[发明专利]一种双相纳米填料及其制备方法和在丁苯橡胶中的应用

说明书

本发明提供了一种双相纳米填料及其制备方法和在丁苯橡胶中的应用，涉及橡胶加工领域。本发明提供的双相纳米填料包括螺旋纳米碳纤维和离散负载在所述螺旋纳米碳纤维表面的纳米TiO₂；所述纳米TiO₂为金红石型。在本发明中，所述螺旋纳米碳纤维具有三维螺旋结构，与纳米TiO₂粒子相结合，在其表面形成一颗颗点状凸起，两者协同能够“束缚”更多的橡胶分子链，减缓其滑移现象；并且金红石型TiO₂具有强烈的吸收紫外光的能力，同时还具有补强和填充的作用。本发明提供的双相纳米填料在炭黑补强丁苯橡胶配方体系中，只需少量添加即可显著提升丁苯橡胶的拉伸强度以及断裂伸长率，并同时改善其耐紫外能力。

技术领域

本发明涉及橡胶加工技术领域，特别涉及一种双相纳米填料及其制备方法和在丁苯橡胶中的应用。

背景技术

轮胎是汽车生产的重要零部件，随着汽车工业的快速发展，汽车保有量增大，对轮胎的需求也日益增加。丁苯橡胶又称聚苯乙烯丁二烯共聚物，其物理机构性能、加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶，有些性能如耐磨、耐热及硫化速度较天然橡胶更为优良，广泛用于轮胎的生产，是最大的通用合成橡胶品种，也是最早实现工业化生产的橡胶品种之一。

但是纯丁苯橡胶的强度和模量很低，往往需要与增强剂进行共混改性，其中炭黑增强丁苯橡胶是广泛采用的技术手段。炭黑增强丁苯橡胶是以橡胶为基体，以炭黑颗粒(N330、N220等)为增强相，炭黑在橡胶体系中起补强和填充作用，从而改善橡胶制品性能。但是炭黑对于丁苯橡胶的增强效果依然有限，而且不能提升丁苯橡胶的耐紫外能力，使丁苯橡胶制品无法满足更高质量要求。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种双相纳米填料及其制备方法和在丁苯橡胶中的应用。本发明提供的双相纳米填料不仅能够有效提升丁苯橡胶的力学性能，而且能够增强丁苯橡胶的耐紫外能力。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种双相纳米填料，包括螺旋纳米碳纤维和离散负载在所述螺旋纳米碳纤维表面的纳米TiO₂；所述纳米TiO₂为金红石型。

优选地，所述螺旋纳米碳纤维的螺旋直径为80～100nm；所述纳米TiO₂的粒径为10～50nm。

优选地，所述纳米TiO₂的质量为螺旋纳米碳纤维质量的30～50％。

本发明提供了以上技术方案所述双相纳米填料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将螺旋纳米碳纤维在真空条件下进行热处理，得到热处理改性螺旋纳米碳纤维；所述热处理的温度为600～700℃，真空度为10^-1～10^-3pa；

(2)将所述热处理改性螺旋纳米碳纤维与无水乙醇和水混合进行超声分散，得到热处理改性螺旋纳米碳纤维分散液；

将钛酸丁酯与无水乙醇混合进行超声分散，得到钛酸丁酯溶液；

(3)将所述热处理改性螺旋纳米碳纤维分散液、钛酸丁酯溶液和冰醋酸混合进行水热反应，得到水热反应产物；所述水热反应的温度为80～100℃；

(4)将所述水热反应产物进行煅烧，得到所述双相纳米填料；所述煅烧的温度为600～700℃。

优选地，所述步骤(1)中热处理的时间为2～4h；所述真空条件的真空度为10^-1～10^-3Pa。