[发明专利]白炭黑的改性方法、橡胶复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种白炭黑的改性方法、橡胶复合材料及其制备方法和应用，改性方法为取多巴胺溶解于有机溶剂中，加入白炭黑和铈盐进行催化反应，反应完成后对产物进行过滤、洗涤和干燥，得多巴胺改性白炭黑；橡胶复合材料包括所述多巴胺改性白炭黑5‑10重量份、以及100重量份干胶含量为50‑60wt％的乳胶和/或生胶；该橡胶复合材料可用于轮胎、胶乳片材、乳胶海绵中。本发明改性后的白炭黑用作橡胶助剂，不仅可以使橡胶制品具有优良的耐拉伸性和回弹性，而且还使其具备优异的耐老化性能和更长的使用寿命。

技术领域

本发明涉及橡胶改性技术领域，尤其涉及一种白炭黑的改性方法、橡胶复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅和超细二氧化硅凝胶，其组成可用SiO₂·nH₂O表示，其中nH₂O是以表面羟基的形式存在。白炭黑是一种高比表面积、高结构、高活性的补强填充改性材料，对透明制品和浅色制品无污染，对天然胶乳具有较好的补强效果，是天然胶乳的理想补强剂，以气相白炭黑为例，其补强原理为，大量运用于室温硫化硅橡胶和高温硫化硅橡胶中，以附聚体的形式分散在基体中形成二维的网纵结构，增大与硅橡胶基料的接触面，进一步增加在硫化过程中形成的交联点，从而对硅橡胶起到增凋和补强作用。而且气相白炭黑形成的三维网纵结构只具有相对稳定性，在外力的作用下，会暂时受到破坏，使体系的黏度降低，呈现良好的流动性，当外界的剪切力撤出后，三维网状结构会迅速恢复，保持住受力前的状态，使体系具有良好的触变性，即使改性的硅橡胶基料处于一种“弹性”的状态。

但是，作为橡胶助剂的白炭黑在乳液状态下很容易出现团聚现象，导致其与橡胶基体的结合力差，大部分白炭黑颗粒无法直接与胶乳粒子接触从而降低了白炭黑与胶乳粒子的结合作用，这样不仅达不到补强效果，反而使胶膜的性能下降。为了解决这一问题，有学者对白炭黑进行聚合物包覆改性，例如以多巴胺单体为原料，在弱碱性缓冲剂水溶液中通过“自氧化聚合”进行，生成聚多巴胺粘附在白炭黑表面。以此通过聚多巴胺层的引入降低白炭黑表面羟基之间的作用力，改变白炭黑的表面结构，解决纳米白炭黑的易团聚问题。然而，此类改性后的白炭黑作为橡胶助剂并不能解决当天然胶乳制品与空气大面积接触面时，普遍存在耐老化性能不够、易老化的问题，以及一些变价金属离子也会促使天然胶乳制品老化，降低产品使用寿命的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所述的缺陷，从而提供一种白炭黑的改性方法、橡胶复合材料及其制备方法和应用，改性后的白炭黑用作橡胶助剂，不仅可以使橡胶制品具有优良的耐拉伸性和回弹性，而且还使其具备优异的耐老化性能和更长的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种白炭黑的改性方法，包括以下步骤：

取多巴胺溶解于极性溶剂中，加入白炭黑和铈盐进行偶合反应，反应完成后对产物进行过滤、洗涤和干燥，得多巴胺改性白炭黑。

多巴胺的全称为3，4－二羟基苯乙胺，其结构为本发明利用白炭黑表面的羟基与多巴胺的羟基在铈离子催化作用下发生偶合反应生成多巴胺改性白炭黑。其反应机理如图1-3所示：