一种单口中空聚苯乙烯微球增强复合天然橡胶材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种单口中空聚苯乙烯微球增强复合天然橡胶材料及其制备方法，属于天然橡胶材料技术领域。该复合天然橡胶材料由以下原料制备而成：天然橡胶，单口中空聚苯乙烯微球，氧化锌，硬脂酸，硫磺，N‑环己基‑2‑苯并噻唑次磺酰胺，甲苯。本发明专利技术还提供了一种上述材料的制备方法，该方法采用湿法混炼技术，将填料单口中空聚苯乙烯微球、添加剂和天然橡胶在有机溶剂甲苯中混炼，一方面保护了单口中空聚苯乙烯微球的结构形貌，另一方面提升了聚合物填料在连续相橡胶中的分散性。

Single port hollow polystyrene microsphere reinforced composite natural rubber material and preparation method thereof

The invention discloses a single hollow polystyrene microsphere reinforced composite natural rubber material and a preparation method thereof, belonging to the technical field of natural rubber materials. The composite natural rubber material is prepared from the following raw materials: natural rubber, single hollow polystyrene microspheres, zinc oxide, stearic acid, sulfur, N_cyclohexyl_2_benzothiazole sulfosulfonamide, toluene. The invention also provides a preparation method of the above-mentioned material. The method adopts wet mixing technology to mix filler single-port hollow polystyrene microspheres, additives and natural rubber in organic solvent toluene. On the one hand, the structure and morphology of the single-port hollow polystyrene microspheres are protected, on the other hand, the polymer filler is enhanced in the organic solvent toluene. Dispersibility of continuous phase rubbers.

【技术实现步骤摘要】
一种单口中空聚苯乙烯微球增强复合天然橡胶材料及其制备方法
本专利技术涉及一种单口中空聚苯乙烯微球增强复合天然橡胶材料及其制备方法，属于天然橡胶材料

