白炭黑/聚(衣康酸酯‑异戊二烯‑甲基丙烯酸缩水甘油酯)生物基弹性体复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及白炭黑/聚(衣康酸酯‑异戊二烯‑甲基丙烯酸缩水甘油酯)生物基弹性体复合材料。白炭黑/聚(衣康酸酯‑异戊二烯‑甲基丙烯酸缩水甘油酯)复合材料是一种环境友好型的复合材料，聚(衣康酸酯‑异戊二烯‑甲基丙烯酸缩水甘油酯)与白炭黑皆来源于非石油基原料，不依赖石化资源。引入了甲基丙烯酸缩水甘油酯的复合材料与没有引入甲基丙烯酸缩水甘油酯的复合材料相比，白炭黑的分散改善，橡胶制品的力学性能提高，并大大提高了橡胶制品的抗湿滑性和降低了橡胶制品的滚动阻力，避免了硅烷偶联剂的使用，从而简化了加工工艺，是一种很有应用前景的生物基“绿色轮胎”橡胶材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种白炭黑/生物基弹性体复合材料及其制备方法，特别是涉及一种无需硅烷偶联剂就可以改善白炭黑的分散，提高橡胶制品的力学性能，并具有高抗湿滑性和低滚动阻力的绿色环保橡胶复合材料的制备方法。
技术介绍
橡胶作为重要的基础产业之一，在国民经济中占有举足轻重的作用。传统的橡胶可以划分为天然橡胶和合成橡胶。但是目前而言，天然橡胶面临着可种植区域小、生长条件苛刻等问题；而合成橡胶大多来源于石化资源，而石化资源面临着资源紧缺、环境污染等问题。因此，寻求一种既能满足传统橡胶优异的性能，又能解决其面临着的问题的新型橡胶，是目前橡胶领域的一个重要发展方向。生物基工程弹性体(Bio-basedEngineeringElastomer)正是在这种背景下由北京化工大学张立群课题组提出的。生物基工程弹性体的原材料不依赖于石油化工资源，并可通过传统的橡胶加工工艺进行加工，所制得的制品具有良好的环境稳定性。橡胶的分子结构导致了其虽然具有高弹性但力学强度较差，一般需用填料对其进行增强才可以充分发挥其使用价值。橡胶领域中使用最多的补强填料为炭黑和白炭黑。其中，白炭黑的生产不依赖于石化资源，而且与炭黑相比，白炭黑填充的橡胶具有较好的抗湿滑性和较低的滚动阻力。但是白炭黑表面具有大量羟基，很容易产生填料聚集，而较差的分散影响了白炭黑填充橡胶制品的性能的发挥。目前工业上大多使用硅烷偶联剂，通过偶联白炭黑与橡胶，来改善白炭黑的分散及其与橡胶之间的界面作用力。但是一般来说加入了硅烷偶联剂的橡胶需要热处理，不但增加了制备成本，而且使橡胶加工工艺变得较为繁琐。聚(衣康酸酯-异戊二烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)是一种新型的环境友好型的生物基弹性体，其原材料衣康酸、醇及异戊二烯都可以通过生物发酵法制得。聚(衣康酸酯-异戊二烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)分子中含有大量的酯基和一部分环氧官能团，酯基能够通过与白炭黑表面形成氢键来改善白炭黑的分散，而环氧官能团能够与白炭黑表面的羟基发生开环交联，从而极大程度地改善了白炭黑在橡胶基体中的分散及其白炭黑与橡胶基体之间的界面作用力，进而提高了绿色橡胶制品的力学性能及抗湿滑性，降低了制品的滚动阻力，并避免了硅烷偶联剂的使用，简化了加工工艺，因此，白炭黑/聚(衣康酸酯-异戊二烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)生物基弹性体复合材料是一种很有应用前景的生物基“绿色轮胎”橡胶材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种白炭黑/聚(衣康酸酯-异戊二烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)生物基弹性体复合材料的其制备方法。甲基丙烯酸缩水甘油酯的加入提高了白炭黑的分散、橡胶制品的力学性能及抗湿滑性能，并降低了橡胶制品的滚动阻力，省去了硅烷偶联剂的引入，简化了橡胶加工工艺。本专利技术提供了一种甲基丙烯酸缩水甘油酯官能化的生物基弹性体聚(衣康酸酯-异戊二烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)的制备方法，并将此生物基弹性体与白炭黑进行混炼复合，制备白炭黑/聚(衣康酸酯-异戊二烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)生物基弹性体复合材料。