[发明专利]工业木质素填充的高分子复合材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业木质素填充的高分子复合材料及其制备方法和用途，产品形态包括块状与粉末状。属于化工材料及其制备技术领域。

背景技术

乳液共沉是橡胶工业传统的使用橡胶密炼机、开炼机、连续的螺杆式混炼机等高耗能装备进行干法共混的替代技术之一。利用这一方法，目前已经生产出商品化的SBR1100系列高温乳聚充炭黑丁苯母炼胶、SBR1200系列高温乳聚充油丁苯母炼胶、SBR1300系列高温乳聚充油充炭黑丁苯母炼胶、SBR1600系列低温乳聚充炭黑丁苯母炼胶、SBR1700系列低温乳聚充油丁苯母炼胶、SBR1800系列低温乳聚充油充炭黑丁苯母炼胶。但生产过程，由于炭黑污染合成橡胶装置，炭黑在复合材料中的分散不好且均需加入乳化剂导致复合材料的物理机械性能降低，填充量也不大，目前除SBR1700系列产品仍有生产之外，上述其它牌号的产品已基本停产。

王梦蛟等发表的论文《连续相混炼工艺生产的NR炭黑母炼胶》(王梦蛟，王婷，王应龙，连续相混炼工艺生产的NR炭黑母炼胶，轮胎工业，2004，24(3)：135～143)提到，美国卡博特公司开发的CEC弹性体复合材料，将炭黑以机械方式充分分散在水中(不加任何表面活性剂)制得炭黑浆，炭黑浆注入高速转动的搅拌机内与天然胶乳流连续混合，在室温与强烈的紊流条件下，天然胶与炭黑的混合和凝固在不到0.1秒的时间内机械完成，并申明在此过程中不添加任何化学添加剂。由于炭黑在CEC胶料中具有优越的分散性，因此CEC硫化胶的滞后损耗、应力-应变、耐曲挠疲劳和耐磨性都比干法混炼胶有了显著的提高。这种CEC弹性体复合材料的制备，与传统的乳液共沉复合材料生产方法的不同之处在于：1)炭黑浆制备过程中未加入乳化剂；2)胶乳破乳的方式为机械破乳，而非通常的电化学破乳；3)实际上以炭黑为隔离剂，生产过程未加入其它隔离剂；4)CEC弹性体复合材料的外观形态为由扁平胶条组成的非常易碎的大胶包；5)生产使用未披露相关信息的高速搅拌机；6)炭黑的填充量较小，以橡胶组分重量份为100份计，一般小于100份，以50～70份为最佳。

粉末橡胶泛指粒径小于1mm、具有良好流动性的生胶粒子或者补强剂填充的复合材料粒子，是传统的块状橡胶的补充。

粉末橡胶的生产原料，橡胶组分来源可以是块状橡胶、胶乳、胶液、橡胶悬浮液；辅料包括隔离剂、乳化剂、填料、防老剂，有时还添加一些硫化剂、促进进、软化剂等。生产方法包括块状橡胶粉碎法，胶乳、胶液喷雾干燥法，胶乳闪蒸干燥法、冷冻干燥法、凝聚法、微胶囊法等。无论是何种方法制造的粉末橡胶，在加工过程中均需进行防粘隔离处理，以保证粉末橡胶具有自由流动性，在储存、运输过程不发生粘连。常用的隔离技术包括：1)加隔离剂法。隔离剂包括胶乳在凝聚过程中反应自发产生的隔离剂，也包括从外部加入的隔离剂。从外部加入的隔离剂有有机隔离剂，如二甲基硅油等有机聚合物；也有无机隔离剂，如白炭黑、炭黑、滑石粉、碳酸钙等。2)胶乳接枝法。胶乳凝聚成粉前，在橡胶粒子表面接枝上一层玻璃化温度高于室温的聚合物，如聚苯乙烯等。3)表面氯化法。对凝出的橡胶粒子进行氯化处理，使胶粒表面失去粘性。4)表面交联法。胶乳凝聚成粉后，使已加入胶乳中的硫化剂、促进剂发生与橡胶的交联反应，使胶粒表面失去粘性。5)辐射交联法。对胶乳进行辐射处理，使橡胶发生交联反应，从而使胶粒表面失去粘性。

但是，由于粉末橡胶存在以下缺点，使其基本局限于塑料、树脂改性领域，难以在橡胶制品领域实际应用：制备粉末橡胶时，为了阻止生胶粒子的粘连，添加有一定的隔离剂，隔离剂的存在对粉末橡胶的性能有负面影响，特别是用量较大时，与对应的块状橡胶相比性能差异会更大。

本发明的申请人在申请号为201210232822.3的发明中，公开了一种工业木质素补强橡胶及其制备方法，其特征是：1)包括木质素分散体、胶乳和少量增塑剂、操作油，或者包括多组份木质素分散体、胶乳和少量增塑剂、操作油；2)木质素分散体为木质素在水中的悬浮液，木质素的重量份数为5～30％，多组份木质素分散体为木质素、无机填料在水中的悬浮液，木质素与水的重量比例为5～30∶95～70；3)在木质素分散体和多组份木质素分散体中，木质素为羟甲基化改性木质素。其制备方法是：1)制备木质素，2)制备木质素分散体，3)制备胶乳，4)共沉凝固，5)制得工业木质素补强橡胶。

专利申请号为201210232822.3的发明，虽然在不降低橡胶混炼胶物理机械性能的同时，合并了木质素与橡胶生产过程的干燥过程，降低了橡胶混炼的动力消耗，但是还存有以下不足：