一种改性白炭黑/溶聚橡胶复合材料的制备方法技术

一种改性白炭黑/溶聚橡胶复合材料的制备方法。公开的改性白炭黑/溶聚橡胶复合材料的制备方法，其具体步骤为：（1）白炭黑的改性：称取弱碱性缓冲剂，加入少量去离子水搅拌使其完全溶解，然后加入无机酸或无机碱调节溶液的pH为7.5～10.5，缓冲溶液中缓冲剂的浓度为3～15mmol/L，将干燥的白炭黑和多巴胺加入配置的缓冲溶液中，室温下反应0.5～4小时后过滤、洗涤和干燥，得到的聚多巴胺改性白炭黑；（2）共凝聚橡胶的制备：将步骤（1）中制备的聚多巴胺改性白炭黑在有机溶剂中充分分散，将其加入溶聚橡胶胶液中搅拌分散，脱除溶剂得到聚多巴胺改性白炭黑和溶聚橡胶组成的共凝聚橡胶；（3）橡胶复合材料：加入聚多巴胺改性白炭黑、共凝聚橡胶、橡胶生胶和助剂进行混炼、硫化，制备白炭黑/溶聚橡胶复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种改性白炭黑/溶聚橡胶复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种橡胶材料的制备方法，具体涉及一种改性白炭黑与橡胶复合材料的制备方法。
技术介绍
在低碳、绿色已经成为全社会的共识的背景下，汽车轮胎行业在积极适应和引导这一趋势和潮流。欧盟先后推出了REACH法规和轮胎标签法案，其它国家和地区也将退出类似的法规推动轮胎产业的升级。溶聚丁苯橡胶比通用的乳聚丁苯胶更环保，而且在合成过程中可以根据需要控制和调节微观分子结构，可以同时改善轮胎的滚动阻力系数、湿地抓着力指数。未来几年，溶聚丁苯橡胶在轮胎行业中的应用必将有突飞猛进的进展。顺丁橡胶、异戊橡胶和丁基橡胶也采用溶聚工艺生产，在轮胎产业中均有应用。随着轮胎产业的升级，白炭黑被视为更加理想的补强材料。白炭黑的化学名称是水和无定型二氧化硅或胶体二氧化硅（SiO2·nH2O），是一种白色、无毒的粉末状物。白炭黑表面存在大量的羟基，自身极易团聚，在复合材料中分布不均，从而损害复合材料的性能。现有技术中的白炭黑如果不进行改性，白炭黑会出现团聚、和橡胶基体的结合力差，影响轮胎的寿命。研究人员先后提出了多种改性白炭黑的方法，常见的有偶联剂改性（CN101798473A）、表面活性剂改性（化学反应工程与工艺2006，22，181-184）、接枝聚合物改性（华南理工大学学报2005，29，330-333）、无机材料表面包覆改性（JournalofColloidandInterfaceScience2002，208，49-62）等。CN101220177A公开一种氨基类硅烷偶联剂改性白炭黑制备白炭黑/溶聚丁苯橡胶纳米复合材料的方法。将纳米白炭黑和硅烷偶联剂在乙醇中分散，高温下进行缩合反应，再将改性的纳米白炭黑粉末加入溶聚丁苯胶液中，搅拌分散、脱除溶剂、干燥后得到共凝聚法制备的白炭黑/溶聚丁苯橡胶纳米复合材料。多巴胺模拟了海洋生物贻贝足丝胶原蛋白中组分二羟基苯丙氨酸的结构，聚合后分子链中残存的儿茶酚胺结构的高亲和力和化学多功能性使其可以粘附在各类材料表面（Science1981,212,1038-1040）。已报道的白炭黑改性方法存在耗时较长，能耗较高，操作复杂等缺点，需要探索新的方法对白炭黑进行改性来促进白炭黑在橡胶中的应用。本专利技术介绍一种聚多巴胺改性白炭黑/溶聚橡胶复合材料的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种反应步骤少，操作简单的改性白炭黑/溶聚橡胶复合材料的制备方法，解决白炭黑易于团聚，且白炭黑和橡胶结合力差的问题。