一种稻壳灰－天然橡胶复合材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种稻壳灰－天然橡胶复合材料的制备方法，其特征在于以环氧化天然橡胶作为稻壳灰与天然橡胶之间的相容剂，利用环氧化天然橡胶与天然橡胶之间优异的相容性，以及环氧化天然橡胶与稻壳灰之间的化学反应，改善稻壳灰在天然橡胶中的分散效果，增强稻壳灰与天然橡胶之间的相互作用，制备高性能稻壳灰－天然橡胶复合材料；该复合材料的硫化胶片的拉伸强度为１９～２３ＭＰａ，拉断伸长率为７５０～９００％，３００％定伸应力为４．０～６．０ＭＰａ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及天然橡胶复合材料的制备方法，特别涉及一种稻壳灰-天然橡胶复合材 料的制备方法。二、 背录技术几乎所有的橡胶在加工过程中都必须加入一定量的填充剂才能用来制备有用的橡 胶制品。填充剂习惯上根据对生胶料性能的影响分为两大类 一类是活性填充剂或称为 补强剂，它加入生胶料中能提高硫化胶的耐磨耗性、模量、抗张强度、抗撕裂性及耐疲 劳性；另一类是非活性填充剂或称为惰性填充剂，它加入生胶料中没有补强作用，但却 能在基本上不损害橡胶性能的前提下，降低成本、改善加工艺。目前，在橡胶工业中广 泛使用的填充剂主要有炭黑、白炭黑、纤维、陶土等，其中，炭黑、白炭黑、纤维等对 橡胶具有不同程度的补强作用，但价格较高，易生热。而陶土、碳酸钙等无机填充剂虽 然价格低廉，不易生热，但对天然橡胶不产生补强作用。在橡胶中加入碳酸钙、陶土等 无机填充剂后，橡胶的力学性能会显著下降。因此，实际生产中，碳酸钙等无机填充剂 仅仅是用作橡胶的增量剂，以降低产品的成本。我国是世界上最大的水稻种植国家，每年产量达1.8亿吨以上。稻壳通常占稻谷产 量的20%以上，据此计算，我国的稻壳产量每年约为3600万吨。稻壳资源十分丰富， 其开发利用价值很大，同时也有利于减少环境污染。在稻壳的开发应用方面，对稻壳硅 的开发利用最活跃，因为水稻能将土壤中稀少的二氧化硅富集于稻壳中，稻壳中二氧化 硅的质量分数约为0.2 (其余组分为本质素和纤维素等)，且主要呈无定型状态，而自然 界中绝大多数二氧化硅呈结晶状态。利用稻壳硅最简单、最经济的方法是使用稻壳灰(RHA)。 RHA是稻壳燃烧后的产物，(稻壳燃烧时产生的热量可用于电厂发电等)。稻 壳燃烧时大部分有机物(纤维素和本质素等)被烧掉，剩下的RHA主要成分是二氧化 硅(质量分数为0.55~0.97)，粒径约为50~100nm,其次为炭，还有少量金属氧化物(质 量分数小于0.005)。根据炭含量的高低，可将RHA分为高炭灰(RHA-HC)、低炭灰(RHA-LC)和无炭灰；也可根据其色泽分为黑稻壳灰(BRHA)和白稻壳灰(WRHA)。 由于RHA价格低廉，二氧化硅含量较高，而过渡金属离子含量很低，对天然橡胶具有 一定的补强效果，是炭黑和白炭黑的理想替代品。影响，Sae-oui P等将RHA-LC和RHA-HC直接填充于NR 胶料中，并与滑石粉、陶土、碳酸钙、白炭黑和炭黑进行比较，发现各项物理性能均与 惰性填料相当。Da Costa H M等. Journal of Applied Poilmer Science,2000,76(7): 1019-1027, Da Costa H M,Visconte L L Y，Nunes R C R，et al.Mechanical and dynamic mechanical properties of rice husk ash-filled natural rubber copounds. 2002，83(11):2331-2346.]通过研磨过的RHA填充NR，在填充量为20份时，硫化胶的物 理性能最好，但除了耐磨性外，其它性能均比炭黑和白炭黑填充胶差。为了提高RHA 填充NR硫化胶的物理性能，采用双-(Y-三乙氧基硅烷丙基)-四硫化物(偶联剂Si69) 改善硫化胶的物理性能，但效果不明显。Ismail H等.Polymer Testing,1999，18(4):287-298.]采用多功能添加剂MFA ( — 种羧酸二铵盐)、偶联剂Si69和MFA/Si69并用改性WRHA填充NR，结果表明它们均 能改善胶料的性能，特别是当WRHA填充量为10份时，NR胶料的性能最佳，伹也只 是14~17MPa。因此，还需要提供，改善稻壳灰对天然 橡胶的补强效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高性能的稻壳灰-天然橡胶复合材料的制备方法。 