者要利用选别、破碎、磨细、煅烧等工艺将高岭土加工到较细的粒度进行改性处理才能取得较好的补强效果，而大多廉价的高岭土仅为微米级，单独改性这些高岭土制得的橡胶复合材料性能不佳，应用领域有限，只能作为某些功能性材料，尽管选别、破碎、磨细、煅烧等手段可显著的提高微米级高岭土的补强效果，但工艺复杂，成本较高。所以，在某些对复合材料的综合力学性能要求较高的领域，炭黑和白炭黑等传统补强填料的作用依然无法完全替代。

施利毅等公布了一种偶联剂改性白炭黑增强载重轮胎胎面胶性能的方法（CN 101555363A），该方法将纳米白炭黑干燥和偶联剂改性处理后添加到生胶中进行混炼。制备的载重轮胎胎面胶的拉伸强度、撕裂强度、硬度等大幅度提高；朱建忠等发明了一种利用改性白炭黑制备耐用橡胶的方法（CN 102229713A），该方法用偶联剂Si69对白炭黑进行改性处理，然后将其填充到烟片胶、顺丁橡胶组成的并用胶中。该方法提高了硫化胶的物理机械性能，改善了产品的动态性能，提高了屈挠次数、耐疲劳性和使用寿命；康旭等发明了一种硅烷改性的白炭黑-炭黑复合填料的制备方法（CN 101798473A），该方法将沉淀法白炭黑和气相法白炭黑混和后加入多硫硅烷，反应彻底后加入炭黑高速混合，冷却即得改性好的复合填料。该方法改善了气相法白炭黑在橡胶中的分散性，应用于轮胎胎面胶可明显降低轮胎滚动阻力，节省能耗。

以上有关白炭黑的专利技术主要应用于汽车轮胎的胎面胶，这对填料的补强效果和复合材料的综合力学性能要求较高。作为轮胎产品，必须控制胎面磨耗，同时减小滚动阻力、具备良好的抗湿滑性能。相对于高岭土填料，白炭黑的加入能够减小滚动阻力，使复合材料具备良好的耐磨性能和撕裂性能，节省油耗，延长使用寿命。然而，纳米级的白炭黑表面极性很高，填充时混入困难，且填充份数有限，同时白炭黑表面吸附大量药剂，延迟硫化，这些都在一定程度上增大了加工成本。

此外，单一胶种制备的复合材料往往难以获得优良的综合性能，天然橡胶机械强度好易裂解和老化，丁苯橡胶硫化平坦性好加工性能较差，顺丁橡胶耐磨耐寒抗湿滑性差。应用于汽车轮胎胎面胶时，往往难以控制胎面磨耗，同时减小滚动阻力和具备良好的抗湿滑性能。

发明内容