该复合材料的制备过程中无需硅烷偶联剂的引入。具体制备条件和步骤如下：A：聚(衣康酸酯-异戊二烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)生物基弹性体的制备首先，将30～90wt.％的衣康酸酯、10～70wt.％的异戊二烯和0.5～20wt.％的甲基丙烯酸缩水甘油酯进行混合(衣康酸酯、异戊二烯及甲基丙烯酸缩水甘油酯为单体，三者总和的百分比为100％)，加入单体总质量50～500％的去离子水做分散剂，0.5～10％的乳化剂，0～5％的螯合剂，0.01～5％的还原剂和0.01～5％的二次还原剂，0.01～5％的引发剂，在5～30℃的条件下，反应6～72小时，得到聚(衣康酸酯-异戊二烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)胶乳，用絮凝剂破乳干燥后得到聚(衣康酸酯-异戊二烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)絮凝胶，聚(衣康酸酯-异戊二烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)絮凝胶依次用乙醇及水进行浸泡提纯，并在60℃鼓风烘箱中干燥24小时，得到聚(衣康酸酯-异戊二烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)生物基弹性体；所述的衣康酸酯包括但不仅限于：衣康酸二甲酯、衣康酸二乙酯、衣康酸二丙酯、衣康酸二异丙酯、衣康酸二丁酯、衣康酸二异丁酯、衣康酸二戊酯、衣康酸二异戊酯、衣康酸二己酯、衣康酸二庚酯或衣康酸二辛酯。所述的乳化剂为下列物质中的一种或他们的混合物：油酸钾、油酸钠、歧化松香酸钾、企划松香酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、CO436。所述的还原剂为乙二胺四乙酸(EDTA)铁钠盐或硫酸亚铁；所述的二次还原剂为甲醛次硫酸钠或多乙烯基多胺；所述的螯合剂为乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)、乙二胺四乙酸四钠(EDTA-4Na)或乙二胺四乙酸铁钠(EDTA-Fe·Na)；所述的引发剂为叔丁基过氧化氢、过氧化氢异丙苯或过氧化氢对孟烷；所述的絮凝剂采用质量浓度1～10％的氯化钙水溶液、1～10％的氯化钠水溶液、1～5％的盐酸溶液、1～5％的硫酸溶液、乙醇或甲醇。B：白炭黑/聚(衣康酸酯-异戊二烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)生物基弹性体复合材料的制备取上述聚(衣康酸酯-异戊二烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)生物基弹性体100质量份，与10份以上白炭黑、0.5～3.0份硫磺、0.5～3份防老剂、0.5～10份氧化锌、0.5～5份硬脂酸、0.5～5份促进剂、0～30份其他填充剂通过开炼机或密炼机共混，在130～170℃下模压硫化制成白炭黑/聚(衣康酸酯-异戊二烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)生物基弹性体复合材料。所述的白炭黑为高分散白炭黑，如VN3、833MP但不限于以上两种；所述的防老剂为N-异丙基-N’-苯基对苯二胺(防4010NA)、N-(1.3-二甲基丁基)-N'-苯基-对苯二胺(防4020)但不限于以上两种；所述的促进剂为2-巯醇基苯并噻唑(促M)、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺(促CZ)但不限于以上两种；所述的其他填充剂为石蜡、芳烃油但不限于以上两种。本专利技术的效果：在同样的配方和工艺条件下，本专利技术的白炭黑/聚(衣康酸酯-异戊二烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)生物基弹性体复合材料与没有甲基丙烯酸缩水甘油酯官能化的白炭黑/聚(衣康酸酯-异戊二烯)生物基弹性体复合材料相比，具有明显改善的白炭黑的分散及力学强度，同时降低了橡胶制品的滚动阻力，提高了其抗湿滑性，避免了硅烷偶联剂的引入，工艺简单，是一种很有应用前景的生物基“绿色轮胎”橡胶材料。附图说明图1是白炭黑/聚(衣康酸酯-异戊二烯-甲基丙烯酸缩本文档来自技高网...