本专利技术所述的一种改性白炭黑/溶聚橡胶复合材料的制备方法，采用多巴胺改性白炭黑，再和溶聚橡胶复合，具体步骤为：（1）白炭黑的改性：称取弱碱性缓冲剂，加入少量去离子水搅拌使其完全溶解，然后加入无机酸或无机碱调节溶液的pH为7.5～10.5，优选8.5～9.5；缓冲溶液中缓冲剂的浓度为3～15mmol/L，优选5～10mmol/L；将干燥的白炭黑和多巴胺加入配置的缓冲溶液中，室温下反应0.5～4小时后过滤、洗涤和干燥，得到的聚多巴胺改性白炭黑；白炭黑和多巴胺的质量比为1:0.05～1，优选1:0.1～0.4；白炭黑和缓冲溶液的质量比为1:50～500，优选1:100～300；（2）共凝聚橡胶的制备：将步骤（1）中制备的聚多巴胺改性白炭黑在有机溶剂中充分分散，将其加入固含量为0.05～0.15g/mL的溶聚橡胶胶液中，聚多巴胺改性白炭黑占溶聚橡胶干基的1～10wt%，在25-50℃下搅拌5～30小时，脱除溶剂得到聚多巴胺改性白炭黑和溶聚橡胶组成的共凝聚橡胶；（3）橡胶混炼：加入聚多巴胺改性白炭黑和步骤（2）的得到的共凝聚橡胶进行混炼，步骤（2）和（3）中聚多巴胺改性白炭黑的加入量为溶聚橡胶干基质量的10～60%，优选20～40％。本专利技术所述的一种改性白炭黑/溶聚橡胶复合材料的制备方法，白炭黑的改性过程中，白炭黑粒径范围在20-60nm。本专利技术所述的一种改性白炭黑/溶聚橡胶复合材料的制备方法，白炭黑的改性过程中，白炭黑和多巴胺的质量比为1:0.05～1:1，白炭黑和缓冲溶液的质量比为1:50～1:500。本专利技术所述的一种改性白炭黑/溶聚橡胶复合材料的制备方法，其中的弱碱性缓冲剂为常见的缓冲剂，其和酸性体系的缓冲体系是相对的。弱碱性缓冲剂选自三羟甲基氨基甲烷、巴比妥、巴比妥/氯化钠复合缓冲剂、硼酸/氯化钾复合缓冲剂、硼砂/氯化钙复合缓冲剂、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾/磷酸二氢钾复合缓冲剂中的一种，优选三羟甲基氨基甲烷、巴比妥。本专利技术所述的一种改性白炭黑/溶聚橡胶复合材料的制备方法，白炭黑的改性过程中，其中的无机酸为盐酸、硝酸、硫酸、磷酸中的一种。本专利技术所述的一种改性白炭黑/溶聚橡胶复合材料的制备方法，白炭黑的改性过程中，其中的无机碱为氢氧化钾或氢氧化钠。本专利技术所述的一种改性白炭黑/溶聚橡胶复合材料的制备方法，白炭黑的改性过程中，干燥的白炭黑采用本领域的常用技术进行干燥即可，例如将白炭黑在真空100～120℃下烘干。本专利技术所述的一种改性白炭黑/溶聚橡胶复合材料的制备方法，溶聚橡胶包括顺丁橡胶、异戊橡胶、丁基橡胶和溶聚丁苯橡胶。本专利技术所述的一种改性白炭黑/溶聚橡胶复合材料的制备方法，步骤（2）中聚多巴胺改性白炭黑可以分散在选自环己烷、环戊烷、苯、甲苯、二甲苯的有机溶剂中。本专利技术所述的一种改性白炭黑/溶聚橡胶复合材料的制备方法，步骤（2）中聚多巴胺改性白炭黑在有机溶剂中的浓度为10～100g/L。本专利技术所述的一种改性白炭黑/溶聚橡胶复合材料的制备方法，在橡胶混炼过程中采用常规的混炼方法即可，例如开炼机的混炼和密炼机的混炼。本专利技术所述的一种改性白炭黑/溶聚橡胶复合材料的制备方法，溶聚丁苯橡胶偶联前数均分子量Mn为20-40万，乙烯基含量为30-70；异戊橡胶的重均分子量Mw为13-30万；顺丁橡胶的重均分子量Mw为20-40万；丁基橡胶的重均分子量Mw为20-50万。本专利技术所述的一种改性白炭黑/溶聚橡胶复合材料的制备方法，在橡胶的混炼过程中可以加入硫化剂、防老剂、促进剂、活化剂中一种或多种助剂，这些助剂和加入量，及其作用为本领域技术人员所公知，例如在《实用橡胶配方技术》中就对其就有相关的叙述。本专利技术采用聚多巴胺修饰白炭黑，防止自身团聚，提高白炭黑的分散性。聚多巴胺中的儿茶酚胺结构具有较高的亲和力，可以和橡胶紧密结合，提高白炭黑/橡胶的力学强度，该技术可用于制造绿色轮胎。附图说明图1白炭黑(a)和聚多巴胺改性白炭黑(b)的红外光谱谱图。在a上，在波数为1099cm-1处出现Si-O-Si的不对称伸缩振动吸收峰，在波数为804cm-1处出现Si-O-Si的对称伸缩振动吸收峰，在波数为465cm-1处出现Si-O-Si的弯曲振动吸收峰。