[发明专利]一种环氧化天然橡胶包覆改性白炭黑及其制备方法以及橡胶材料

说明书

本发明提供一种环氧化天然橡胶包覆改性白炭黑及其制备方法。采用本发明提供的环氧化天然橡胶包覆改性白炭黑填充的橡胶材料与未经包覆的白炭黑填充的橡胶材料相比，300％定伸强度可提高80％，磨耗量可降低36％，永久变形率可降低58％。本发明通过将白炭黑的分散液与环氧化天然橡胶混合，经剪切处理，固液分离以及高温处理，使环氧基与硅羟基发生化学结合，得到环氧化天然橡胶包覆改性白炭黑，制备方法简便，实用，易于工业化，可直接与白炭黑的现有生产工艺结合。

技术领域

本发明涉及白炭黑表面改性技术领域，特别涉及一种环氧化天然橡胶包覆改性白炭黑及其制备方法以及用其制备的橡胶。

背景技术

白炭黑是一种优良的橡胶补强剂，目前全世界70％以上的白炭黑用于橡胶工业。与炭黑相比，白炭黑可改善橡胶的抗撕裂性能和粘合性能，降低轮胎胎面胶的滚动阻力和提高湿地牵引力。然而，白炭黑比表面积很大，趋向于二次聚集，加之表面含有大量羟基，易产生强烈的氢键缔合作用，导致白炭黑聚集体间易凝聚成更大的聚集体，在橡胶中难以均匀分散，使胶料的加工性能和使用性能变差。目前，在橡胶工业中，为提高填料的分散性和界面作用，主要采用硅烷偶联剂对白炭黑进行表面改性。该技术在溶聚丁苯橡胶中的应用很成功，但在其他橡胶如乳聚丁苯橡胶和天然橡胶中的应用，由于受到非橡胶物质的干扰，始终未获得满意的效果。

环氧化天然橡胶是一种由天然橡胶改性而来的功能性聚合物，它能通过与白炭黑的界面作用，即使在不加硅烷偶联剂的情况下，也可以显著改善白炭黑的分散性和加工性。例如，Saramolee P.等(Rubber Chemistry and Technology，2014，87，320-339)和Sengloyluan K.等(European Polymer Journal，2014，51，69-79)以及中国专利“一种硅藻土/天然橡胶复合材料的制备方法”(CN101914229A)，通过在橡胶配方中添加环氧化天然橡胶作为改性剂原位改性白炭黑，制备的白炭黑/橡胶复合材料性能得到了一定的提高。然而，研究也发现，由于环氧基与硅羟基的反应活性低，环氧化天然橡胶与白炭黑之间主要形成氢键作用，难以形成强的化学作用，导致白炭黑/橡胶复合材料存在定伸应力低、永久变形大、耐磨性差等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环氧化天然橡胶包覆改性白炭黑及其制备方法以及橡胶材料。本发明制备的环氧化天然橡胶包覆改性白炭黑具有良好的分散性和界面结合强度，采用该白炭黑填充的橡胶材料具有良好的定伸应力和耐磨性，永久变形量低。

本发明提供了一种环氧化天然橡胶包覆改性白炭黑的制备方法，包括以下步骤：

(1)提供白炭黑的分散液，将所分散液与环氧化天然橡胶混合，得到混合物料；

(2)将所述步骤(1)得到的混合物料进行剪切处理，得到混合浆液；

(3)将步骤(2)所述混合浆液进行固液分离，得到环氧化天然橡胶包覆的白炭黑前体；

(4)将步骤(3)得到的白炭黑前体进行热处理，得到环氧化天然橡胶包覆改性白炭黑。

优选的，所述步骤(1)中环氧化天然橡胶的质量为白炭黑质量的1～100％。

优选的，所述步骤(2)中剪切处理为超声波分散、高压匀质分散、高剪切匀质分散和高速射流均质分散中的至少一种。

优选的，所述步骤(3)中固液分离为压滤、离心沉降和喷雾干燥中的至少一种。

优选的，所述步骤(4)中的热处理温度为120～250℃，热处理时间为0.5～24h。

优选的，所述热处理在真空或保护气体的保护下进行。

本发明还提供了按照一种上述制备方法制备的环氧化天然橡胶包覆改性白炭黑，所述环氧化天然橡胶包覆改性白炭黑由包覆层和核构成。