[发明专利]一种橡胶纳米复合材料的促进剂组合物及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种橡胶纳米复合材料的促进剂组合物及其制备方法和应用，按照重量份包括如下原料组分：二烯类液体橡胶100份；三元深共熔组合物2～10份；含硫硅烷偶联剂0.1～5份；活性剂2～15份；增黏树脂1～10份；所述三元深共熔组合物包括有机鎓盐、聚乙二醇和取代类硫脲基化合物；熔点为‑10～60℃。将三者混合制备三元深共熔组合物，再与二烯类液体橡胶、含硫硅烷偶联剂、活性剂和增粘树脂混合经热处理得促进剂组合物，该组合物能明显提高橡胶纳米复合材料的硫化效率，减少氧化锌用量，获得综合性能优异的硫化胶制品。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种橡胶纳米复合材料的促进剂组合物及其制备方法和应用。

背景技术

硫化是橡胶制品生产过程的重要工序。现有技术广泛采用传统、半有效和有效硫化体系等调控硫磺硫化胶中单硫键、二硫键、多硫键比例和制品性能，但硫化工序热量利用率低，硫化时间长，易造成过硫、返硫等问题。为提高硫化效率，并减少硫化剂用量，工业上常复配使用多种促进剂或使用多功能促进剂，结合氧化锌、硬脂酸等活性剂来调控焦烧时间和硫化速度。

然而硫磺、氧化锌和其他一些助剂在橡胶中溶解度较低，常造成交联密度分布不均匀，并在胶料储存和制品使用过程中发生“喷霜”。较高用量的锌在制品生产、处理和回收过程中会从橡胶释放到环境中，也可能在使用过程中通过诸如轮胎磨损等释放出去。锌的释放会对环境、人体健康、水生物造成不利影响。因此，如何提高硫化效率和锌利用效率，制备性能优异的橡胶纳米复合材料，仍是本领域需要解决的技术难题。

CN113728042A将铵盐、锍盐、鏻盐等鎓盐和脲衍生物、亚烷基二醇等氢键供体混合来制备共晶化合物，也称为共晶溶剂或深共晶溶剂(DES)，其中DES熔点介于鎓盐、氢键供体组分的熔点之间。将共晶化合物和金属氧化物应用于橡胶组合物中，可显著改善过氧化物交联橡胶组合物的耐破坏特性，在减少氧化锌用量情况下获得具有相同硫化特性和硫化橡胶物性的橡胶组合物。

CN111315786A、CN113874434A采用季铵盐与金属卤化物、金属卤化物水合物或氢键供体混合来制备共熔组合物，用以降低橡胶硫化时的氧化锌用量，提高返原率。CN113025078A采用氯化胆碱与尿素、乙二酸、甘油等配位剂制备低共熔溶剂，来提高白炭黑填料的分散性，缩短橡胶硫化时间。

然而，现有技术所制备的共熔组合物具有较强的亲水性，在调控橡胶硫化速度的同时也造成交联密度分布不均匀，影响硫化胶服役稳定性。

发明内容

本发明针对现有技术中橡胶纳米复合材料制品在生产过程中存在硫化效率低，促进剂使用量高，并因此带来生产能耗高、环境负荷高等问题，提供一种橡胶纳米复合材料的促进剂组合物，该组合物可提高橡胶纳米复合材料的硫化效率，减少氧化锌用量，获得综合性能优异的硫化胶制品。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种橡胶纳米复合材料的促进剂组合物，其特征在于，按照重量份包括如下原料组分：

所述三元深共熔组合物的熔点为-10～60℃，其原料组成包括有机鎓盐、聚乙二醇和取代类硫脲基化合物，在橡胶混炼温度范围内为液态。

本发明中以长链有机鎓盐为氢键受体，分子量较高的聚乙二醇为第一氢键供体，取代类硫脲基化合物为第二氢键供体，得到的三元深共熔组合物与二烯类橡胶具有较好相容性，且少量组合物可在混炼和硫化过程中与二烯类橡胶反应而形成具有支化结构和少量微凝胶结构的产物。采用二烯类液体橡胶负载三元深共熔组合物，可进一步提高三元深共熔组合物在橡胶纳米复合材料中的分散性，进而在胶料混炼过程中促进炭黑和白炭黑等补强粒子、氧化锌活性剂等组分在橡胶基体中的分散，增强橡胶-填料界面相互作用，提高硫磺对橡胶基体的硫化效率，降低滞后损失，并有效解决胶料储存和制品使用过程中所发生的“喷霜”问题。