[发明专利]一种棕榈灰-天然橡胶复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及天然橡胶复合材料的制备方法，特别涉及一种棕榈灰-天然橡胶复合材料的制备方法，属于橡胶复合材料生产技术领域。

背景技术

天然橡胶是从巴西橡胶树上采集的天然胶乳，经过凝固、干燥等加工工序而制成的弹性固状物。天然橡胶的主要成分为聚异戊二稀，含量在90%以上，因为结构中含有不饱和的碳碳双键，这种双键很活泼，容易发生加成和其它化学反应，所以光、热、臭氧、辐射、屈烧变形和铜、猛等金属都能促进橡胶的老化。耐老化差一直是天然橡胶的致命弱点，限制了它在一些特殊场合的应用。为了克服天然橡胶的这些局限性，对天然橡胶改性的研究工作就显得格外重要。凡能提高天然橡胶的拉伸强度、定伸应力、抗撕裂、硬度、耐磨耗性能的配合剂都叫补强剂，如炭黑，白炭黑，滑石粉、碳酸钙、淀粉、短纤维、纳米SiO₂等等。其中炭黑，白炭黑、碳酸钙、滑石粉等的体积价格远远低于天然橡胶，将它们能大量加入天然橡胶中作为补强型填充剂，既改善了橡胶了某些性能有降低了体积成本。

但是这些填充剂还存在一些缺点，应用具有局限性，如炭黑制品色调单调，只能生产黑色制品、污染严重、加工时间长、对石油存在依赖性、性能欠缺；白炭黑价格相对较高、需进行表面处理就提高了加工成本、导电性差、用作处理白炭黑的某些硅烷偶联剂具有低毒性、密度小易产生飞扬，造成严重污染和危害人体健康。碳酸钙的应用也具有局限性：（1）亲水疏油性；（2）通常碳酸钙的粒子较粗，比表面积小，表面活性低，缺乏补强效果。

针对以上现象，现今人们应着力发展价格低廉的新型绿色增强剂。从这个方面讲，棕榈灰（PA）从其化学组成看似乎是一个很有价值可选物，它主要是由大量的二氧化硅、氧化钾、氧化钙等成分组成，其中二氧化硅含量高达20%～50%，又是固体废物通常用作燃料后的废弃物。利用该固体废物作为聚合物复合材料中的填料是非常重要的，因为，首先这种废物非常丰富，价格低廉；其次，这些废物如果丢弃会造成环境污染。正因为如此，近年来，研究人员逐步开展了PA在橡胶及塑料领域的应用研究，先后采用PA与丁苯橡胶（SBR）、环氧化天然橡胶（ENR）、三元乙丙橡胶（EPDM）和天然橡胶（NR）等制成了一系列复合材料。但其补强效果差强人意，其复合材料的拉伸强度也只是6~10MPa。其主要问题是前期研究人员主要通过机械混炼方式制备棕榈灰/橡胶复合材料。由于PA本身具有较强的表面极性，采用机械混炼方式制备棕榈灰/橡胶复合材料，必然导致PA在橡胶基体中分散不均匀，产生局部团聚现象，界面粘接效果差。因此，对PA进行表面改性，并采用新型工艺制备棕榈灰/橡胶复合材料，改善PA在橡胶基体中的分散程度，无疑是提高PA对橡胶的补强效果的主要途径。

本发明利用不饱和羧酸分子中的羧基能与金属氧化物反应的特性在橡胶混合物中进行原位改性棕榈灰填充天然橡胶制备棕榈灰/天然橡胶复合材料，同时利用不饱和双键又可以参与橡胶分子链的交联反应，使棕榈灰通过不饱和羧酸的桥联作用连接到橡胶的交联网络上，改善棕榈灰在天然橡胶中的分散效果，从而实现了棕榈灰与天然橡胶之间的强结合作用，制备出高性能棕榈灰-天然橡胶复合材料。 可以达到充分利用资源，提高经济效益，保护环境的目的，对于促进橡胶工业多元化的发展和环保事业具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种棕榈灰-天然橡胶复合材料的制备方法，使废弃的材料可以充分有效利用，制备出高性能的棕榈灰-天然橡胶复合材料。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

在去离子水中加入棕榈灰和适量的偶联剂及阴离子表面活性剂，搅拌超声分散，制备棕榈灰水分散体；同时采用适量的非离子表面活性剂对适量的对乳状天然橡胶进行稳定，然后在不断搅拌条件下将上述的棕榈灰水分散体均匀地混合到乳状天然橡胶中，同时在60℃水浴条件下滴加经氢氧化钾调好pH值的不饱和羧酸中和溶液和引发交联剂，得到胶乳状态的棕榈灰-天然橡胶复合材料；将该复合材料进一步通过凝固、压片、洗涤、干燥等标准中国橡胶常规加工工艺，得到干胶状态的棕榈灰-天然橡胶复合材料。

以上实施方案所述的棕榈灰、偶联剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、以干胶计的乳状天然橡胶、不饱和羧酸、引发交联剂的份量以重量份计为：

棕榈灰：5~30份；偶联剂：1~3份；阴离子表面活性剂：0.2~0.4份；非离子表面活性剂：0.3~0.6份；以干胶计的乳状天然橡胶：100份；不饱和羧酸：2~5份；引发交联剂：1~3份。

因此，本发明所述的棕榈灰-天然橡胶复合材料的制备方法，优选采用如下实施方式：