【技术保护点】
白炭黑/聚(衣康酸酯‑异戊二烯‑甲基丙烯酸缩水甘油酯)生物基弹性体复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：A：聚(衣康酸酯‑异戊二烯‑甲基丙烯酸缩水甘油酯)生物基弹性体的制备首先，将30～90wt.％的衣康酸酯、10～70wt.％的异戊二烯和0.5～20wt.％的甲基丙烯酸缩水甘油酯进行混合，且衣康酸酯、异戊二烯及甲基丙烯酸缩水甘油酯为以下称为单体，三者总和的百分比为100％；加入单体总质量50～500％的去离子水做分散剂，0.5～10％的乳化剂，0～5％的螯合剂，0.01～5％的还原剂和0.01～5％的二次还原剂，0.01～5％的引发剂，在5～30℃的条件下，反应6～72小时，得到聚(衣康酸酯‑异戊二烯‑甲基丙烯酸缩水甘油酯)胶乳，用絮凝剂破乳干燥后得到聚(衣康酸酯‑异戊二烯‑甲基丙烯酸缩水甘油酯)絮凝胶，聚(衣康酸酯‑异戊二烯‑甲基丙烯酸缩水甘油酯)絮凝胶依次用乙醇和水进行浸泡提纯，并在60℃鼓风烘箱中干燥24小时，得到聚(衣康酸酯‑异戊二烯‑甲基丙烯酸缩水甘油酯)生物基弹性体；所述的乳化剂为下列物质中的一种或他们的混合物：油酸钾、油酸钠、歧化松香酸钾、企划松香酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、乙氧基化烷基酚硫酸铵；所述的还原剂为乙二胺四乙酸铁钠盐或硫酸亚铁；所述的二次还原剂为甲醛次硫酸钠或多乙烯基多胺；所述的螯合剂为乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠或乙二胺四乙酸铁钠；所述的引发剂为叔丁基过氧化氢、过氧化异丙苯或过氧化氢对孟烷；所述的絮凝剂采用质量浓度1～10％的氯化钙水溶液、1～10％的氯化钠水溶液、1～5％的盐酸溶液、1～5％的硫酸溶液、乙醇或甲醇；B：白炭黑/聚(衣康酸酯‑异戊二烯‑甲基丙烯酸缩水甘油酯)生物基弹性体复合材料的制备取上述聚(衣康酸酯‑异戊二烯‑甲基丙烯酸缩水甘油酯)生物基弹性体100质量份，与10份以上白炭黑、0.5～3.0份硫磺、0.5～3份防老剂、0.5～10份氧化锌、0.5～5份硬脂酸、0.5～5份促进剂、0～30份填充剂通过开炼机或密炼机共混，在130～170℃下模压硫化制成白炭黑/聚(衣康酸酯‑异戊二烯‑甲基丙烯酸缩水甘油酯)生物基弹性体复合材料。...

【技术特征摘要】
1.白炭黑/聚(衣康酸酯-异戊二烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)生物基弹性体复合材料的
制备方法，其特征在于步骤如下：
A：聚(衣康酸酯-异戊二烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)生物基弹性体的制备
首先，将30～90wt.％的衣康酸酯、10～70wt.％的异戊二烯和0.5～20wt.％的甲基丙
烯酸缩水甘油酯进行混合，且衣康酸酯、异戊二烯及甲基丙烯酸缩水甘油酯为以下称为单
体，三者总和的百分比为100％；加入单体总质量50～500％的去离子水做分散剂，0.5～
10％的乳化剂，0～5％的螯合剂，0.01～5％的还原剂和0.01～5％的二次还原剂，0.01～
5％的引发剂，在5～30℃的条件下，反应6～72小时，得到聚(衣康酸酯-异戊二烯-甲基丙烯
酸缩水甘油酯)胶乳，用絮凝剂破乳干燥后得到聚(衣康酸酯-异戊二烯-甲基丙烯酸缩水甘
油酯)絮凝胶，聚(衣康酸酯-异戊二烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)絮凝胶依次用乙醇和水进
行浸泡提纯，并在60℃鼓风烘箱中干燥24小时，得到聚(衣康酸酯-异戊二烯-甲基丙烯酸缩
水甘油酯)生物基弹性体；
所述的乳化剂为下列物质中的一种或他们的混合物：油酸钾、油酸钠、歧化松香酸钾、
企划松香酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、乙氧基化烷基酚硫
酸铵；
所述的还原剂为乙二胺四乙酸铁钠盐或硫酸亚铁；
所述的二次还原剂为甲醛次硫酸钠或多乙烯基多胺；
所述的螯合剂为乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠或乙二胺四乙酸铁钠；
所述的引发剂为叔丁基过氧化氢、过氧化异丙苯或过氧化氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立群，乔荷，王润国，许文集，雷巍巍，周鑫鑫，晁明远，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11