[发明专利]一种预处理白炭黑∕天然橡胶复合材料的制备方法

说明书

技术领域：

本发明提供了一种用于制备高性能高分散的白炭黑/天然橡胶纳米复合材料的方法；本发明涉及天然橡胶复合材料的性能改进技术领域，具体涉及一种添加白炭黑的天然橡胶液体浆料的制备方法及其产品。 

背景技术：

白炭黑作为最佳白色增强剂，最初被广泛用于白色和彩色橡胶制品中，在70年代的两次石油危机期间，由于用石油制取的炭黑价格剧增，人们开始研究白炭黑是否能替代炭黑使用在轮胎中。近年来，随着“绿色轮胎”的出现和推广，白炭黑补强橡胶越来越引起人们的重视，白炭黑的用量有明显的增长趋势。其原因包括白炭黑填充的轮胎因低滚动阻力兼得抗湿滑性而获得更好的燃油节省，延长了胎面寿命。但是与常用炭黑相比，白炭黑外表面存在的大量活性硅羟基使其亲水性强，很难在有机相中湿润和分散，同时白炭黑粒径更小，其较大的比较面积和表面硅羟基的存在造成其极大的表面能，白炭黑粒子总倾向于凝聚，导致其在橡胶基体中分散性不好。因此，白炭黑分散不佳的问题在这一应用领域十分突出。 

用本发明制备方法制备出添加白炭黑的天然橡胶液体浆料，由此浆料制得的白炭黑改性天然橡胶中的白炭黑分散状态良好。 

发明内容：

本发明的目的在于提供一种添加白炭黑的天然橡胶液体浆料的制备方法的同时解决实验过程中天然胶乳易早期固化的问题。 

本发明所使用的白炭黑的主要成分为无定形的SiO₂，SiO₂表面上存在大量的-OH，暴露在空气中会吸附空气中的水，在SiO₂表面会形成一层水膜。这层水膜在橡胶与白炭黑混炼的过程中会阻碍白炭黑与橡胶的结合，橡胶分子链不能很好的包裹跟缠绕SiO₂颗粒的表面。本发明用机械共混的方法制备白炭黑改性橡胶复合材料，性能检测表明白炭黑对于橡胶基体表现出一定补强 效应，但在开炼机的共混过程中白炭黑与胶料共混难且胶料的生热大。研究发现，白炭黑在橡胶基体中团聚现象普遍存在，从复合材料增强的原理出发，要求用于补强的填充物应在基体中均匀分散。因此，解决白炭黑在橡胶基体中的分散问题，就成为白炭黑改性天然橡胶复合材料制备及其性能优化的关键。 

本发明所提出的添加白炭黑的天然橡胶液体浆料，其特征在于，白炭黑质量与天然胶乳干胶质量之比为1%～100%。 

制备上述添加白炭黑的天然橡胶液体浆料的方法，其特征在于，依次含有以下步骤： 

1）白炭黑悬浮液的制备：将白炭黑和水搅拌预混合，制备一定浓度的白炭黑/水悬浮液。 

2）在70～80℃水浴环境中，使用硅烷偶联剂对白炭黑进行表面处理，处理时间为2～5h，使其表面有机化，当仅使用偶联剂时，偶联剂的用量为白炭黑质量的5%～7%。当偶联剂使用量为白炭黑质量的8%～10%时，需要和表面活性剂配合共同使用； 

3）调节上述白炭黑-水悬浮液的pH值到7～8； 

4）将浓缩的天然胶乳稀释，当偶联剂用量大于白炭黑质量的7%时，需要在稀释的胶乳中加入表面活性剂提高稳定性； 

5）将上述调节pH值后的白炭黑-水悬浮液与天然胶乳均匀混合，得到添加白炭黑的天然橡胶液体浆料； 

6）向上述的白炭黑水浆和天然胶乳的混合液中加入絮凝剂。 

所述第1）步配置的白炭黑水浆的浓度为5%～15%。所述第2）步水浴温度是70～80℃，水浴处理时间为2～5h。所述第2）步对白炭黑进行表面处理的偶联剂为KH550、KH570、KH590中的一种（最优偶联剂为KH570）。所述第3）步调节白炭黑-水悬浮液的pH值是通过加入醋酸调节的；所述第4）步浓缩天然胶乳的固含量为60%，稀释后的天然胶乳固含量为10%～30%。所述第2）、4）步提高天然胶乳稳定性的表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十 二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠中的一种，用量均为白炭黑质量的1%～3%。所述第6）步所使用的絮凝剂为质量百分比浓度为2%CaCl₂、1%HCl、1%H₂SO₄中的一种。絮凝剂的用量为100g纯胶的干胶质量对应使用400ml絮凝剂。所述第5）步其中白炭黑-水悬浮液与天然胶乳的质量比为7:5～7:20。 

实验证明：本发明制备得到的添加白炭黑的天然橡胶液体浆料，白炭黑在其中均匀分散，可用其直接加工制备添加白炭黑改性的硫化天然橡胶等橡胶制品。 

具体实施方式：