[发明专利]利用改性微晶纤维素制备轮胎胎面胶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轮胎胎面胶的制备工艺，尤其涉及一种利用改性微晶纤维素制备轮胎胎面胶的方法。

背景技术

炭黑、白炭黑作为橡胶工业的高效补强剂，它们在橡胶补强中拥有无可取代的地位。但炭黑在加工和使用过程中存在如下问题：①加工污染严重，炭黑在生产、储运及向橡胶中添加时极易飞扬，即使是密炼机也难避免对操作人员健康的损害；②加工时间长，耗能大；③对石油的依赖性大。炭黑是石油化工产品，其持续大量的消耗必然无益于缓解石油资源的日益紧张；④炭黑密度较高，从而使硫化橡胶密度明显增加，从而在一定程度上损害了高分子材料质轻这一重要特性，增加了橡胶制品的体积成本。

纤维素是植物通过光合作用合成的天然高分子材料，它广泛存在于植物、动物和细菌中，每年自然界可产生的纤维素高达10¹⁰～10¹¹ 吨。天然纤维素再生后可制备成各种再生纤维素短纤维。作为一种资源丰富的可再生、可降解的短纤维，如能将其应用于橡胶材料的补强，将为发展低成本、高性能、可降解的橡胶基复合材料工业注入新的活力。

近年来，作为天然高分子聚合物的微晶纤维素在橡胶补强研究及其高性能轮胎中的应用引起了人们的广泛关注。目前在橡胶工业，改善微晶纤维素在橡胶基体中的最常用的方法有两种，一种是加入表面改性剂，另一种是表面化学接枝。其中表面化学接枝法效果较好，但一般反应条件比较苛刻，处理工艺比较繁琐，生产成本较高。加入表面改性剂是一种简单、方便的方法。目前处理微晶纤维素比较常用的有硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、表面活性剂等小分子化合物。这些小分子化合物可以与白炭黑表面的羟基发生反应，一般需要对白炭黑进行预处理，而且释放出小分子物质，对环境和操作人员造成危害。

目前在高分子工业，对于微晶纤维素的改性方法较多，中国专利（专利号03114288.5）在纳米微晶纤维素的水分散介质中添加亲水性胶体并用超声波进行均匀分散，然后干燥、粉碎制得易水分散纳米微晶纤维素。美国专利（专利号3539365）中披露了在超细纤维素微晶（粒径最小达微米级）中通过共混加入羟甲基纤维素，以克服超细纤维素微晶因表面氢键作用也发生的团聚。中国专利（专利号03126825.0、申请号201210156331.5）在液体分散介质中，在催化剂作用下，将超细和纳米微晶纤维素与酯化液反应，得到表面酯化改性的微晶纤维素。中国专利（申请号201110333820.9）先利用无水二甲基亚砜对干燥后的微晶纤维素进行溶胀，再用氯化亚砜进行纳米化处理，最后通入氨气进行改性，在超声波辅助下得到稳定的纳米纤维素悬浮液，最后经冷冻干燥得到羰基化改性纳米纤维素。中国专利（专利号200810219532.9）先将微晶纤维素进行表面接枝处理，然后将所制得的改性微晶纤维素采用传统的橡胶加工工艺与橡胶混炼，制备橡胶/改性微晶纤维素复合材料，该复合材料具有较好的力学性能。中国专利（申请号201010522126.7、申请号201010522109.3）将纳米微晶纤维素与胶乳先进行混合后，加入天然胶乳中，干燥得到纳米微晶纤维素/天然橡胶混合物，然后加入炭黑或白炭黑进行混炼，得到纳米微晶纤维素补强的橡胶。

综上所述，可以看出，当前利用微晶纤维素补强橡胶所存在的问题仍有以下几点：

（1）微晶纤维素表面含有大量羟基，因此微晶纤维素间相互作用较强，在橡胶基体中均匀分散困难，尤其是当把微晶纤维素的尺寸由微米级降为纳米级后，团聚现象更加严重，大大降低了微晶纤维素的补强效果。

（2）微晶纤维素表面极性较强，与常用的非极性的二烯类橡胶的界面粘合行较差，界面结合强度较弱，这也降低了微晶纤维素的补强效果。

（3）为了提高微晶纤维素的分散，一般须将纤维素先与天然橡胶胶乳共凝沉，然后再进行混炼，生产工艺复杂，且成本较高。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低、改性效果好，可以满足高性能绿色轮胎的使用要求的利用改性微晶纤维素制备轮胎胎面胶的方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术手段是：利用改性微晶纤维素制备轮胎胎面胶的方法，其步骤包括：

一、利用功能性离子液体改性微晶纤维素：首先将离子液体、去离子水和微晶纤维素加入到反应器中，在80℃下搅拌3h，然后将搅拌结束后的产物在80℃烘干12h，即得离子液体改性微晶纤维素；