技术介绍
现有橡胶制备工艺大多采用传统的橡胶干法混炼技术，干法混炼技术多是通过填料与固体橡胶或颗粒料的分批混炼或连续混炼来实现,但是干法混炼技术具有能耗高、粉尘污染重、填料分散度差等明显缺点，并且严重危害操作人员的身体健康。此外，该方法多用于无机填料与橡胶的混炼，极少被应用于聚合物颗粒，这是由于干法混炼技术是一种纯物理的混炼方法，聚合物颗粒极易发生团聚，分散性较差，而且在高温密炼过程中，聚合物颗粒结构也极易被破坏，无法达到预期的对天然橡胶的增强效果。湿法混炼技术，是将填料、添加剂和固体橡胶在溶剂中混炼并实现一体化连续化生产的技术，该技术能够实现各种原料分子与分子之间的结合，有效增强橡胶与填料之间的相互作用力。湿法混炼能够提升填料在橡胶中的分散性，因此硫化后橡胶材料的滞后性能、应力-应变性能、耐切割性能、耐屈挠疲劳性能和耐磨损性能都比干法混炼橡胶有显著的提高。此外，湿法混炼技术简化了现有生产工艺，降低了生产成本，对于节能降耗以及绿色化生产都有着积极的意义。尤其是对于聚合物颗粒填料，能够在被有机溶剂溶解后的天然橡胶中更好的分散，同时在硫化过程中与天然橡胶之间形成化学键合，提升天然橡胶的力学性能。过去常用的用来增强天然橡胶的填料，多为无机物填料，如炭黑和纳米二氧化硅。与这些无机物填料相比，聚合物填料与天然橡胶的界面相容性更高，能够更好地分散在橡胶连续相中，同时在硫化过程中聚合物填料与橡胶之间能够形成较强的化学键合。
技术实现思路
为解决现有干/湿法混炼过程中无机物填料与橡胶相容性较差、易发生团聚等问题，本专利技术提供了一种湿法混炼技术制备的单口中空聚苯乙烯微球增强复合天然橡胶材料，采用的技术方案如下：本专利技术的目的在于提供一种单口中空聚苯乙烯微球增强复合天然橡胶材料，该复合天然橡胶材料由以下原料制备而成：天然橡胶，单口中空聚苯乙烯微球，氧化锌，硬脂酸，硫磺，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺和甲苯。优选地，所述复合天然橡胶材料由以下重量份的原料制备而成：天然橡胶100份-130份，单口中空聚苯乙烯微球2份-25份，氧化锌3-6份，硬脂酸1份-3份，硫磺1份-5份，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺0.1份-1.5份，甲苯500份-2000份。更优选地，所述复合天然橡胶材料由以下重量份的原料制备而成：天然橡胶100份-110份、单口中空聚苯乙烯微球5份-20份、氧化锌3份-4份，硬脂酸1.5份-2份、硫磺2份-4份、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺0.5份-1份、甲苯1000份-1500份。最优地，所述复合天然橡胶材料由以下重量份的原料制备而成：天然橡胶100份，单口中空聚苯乙烯微球10份，氧化锌4份，硬脂酸1.5份，硫磺2份，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺0.5份，甲苯1000份。本专利技术还提供了一种上述一种单口中空聚苯乙烯微球增强复合天然橡胶材料的制备方法，该方法包括以下步骤：1)将天然橡胶剪成小颗粒与甲苯混合，用机械搅拌机在转速350r/min-500r/min条件下搅拌3小时-5小时，获得被甲苯充分溶胀后的橡胶颗粒，其中甲苯的添加量为总甲苯质量的80％；2)将单口中空聚苯乙烯微球与剩余甲苯混合，用机械搅拌机在转速200r/min-300r/min条件下搅拌分散1小时-3小时，获得分散在甲苯中的单口中空聚苯乙烯微球；3)将步骤1)获得的被甲苯充分溶胀后的橡胶颗粒用切割搅拌机切割，获得橡胶-甲苯浆料；4)将氧化锌、硬脂酸、硫磺、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、步骤2)获得的分散在甲苯中的单口中空聚苯乙烯微球和步骤3)获得的橡胶-甲苯浆料混合，获得橡胶-填料共混物，其中：混合条件为在35℃-50℃、用转速为300r/min-500r/min的机械搅拌机搅拌20小时-30小时；5)将步骤4)获得的橡胶-填料共混物放入烘箱中，在40℃-60℃下烘干，获得胶料；6)将步骤5)获得的胶料用平板硫化机进行硫化成型即得单口中空聚苯乙烯微球增强复合天然橡胶材料，其中：硫化温度为140℃-155℃，硫化压力为8MPa-10MPa，硫化时间为8分钟-10分钟。优选地，步骤1)中搅拌速度为400r/min，搅拌时间为4.5小时。优选地，步骤2)中搅拌速度为220r/min，搅拌时间为1.5小时。优选地，步骤4)中温度为40℃，搅拌速度为400r/min，搅拌时间为24小时。优选地，步骤5)中干燥温度为50℃。优选地，步骤6)中硫化温度为150℃，硫化压力为8MPa，硫化时间为9分钟。本专利技术材料的力学性能得到显著提高的原因是：首先，本专利技术采用了单口中空聚苯乙烯微球，它具有独特的单口中空结构，能够使得天然橡胶通过其壳层上的小孔进入到空腔中，进而能够在复合材料内部形成独特的“铆钉”结构，该“铆钉”结构使得拉伸断裂不仅能够发生在填料与橡胶的界面处，还能够发生在填料壳层中，有效地增强了材料的拉伸强度，提高了该材料的力学性能。其次，本专利技术单口中空聚苯乙烯微球增强复合天然橡胶材料的制备方法，没有采用传统的干法混料技术，而是采用了一种湿法混炼技术，该方法可以使得聚合物填料能够更好地分散在橡胶连续相中，并且在湿法混炼过程中，被甲苯溶解的天然橡胶能够通过其壳层上的小孔进入到空腔中，干燥硫化后便在复合材料中形成独特的“铆钉”结构，同时由于单口中空聚苯乙烯微球与天然橡胶具有较高的界面相容性，在硫化过程中填料与橡胶之间能够形成较强的化学键合，进而可以使得本专利技术材料的力学性能得到更进一步提升。本专利技术有益效果：本专利技术采用湿法混炼技术制备了一种单口中空聚苯乙烯微球增强的复合天然橡胶材料。本专利技术采用湿法混炼技术，将填料单口中空聚苯乙烯微球、天然橡胶和其他添加剂在有机溶剂甲苯中混炼，一方面保护了单口中空聚苯乙烯微球的结构形貌，另一方面提升了聚合物填料在连续相橡胶中的分散性。本专利技术采用单口中空聚苯乙烯微球作为填料，由于其具有独特的单口中空结构，在湿法混炼过程中，被甲苯溶解的天然橡胶能够通过单口中空聚苯乙烯微球壳层上的小孔进入到其空腔中，干燥硫化后便能够在复合材料中形成独特的“铆钉”结构，进而大幅提升天然橡胶的力学性能，使得该复合橡胶材料具有良好的力学性能，拉伸强度达到了5.4MPa，较普通硫化天然橡胶(0.85MPa)增长了5.35倍，同时是同等添加量纳米二氧化硅增强复合天然橡胶(1.6MPa)的3.38倍。附图说明图1为不同放大倍数下实施例6中单口中空聚苯乙烯微球增强复合天然橡胶材料的拉伸断裂面SEM图；图中：A，1K；B，5K；C，15K；D，20K。图2为实施例6中单口中空聚苯乙烯微球增强复合天然橡胶材料的超薄切片横截面TEM图。图3为实施例6中单口中空聚苯乙烯微球增强复合天然橡胶材料的拉伸断裂模拟示意图；图中：A，断裂模型1；B，断裂模型2。图4为实施例6中单口中空聚苯乙烯微球增强复合天然橡胶材料的相分布模拟图；图中：①，单口中空聚苯乙烯微球空腔中内容物相；②，单口中空聚苯乙烯微球壳层相；③，单口中空聚苯乙烯微球和橡胶之间的相容界面相；④，橡胶连续相。图5为不同放大倍数下，对比例1中天然橡胶材料的拉伸断本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单口中空聚苯乙烯微球增强复合天然橡胶材料，其特征在于，所述单口中空聚苯乙烯微球增强复合天然橡胶材料由以下原料制备而成：天然橡胶，单口中空聚苯乙烯微球，氧化锌，硬脂酸，硫磺，N‑环己基‑2‑苯并噻唑次磺酰胺和甲苯。

