一种橡胶添加剂及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种橡胶添加剂及其制备和应用，所述的橡胶添加剂的化学结构式为：

Rubber additive and preparation and application thereof

The present invention relates to a rubber additive and its preparation and application:

【技术实现步骤摘要】
一种橡胶添加剂及其制备和应用
本专利技术涉及轮胎橡胶添加剂领域，尤其是涉及一种橡胶添加剂及其制备和应用。
技术介绍
抗湿滑性能是轮胎的一个重要指标。汽车在有水的路面行驶时，由于水的存在，轮胎的抓地力会大幅度下降。这不仅仅影响汽车的牵引力，更会影响汽车在紧急刹车时的制动距离，影响驾驶的安全性。因此，抗湿滑性是衡量轮胎湿牵引力和行驶安全性的重要指标。野生状态的贻贝往往都是粘在在岩石、礁石的表面，展现出了很强的黏结力，不光在石头表面，还会经常粘附在船体金属外表面，在玻璃、云母、石英、木头、塑料等人们常用材料的表面都有着不错的粘力，甚至可以粘在超疏水材料聚四氟乙烯(PTFE)表面上。应用这种蛋白质结构进行仿生材料的研究引起了众多研究者的兴趣(YangB,AyyaduraiN,YunH,etal.InVivoResidue‐SpecificDopa‐IncorporatedEngineeredMusselBiogluewithEnhancedAdhesionandWaterResistance[J].AngewandteChemieInternationalEdition,2014,53(49):13360-13364.；WaiteJH,AndersenNH,JewhurstS,etal.Musseladhesion:findingthetricksworthmimicking[J].Thejournalofadhesion,2005,81(3-4):297-317.；LeeH,DellatoreSM,MillerWM,etal.Mussel-inspiredsurfacechemistryformultifunctionalcoatings[J].science,2007,318(5849):426-430.)海洋贻贝分泌的胶蛋白强烈结合几乎所有的水环境中的无机和有机表面，而大多数粘合剂在水环境中功能较差。LeeH等人研究这些功能独特的蛋白质并揭示了它们均含有一种氨基酸——多巴(3,4-二羟基-L-苯丙氨，简称DOPA)(LeeH,SchererNF,MessersmithPB.Single-moleculemechanicsofmusseladhesion[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences,2006,103(35):12999-13003.)。关于多巴结构的粘附机理，有多位研究者进行过探索(LinQ,GourdonD,SunC,etal.Adhesionmechanismsofthemusselfootproteinsmfp-1andmfp-3[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences,2007,104(10):3782-3786.)。正是因为DOPA可以与多种表面结合，因此贻贝可以与无机和有机表面形成很强的结合。从生物体本身器官结构来讲，实现贻贝类表面粘附性能的器官就是从贻贝体内伸出来的足丝结构。本专利技术正是基于对构成贻贝类表面粘附性能的器官的蛋白分子结构进行研究分析而得出的。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了改进橡胶加工和成品性能而提供一种橡胶添加剂及其制备和应用。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种橡胶添加剂，其化学结构式为：其中的金属氧化态为+3或者+4，R1为碳原子数为5-50的脂肪链，R1中可以带有羟基，双键，环氧基，氨基等官能团，R1中的羟基为仲羟基或叔羟基，R1中的双键可为单个或多个，当R1中的双键为多个时，双键可以共轭或者分离的形式分布在脂肪链上。R2、R3和R4为碳原子数0～50的脂肪链。x为1或2，y为0或1，x与y的和为2。优选的，所述的金属M选自以下金属元素中的一种：元素周期表中ⅠB至ⅧB族的金属，或ⅢA至ⅥA族的金属；更优选的，所述的金属M为铁、钛、铝、钴或钒。-(R3-R4-R2)-上的氨基以伯氨，仲氨或叔氨的形式连接在R2，R3和/或R4上。R4还可以为芳香环化合物。一种橡胶添加剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将仿生脂肪酸和碱置于极性溶剂中，加热反应，直至溶液完全透明，得到生成带仿生脂肪酸盐产物的溶液A；(2)将长链脂肪酸和碱置于极性溶剂中，加热反应，直至溶液完全透明，得到生成脂肪酸盐产物的溶液B；(3)取溶液A，或溶液A与溶液B的混合溶液，作为反应溶液，在搅拌条件下，倒入金属M盐溶液，反应得到固体产物，过滤，洗涤，干燥，即得到目的产物橡胶添加剂；所述的仿生脂肪酸的结构式为：所述的长链脂肪酸的结构式为：R1-COOH。所述的碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸钠或氨水中的一种；所述的极性溶剂选自水、四氢呋喃、丙酮、乙腈、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙酸、正丁醇、异丙醇、丙醇、乙醇或甲醇中一种；步骤(1)中所述的仿生脂肪酸为3，4-二羟基苯甲酸的衍生物。常用的该类仿生脂肪酸有3，4-二羟基苯甲酸，左旋多巴(DOPA)和络氨酸及其衍生物。具体为3，4-二羟基苯甲酸，左旋多巴(DOPA)，α-氨基-3,4-二羟基-β-甲基-氢化肉桂酸，络氨酸，3,5-二羟基-络氨酸，3-羟基-α-甲基-络氨酸及其他络氨酸衍生物中的一种。步骤(2)中所述的长链脂肪酸选自硬脂酸、月桂酸、异辛酸，油酸，12-羟基硬脂酸中的一种。步骤(1)中添加的仿生脂肪酸与碱的摩尔比为(1.5～2.5)：1，加热反应的工艺条件为：加热至90℃并剧烈搅拌1h；步骤(2)中添加的长链脂肪酸与碱的摩尔比为(1.5～2.5)：1，加热反应的工艺条件为：加热至90℃并剧烈搅拌1h；步骤(3)中：金属M盐溶液的浓度为0.15～0.25mol/L，金属M盐溶液倒入混合溶液C中的速度为：每秒倒入总的金属M盐溶液体积量的1％，洗涤后干燥的工艺条件为：先在100℃下真空干燥12小时后再在110℃下继续真空干燥12小时；当反应溶液为溶液A与溶液B的混合溶液时，溶液A、溶液B和金属M盐溶液三者的添加量的体积比为(0.8～1.2):(0.8～1.2):1；反应溶液为溶液A时，溶液A与金属盐溶液的添加量的体积比为1～2:1。橡胶添加剂用于轮胎橡胶、鞋底橡胶、减震橡胶、涂料或日化品的制备。所述的橡胶添加剂用于轮胎橡胶、鞋底橡胶或减震橡胶制备时，对应适用的橡胶基质为丁苯橡胶，丁腈橡胶，天然橡胶，有机硅橡胶，聚氨酯橡胶或异丙橡胶等包括热塑性弹性体或发泡弹性体。所述的橡胶添加剂用于轮胎橡胶制备时，每100重量份的橡胶基质中添加有1～200份的所述橡胶添加剂。所述的橡胶添加剂用于涂料制备时，对应适用的涂料为丙烯酸类，聚氨酯类，聚醚类或环氧类涂料；所述的橡胶添加剂用于日化品制备时，对应适用的日化品为化妆品，香料，肥皂或牙膏。因为海洋贻贝分泌的胶蛋白强烈结合几乎所有的水环境中的无机和有机表面，而大多数粘合剂在水环境中功能较差。本专利技术通过分析贻贝体内伸出的足丝结构的表面接触的部分的化学结构，并进一步的分析这些蛋白的分子结构，发现，研究这些功能独特的蛋白质揭示了它们均含有一种氨基酸——多巴(3,4-二羟基-L-苯丙氨，简称DOPA)，DOPA可以与多种表面结合，因此贻贝可以与无机和有机表面形成很强的结合。分析其原因为：左旋多巴分子的关键结构，是邻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种橡胶添加剂，其特征在于，其化学结构式为：