在b上出现了苯环(1600～1450cm-1)的微弱吸收峰，可以归属于聚多巴胺中苯环的吸收，说明聚多巴胺已成功沉积在白炭黑表面。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，通过实施例对本专利技术进一步的说明，但本专利技术的保护范围不限于实施例。（1）原料来源：白炭黑，潍坊万利助剂有限公司生产；多巴胺、三羟甲基氨基甲烷，99.5％，AcrosOrganics公司生产；巴比妥、氯化钠、硼砂、氯化钙、硼酸、氯化钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、99％，国药集团本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性白炭黑/溶聚橡胶复合材料的制备方法，其特征在于采用多巴胺改性白炭黑，再和溶聚橡胶复合，具体步骤为：（1）白炭黑的改性：称取弱碱性缓冲剂，加入少量去离子水搅拌使其完全溶解，然后加入无机酸或无机碱调节溶液的pH为7.5～10.5；缓冲溶液中缓冲剂的浓度为3～15mmol/L；将干燥的白炭黑和多巴胺加入配置的缓冲溶液中，室温下反应0.5～4小时后过滤、洗涤和干燥，得到的聚多巴胺改性白炭黑；白炭黑和多巴胺的质量比为1:0.05～1；白炭黑和缓冲溶液的质量比为1:50～500；（2）共凝聚橡胶的制备：将步骤（1）中制备的聚多巴胺改性白炭黑在有机溶剂中充分分散，将其加入固含量为0.05～0.15g/mL的溶聚橡胶胶液中，聚多巴胺改性白炭黑占溶聚橡胶干基的1～10wt%，在25‑50℃下搅拌5～30小时，脱除溶剂得到聚多巴胺改性白炭黑和溶聚橡胶组成的共凝聚橡胶；（3）橡胶复合材料：加入聚多巴胺改性白炭黑和步骤（2）的得到的共凝聚橡胶进行混炼，步骤（2）和（3）中聚多巴胺改性白炭黑的加入量为溶聚橡胶干基质量的10～60%。

【技术特征摘要】
1.一种改性白炭黑/溶聚橡胶复合材料的制备方法，其特征在于采用多巴胺改性白炭黑，再和溶聚橡胶复合，具体步骤为：(1)白炭黑的改性：称取弱碱性缓冲剂，加入少量去离子水搅拌使其完全溶解，然后加入无机酸或无机碱调节溶液的pH为7.5～10.5；缓冲溶液中缓冲剂的浓度为3～15mmol/L；将干燥的白炭黑和多巴胺加入配置的缓冲溶液中，室温下反应0.5～4小时后过滤、洗涤和干燥，得到的聚多巴胺改性白炭黑；白炭黑和多巴胺的质量比为1:0.05～1；白炭黑和缓冲溶液的质量比为1:50～500，弱碱性缓冲剂选自三羟甲基氨基甲烷、巴比妥、巴比妥/氯化钠复合缓冲剂、硼酸/氯化钾复合缓冲剂、硼砂/氯化钙复合缓冲剂、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾/磷酸二氢钾复合缓冲剂中的一种；(2)共凝聚橡胶的制备：将步骤(1)中制备的聚多巴胺改性白炭黑在有机溶剂中充分分散，将其加入固含量为0.05～0.15g/mL的溶聚橡胶胶液中，聚多巴胺改性白炭黑占溶聚橡胶干基的1～10wt％，在25-50℃下搅拌5～30小时，脱除溶剂得到聚多巴胺改性白炭黑和溶聚橡胶组成的共凝聚橡胶；(3)橡胶复合材料：加入聚多巴胺改性白炭黑和步骤(2)的得到的共凝聚橡胶进行混炼，步骤(3)中聚多巴胺改性白炭黑的加入量为溶聚橡胶干基质量的10～60％。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于溶聚橡胶选自顺丁橡胶、异戊橡胶、丁基橡胶和溶聚丁苯橡胶。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：燕鹏华，梁滔，胡育林，赵志超，王永峰，邵卫，翟云芳，李晶，李树毅，龚光碧，丛日新，艾纯金，王锋，马朋高，董静，桂强，蒋文俊，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11