具体地说，本专利技术釆用通过天然橡胶的环氧化反应制备的环氧化天然橡胶作为稻壳 灰与天然橡胶之间的相容剂，利用环氧化天然橡胶与天然橡胶之间优异的相容性，以及 环氧化天然橡胶与稻壳灰之间的化学反应，改善稻壳灰在天然橡胶中的分散效果，增强 稻壳灰与天然橡胶之间的相互作用，制备髙性能稻壳灰-天然橡胶复合材料。 本专利技术的具体实施方案如下在去离子水中加入适量的稻壳灰浸泡1天，然后加入适量的偶联剂和适量的阴离子 表面活性剂，超声分散，随后加入适量的乳状环氧化天然橡胶，继续采用超声分散，制 备稻壳灰分散体；同时采用适量的非离子表面活性剂对适量的乳状天然橡胶进行稳定，然后在不断搅拌条件下将上述的稻壳灰分散体均匀地混合到乳状天然橡胶中，得到胶乳 状态的稻壳灰-天然橡胶复合材料；将该复合材料进一步通过凝固、压片、洗涤、干燥 等标准中国橡胶常规加工工艺，得到干胶状态的稻壳灰-天然橡胶复合材料。以上实施方案所述的稻壳灰、偶联剂、阴离子表面活性剂、以干胶计乳状环氧化天 然橡胶、非离子表面活性剂、以干胶计的乳状天然橡胶的份量(重量份，下同)为稻壳灰1~10份；偶联剂2~5份；阴离子表面活性剂0.3~0.5份；以干胶计的乳 状环氧化天然橡胶1~10份；非离子表面活性剂0.3~0.5份；以干胶计的乳状天然橡 胶100份。本专利技术所述的稻壳灰，是通过燃烧制得的平均粒径为60nm, 二氧化硅质量分数为 0.85的黑白稻壳灰。本专利技术所述的乳状环氧化天然橡胶，可选天然橡胶通过环氧化反应制备的乳状环氧 化天然橡胶，或由天然胶乳通过环氧化反应制备的环氧化天然胶乳，或由浓縮天然胶乳 通过环氧化反应制备、环氧化程度为20~50%、总固休含量为20~25%的环氧化天然胶乳， 优选浓縮天然胶乳通过环氧化反应制备、环氧化程度为20~50%、总同体含量为20~25% 的环氧化天然胶乳。本专利技术所述的乳状天然橡胶，可选巴西三叶橡胶树的天然胶乳或浓縮天然胶乳或经 离心浓縮、总固体含量为60%的浓缩天然胶乳，优选经离心浓縮、总固体含量为60%的 浓缩天然胶乳。本专利技术所述的阴离子表面活性剂，可选十二烷基苯磺酸钠，或十二垸基硫酸钠，或 油酸钾，优选十二垸基苯磺酸钠。本专利技术所述的非离子表面活性剂，可选脂肪醇聚氧乙烯醚，或山梨醇聚氧乙烯醚， 或壬基酚聚氧乙烯醚，优选脂肪醇聚氧乙烯醚。本专利技术所述的偶联剂，可选Y-巯基丙基三甲氧基硅垸，或Y-氨丙基三乙氧基硅烷， 或Y-巯基丙基三乙氧基硅垸，优选Y-巯基丙基三甲氧基硅垸。因此,本专利技术所述的稻壳灰-天然橡胶复合材料的制备方法，优选采用如下实施方式在100份去离子水中加入1~10份平均粒径为60nm， 二氧化硅质量分数为0.85的稻 壳灰浸泡1天，然后加入2~5份Y -巯基丙基三甲氧基硅垸和0.3-0.5份十二烷基苯磺酸 钠，超声分散30分钟，随后加入1~10份以干胶计的环氧化程度20~50%、总固体含量 20~25%的环氧化天然橡胶胶乳，继续采用超声分散30分钟，制备稻壳灰分散体；同时 采用0.3~0.5份脂肪醇聚氧乙烯醚对IOO份以干胶计总固体含量为60%的浓縮天然胶乳进行稳定，在不断搅拌条件下将上述的稻壳灰分散体均匀地混合到稳定的浓缩天然胶乳 中，得到胶乳状态的稻壳灰-天然橡胶复合材料；将该复合材料进一步通过凝固、压片、 洗涤、干燥等标准中国橡胶常规加工工艺，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稻壳灰－天然橡胶复合材料的制备方法，其特征在于去离子水中加入１～１０份稻壳灰浸泡１天，然后加入２～５份偶联剂和０．３～０．５份阴离子表面活性剂，超声分散３０分钟，随后加入１～１０份乳状的环氧化天然橡胶，继续采用超声分散３０分钟，制备稻壳灰分散体；同时采用０．３～０．５份非离子表面活性剂对１００份乳状天然橡胶进行稳定，在不断搅拌条件下将上述的稻壳灰分散体均匀地混合到稳定的乳状天然橡胶中，得到胶乳状态的稻壳灰－天然橡胶复合材料；将该复合材料进一步通过凝固、压片、洗涤、干燥等标准中国橡胶常规加工工艺，得到干胶状态的稻壳灰－天然橡胶复合材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾宗强，余和平，彭政，黄茂芳，
申请(专利权)人：中国热带农业科学院农产品加工研究所，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]