【技术特征摘要】
1.一种单口中空聚苯乙烯微球增强复合天然橡胶材料，其特征在于，所述单口中空聚苯乙烯微球增强复合天然橡胶材料由以下原料制备而成：天然橡胶，单口中空聚苯乙烯微球，氧化锌，硬脂酸，硫磺，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺和甲苯。2.根据权利要求1所述的复合天然橡胶材料，其特征在于，所述单口中空聚苯乙烯微球增强复合天然橡胶材料由以下重量份的原料制备而成：天然橡胶100份-130份，单口中空聚苯乙烯微球2份-25份，氧化锌3份-6份，硬脂酸1份-3份，硫磺1份-5份，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺0.1份-1.5份，甲苯500份-2000份。3.根据权利要求1所述的复合天然橡胶材料，其特征在于，所述复合天然橡胶材料由以下重量份的原料制备而成：天然橡胶100份-110份、单口中空聚苯乙烯微球5份-20份、氧化锌3份-4份，硬脂酸1.5份-2份、硫磺2份-4份、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺0.5份-1份、甲苯1000份-1500份。4.根据权利要求1所述的复合天然橡胶材料，其特征在于，所述复合天然橡胶材料由以下重量份的原料制备而成：天然橡胶100份，单口中空聚苯乙烯微球10份，氧化锌4份，硬脂酸1.5份，硫磺2份，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺0.5份，甲苯1000份。5.一种权利要求1-4任一所述一种单口中空聚苯乙烯微球增强复合天然橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将天然橡胶剪成小颗粒与甲苯混合，用机械搅拌机在转速350r/min-500r/min条件下搅拌3小时-5小时，获得被甲苯充分溶胀后的橡胶颗粒，其中甲苯的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王庆刚，侯鸿斌，咸漠，陈骁，晋苗苗，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37