[发明专利]氨基改性轮胎胶粉/聚氨酯复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种氨基改性轮胎胶粉/聚氨酯复合材料及其制备方法与应用，在超声作用下，使用溶胀剂对轮胎橡胶进行充分溶胀，将轮胎橡胶内部交联网络撑开，一方面提高胶粉表面活性，另一方面赋予橡胶颗粒表面与内部丰富的孔道结构，提高胶粉的比表面积，改善胶粉的相容性，使其与基体材料进行混合时可以提高界面的结合力；通过氨基硅烷偶联剂，在胶粉表面接枝氨基化，无有毒有害溶剂的使用，对环境好，反应条件温和；以多孔结构的氨基化胶粉为种球，与端羟基聚氨酯预聚体、二异氰酸酯二聚体反应，形成改性胶粉‑聚氨酯交联网络结构，提高复合材料的物理机械性能。

技术领域

本发明涉及轮胎橡胶再利用技术领域，特别涉及一种氨基改性轮胎胶粉/聚氨酯复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

近些年，基于环境保护的考虑，废旧橡胶(硫化橡胶)的回收再利用途径，逐渐从传统的再生橡胶制备和应用转向于硫化橡胶粉体产品的开发和应用。目前，硫化橡胶粉体应用技术主要集中在以下几个方面：

1)非表面改性胶粉粉体产物。这一方法的特点是通过设备的改进或工艺的调整，将硫化橡胶制备成尽可能细小的粉体材料。但是，在粉体材料加工行业中有一项规律，即无论设备和工艺怎样改进，要想获得超微细的粉体材料，都跨越不了高能耗和高成本这道坎，硫化胶粉的情况也是这样。

2)表面机械-化学法改性

在再生活化剂或塑解剂参与下，将硫化胶粉放在炼胶机或双螺杆挤出机中进行反复的机械剪切，使硫化胶粉表面部分发生S-S键和S-C键的断裂，得到局部“脱硫”的胶粉改性物。此类方法的最大特征就是胶粉要进行多次反复的机械剪切或碾压，不仅需要设置大量的机械设备，而且机械能耗也非常高。

3)胶粉表面的化学改性

在硫化胶粉表面“接”上一些活性基团，使胶粉在硫化条件下有机会与橡胶体系中主体物质通过化学反应而结合，由此产生比较良好的制品性能。中国专利95105209.8以及03146994.9等公开了利用多烯类单体与胶粉混炼以后，再添加到橡胶配方体系中使用的方法。这类方法的实质是利用多烯类单体分子中两个以上的双键，在硫化条件下通过接枝反应分别将胶粉表面与橡胶主体结合在一起。

然而，此类接枝反应的单体一般都是易挥发且对人体有刺激或有毒的有机液体，某些反应还是在芳烃或氯代烃等有毒害的有机溶剂中进行。因此，这类胶粉的改性过程操作难度较大，存在不小的安全隐患和环境污染。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种氨基改性轮胎胶粉/聚氨酯复合材料的制备方法，反应条件温和，对环境好，提高胶粉与基体材料混合时的界面结合力，形成改性胶粉-聚氨酯交联网络结构，提高复合材料的机械性能。

本发明采用以下技术方案得以实现：

一种氨基改性轮胎胶粉/聚氨酯复合材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将废旧轮胎橡胶胶粉粉碎至20-30目大小的颗粒，加入溶胀剂室温活化24-72h，之后超声作用下进一步溶胀活化5-12h，活化完成后过滤、蒸去回收溶胀剂，得到溶胀后的多孔胶粉；

其中，废橡胶颗粒、溶胀剂的质量比为1：(3-8)；

(2)根据溶胀后胶粉粒径大小进行粉碎，控制胶粉粒径在30目以下，之后将浓硫酸加入到胶粉中，在室温条件下快速机械搅拌5-30min，得到浓硫酸处理后的胶粉；

(3)将步骤(2)胶粉分散于2-6倍的去离子水中，再加入到带有搅拌器和温度计的反应器中，加入氨基硅烷偶联剂，于25-80℃温度条件下机械搅拌反应10-24h，降温出料，经过滤、干燥，获得氨基化改性的橡胶胶粉；

(4)将表面氨基化改性的橡胶胶粉与端羟基聚氨酯预聚体、甲苯二异氰酸酯二聚体共混，于130-170℃温度条件下热压成型，获得交联结构的改性胶粉/聚氨酯复合材料。