[发明专利]一种利用甲基丙烯酸羟乙酯橡胶接枝改性白炭黑增强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，特别涉及一种甲基丙烯酸羟乙酯橡胶接枝改性白炭黑增强天然橡胶复合材料的制备方法，属于橡胶材料生产技术领域。

背景技术

由于自由体积大，分子间作用力小，结晶能力差，绝大多数橡胶若不经补强，则其综合性能无法达到应用目的。为了提高橡胶的拉伸强度，撕裂强度和耐磨耗性等性 能，改善加工工艺，降低成本，通常会在橡胶中加入增强剂。因此，自橡胶工业化应用开始，人们一直致力于橡胶增强机理及相关技术研究。从氧化锌到炭黑，再到各种各样填充补强剂及相关技术的开发应用，寻找高效、简便、经济的增强方式和增强剂一直是橡胶科学研究的重点和热点。

白炭黑是一种十分重要的白色无机填料，被广泛应用于塑料、橡胶、涂料和造纸等工业领域。但由于白炭黑的表面能高，极易聚集，在橡胶中难以分散，加工困难；对硫化促进剂有很强的吸附作用，造成硫化延迟和交联度低，增强性能差等问题。所以一直以来，白炭黑能作为增强剂使用是与其表面的有机化改性分不开的 。

目前，工业上多用硬脂酸对白炭黑进行表面改性，但仅为物理改性，白炭黑颗粒与橡胶基体的作用力很弱；也有用偶联剂对白炭黑进行改性，但成本较高、制备艺复杂、难于均匀分散等缺点。近年来，许多研究者为了进一步扩展和优化白炭黑填充复合材料的使用性能，扩大其应用领域，官能化聚合物改性白炭黑的研究也成为一个热点。刘吉文[环氧天然橡胶接枝高分散白炭黑增强天然橡胶复合材料的制备及特征，高分子学报，2008，（2）：123-128]等采用了环氧天然橡胶固态接枝白炭黑制备出了一种新型高分散白炭黑，结果表明了接枝白炭黑在天然橡胶中具有良好的分散性并能明显改善对天然橡胶的增强效果；虽然白炭黑在橡胶基体中的分散性得到了一定的改善，但通过固态接枝白炭黑还是有一定的缺陷，塑炼少了，白炭黑分散不匀，塑炼多了，会打断橡胶分子链，两方面都影响了橡胶复合材料的性能，不能获得理想的补强效果。

因此，目前还需要提供一种可显著改善白炭黑在橡胶基质中的分散性又能使白炭黑在橡胶基质中能与橡胶分子链产生交联，且可简化生产橡胶制品的工艺流程，有利于加工过程的自动化控制、节能环保的高性能的白炭黑/天然橡胶复合材料的制备方法是业界所期盼的。

发明内容

本发明的目的在于解决经传统改性剂处理白炭黑对橡胶补强效果不佳的问题，通过采用极性强、含活泼羟基基团的甲基丙烯酸羟乙酯橡胶胶乳对白炭黑接枝改性，利用甲基丙烯酸羟乙酯橡胶胶乳与天然胶乳之间优异的相容性，改善白炭黑在天然胶乳中的分散效果，提高白炭黑对天然橡胶的补强作用。

为实现上述发明的目的，本发明采取的技术方案如下：

一种利用甲基丙烯酸羟乙酯橡胶接枝改性白炭黑增强天然橡胶复合材料的制备方法，包括如下步骤：

在去离子水中加入白炭黑和适量的偶联剂及阴离子表面活性剂，搅拌超声分散，随后加入适量的乳状甲基丙烯酸羟乙酯橡胶，继续采用搅拌超声分散，制备白炭黑乳液分散体；同时采用适量的非离子表面活性剂对适量的乳状天然橡胶进行稳定，然后在不断搅拌条件下将上述的白炭黑乳液分散体均匀地混合到乳状天然橡胶中，同时在50~70℃水浴条件下滴加引发交联剂，得到胶乳状态的甲基丙烯酸羟乙酯橡胶接枝改性白炭黑-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，得到干胶状态的甲基丙烯酸羟乙酯橡胶接枝改性白炭黑-天然橡胶复合材料。

所述的白炭黑、偶联剂、阴离子表面活性剂、以干胶计乳状甲基丙烯酸羟乙酯橡胶、非离子表面活性剂、以干胶计的乳状天然橡胶、引发交联剂的份量（以重量份计，下同）为：

白炭黑：10~80份；偶联剂：2~4份；阴离子表面活性剂：0.3~0.7份；以干胶计的乳状甲基丙烯酸羟乙酯橡胶：5~40份；非离子表面活性剂：0.3~0.9份；以干胶计的乳状天然橡胶：100份；引发交联剂：1~3份。

一种利用甲基丙烯酸羟乙酯橡胶接枝改性白炭黑增强天然橡胶复合材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）改性白炭黑乳液分散体的制备：

在白炭黑中加入乙醇，边搅拌边超声分散，然后加入2~4份经乙醇水解的偶联剂和0.3~0.7份的阴离子表面活性剂，在35℃~90℃温度条件下反应1~2小时，然后再加入乳状甲基丙烯酸羟乙酯橡胶，在温度为70℃~90℃条件下，同时边搅拌边超声分散下反应1~2小时，制成甲基丙烯酸羟乙酯橡胶接枝改性白炭黑乳液分散体； 

（2）胶乳状态的白炭黑-天然橡胶复合材料的制备：