【技术特征摘要】
1.一种橡胶添加剂，其特征在于，其化学结构式为：其中，M为氧化态为+3或者+4的金属，R1为C5-C50的脂肪链，R1为C5～C50的脂肪链，R2、R3和R4为碳原子数0～50的脂肪链，x为1或2，y为0或1，x与y的和为2。2.根据权利要求1所述的一种橡胶添加剂，其特征在于，所述的R1上还取代有羟基、双键、环氧基或氨基中的一种或多种；所述的R4为芳香环化合物。3.根据权利要求2所述的一种橡胶添加剂，其特征在于，R1-上的羟基为仲羟基或叔羟基；当双键取代个数不小于2时，双键以共轭或分离的形式分布在R1的脂肪链上。4.根据权利要求1所述的一种橡胶添加剂，其特征在于，所述的金属M选自以下金属元素中的一种：元素周期表中ⅠB至ⅧB族的金属，或ⅢA至ⅥA族的金属。5.根据权利要求4所述的一种橡胶添加剂，其特征在于，所述的金属M为铁、钛、铝或钒。6.如权利要求1～5任一所述的橡胶添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将仿生脂肪酸和碱置于极性溶剂中，加热反应，直至溶液完全透明，得到生成带仿生脂肪酸盐产物的溶液A；(2)将...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琳，熊文韬，王优，王小荣，蒋琦，张玲艳，
申请(专利权)人：同济大学，双钱集团上海轮胎研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31