一种改性白炭黑增强橡胶轮胎材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性白炭黑增强橡胶轮胎材料及其制备方法，所述改性白炭黑增强橡胶轮胎材料由溶聚丁苯胶、稀土丁二橡胶、顺丁橡胶、改性白炭黑、淀粉纳米晶、醋酸纤维素、氧化钙、防滑剂、纳米氧化锌、硬脂酸、防老剂、促进剂、硫化剂制备而成，所述改性白炭黑增强橡胶轮胎材料的制备步骤包括：改性白炭黑的制备、加工助剂的混合、橡胶的混合开炼、助剂与橡胶的混合加热成型、硫化成型。本发明专利技术通过加入改性的白炭黑，提高了白炭黑在橡胶中的分散性，之后通过与加工助剂分批添加混合的方式进一步增强了白炭黑的分散性，内摩擦减少，疲劳生热下降，抵抗外界机械力的能力增强，耐磨性、抗老化性增强，从而延长了橡胶材料的使用寿命。

A modified silica reinforced rubber tire material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种改性白炭黑增强橡胶轮胎材料及其制备方法
本专利技术涉及橡胶材料领域，尤其是一种改性白炭黑增强橡胶轮胎材料及其制备方法。
技术介绍
汽车轮胎是汽车的重要部件之一，轮胎直接与路面直接接触，其与汽车悬架共同来缓和汽车行驶时所受到的冲击，保证汽车有良好的乘坐舒适性和行驶平顺性；保证汽车车轮与路面之间有较好的摩擦附着性，提高汽车的牵引性、制动性和通过性能，因此，汽车轮胎材料发挥着无可替代的作用，轮胎制制造的主要材料是橡胶，占据轮胎近一半的质量，近年来随着汽车产业的繁荣及扩大，汽车轮胎的需求量越来越大，然而因橡胶轮胎的耐磨性和抗老化性差，造成轮胎的使用寿命及其有限，致使废旧轮胎的数量大幅增长，由于废旧轮胎生物降解速度非常缓慢，废旧轮胎形成的“黑色污染”对中国的生态环境造成的不可忽视的压力和破坏。白炭黑是白色粉末状的无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅和超细二氧化硅凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等，同时，白炭黑是多孔性物质，其化学组成可以用SiO2•nH2O表示，其中nH2O以表面羟基的形式存在，能溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和除氢氟酸以外的酸，耐高温、不燃、无味、无嗅，具有很好的电绝缘性。白炭黑作为一种环保的、性能优异的助剂，在橡胶制品尤其是高温硫化硅橡胶领域应用广泛，白炭黑往往在彩色橡胶制品中以代替炭黑进行补强，满足白色或者半透明产品的需求，白炭黑同时具有超强的粘附力、抗撕裂以及耐老化性能，因此，在黑色橡胶制品中添加部分白炭黑代替炭黑，可获得高质量的橡胶制品，如越野轮胎、工程轮胎和子午胎等。但是现有炭黑聚集体比面积比较大，表面自由能高，极易在加工的过程中絮凝成团，从而影响橡胶材料的各项性能，本专利技术提出了一种新的提高白炭黑分散性的方法，通过化学方法对白炭黑表面接枝聚合物链进行化学改性，以及干法分步加料的方法在橡胶材料中逐步加入改性后的白炭黑，极大地提高白炭黑在橡胶材料中的分散性能，经检测证明，此种方法制备出的橡胶轮胎材料耐磨性能提高，抗老化性也提升；同时在橡胶材料中添加了淀粉纳米晶做填充物，提高了产品的生物降解性以及环保性能。
技术实现思路
为了克服现有技术中白炭黑在橡胶材料中分散性能不足导致的轮胎材料的耐磨性能相对差、抗老化性相对较低的缺陷，以及缓解橡胶轮胎形成的黑色污染对自然环境造成的生态压力，本专利技术提供一种改性白炭黑增强橡胶轮胎材料及其制备方法以进一步提高防滑橡胶材料的耐磨性能，提升防滑橡胶轮胎的抗老化性能，延长轮胎的使用寿命，提高橡胶轮胎材料的生物降解性能。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种改性白炭黑增强橡胶轮胎材料及其制备方法，所述改性白炭黑增强橡胶轮胎材料由以下质量分数的原料制备而成：溶聚丁苯胶70~80份稀土丁二橡胶15~25份顺丁橡胶20~25份改性白炭黑20~35份淀粉纳米晶5~10份醋酸纤维素2~6份氧化钙3~5份防滑剂0.8~2.5份纳米氧化锌4~5.8份硬脂酸3~6份防老剂1.5~3份促进剂1.6~3.2份硫化剂2~5份；所述改性白炭黑增强橡胶轮胎材料的制备方法包括以下步骤：步骤一，改性白炭黑的制备：（1）取洁净干燥的烧杯，向烧杯中依次加入聚乙烯醇和适量去离子水，搅拌混合均匀，得到聚乙烯醇溶液，将聚乙烯醇溶液加热到95oC，并在95oC的温度下混合45~60min，然后将聚乙烯醇溶液冷却至25oC；（2）搅拌聚乙烯醇溶液的同时加入白炭黑，然后加入适量硅烷偶联剂，搅拌混合均匀，得到混合溶液A；（3）向步骤（2）所得的混合溶液中加入适量双氧水，搅拌均匀，然后加入氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH值为12~13，得到混合溶液B；（4）在30~35oC下，将混合溶液B进行超声处理10h，其中超声温度60oC、超声功率100W，得到白炭黑分散液，向白炭黑分散液中加入盐酸溶液调节白炭黑分散液的pH至4~5，得到混合溶液C；（5）在反应温度55oC下，搅拌的同时向混合溶液中缓慢滴入质量分数40%的乙醛溶液，滴加速度每秒2~4滴，滴加完毕，反应12h，静置1~3h，抽滤，之后使用乙醇将滤饼洗涤6~8次，将滤饼置于30~40oC的真空干燥烘箱内干燥6~8h，最后研磨得到20~60目的白炭黑干粉，即得到改性白炭黑产物，待用；步骤二，加工助剂的混合：首先按照原料配方中的质量分数进行各原料的称量，然后将改性白炭黑平分为3份，之后将淀粉纳米晶、醋酸纤维素、氧化钙、防滑剂、纳米氧化锌、硬脂酸、防老剂、促进剂、1/3改性白炭黑依次加入高混机进行混合，混合温度35~40oC，混合15~20min，加入另1/3改性白炭黑，混合10~15min，加入剩余的1/3改性白炭黑，混合10~15min，得到混合助剂，待用；步骤三，橡胶的混合开炼：将所述溶聚丁苯胶、稀土丁二橡胶、顺丁橡胶混合开炼，开炼辊温度为45~60oC；步骤四，助剂与橡胶的混合加热成型：将步骤二所得混合助剂均匀加入步骤三的开炼胶片中，混炼均匀，开炼辊温度为55~65oC，最后均匀加入硫化剂，打卷、打三角包、薄通、混炼均匀后下片；步骤五，硫化成型：将步骤四所得橡胶片做适当裁剪后，将裁剪出的胶料加入平板硫化机的模具中，硫化压板成型，其中硫化温度170~190oC，硫化时间2~5h。上述的改性白炭黑增强橡胶轮胎材料的制备方法，所述步骤一中双氧水的质量分数为30%。上述的改性白炭黑增强橡胶轮胎材料的制备方法，所述步骤一中氢氧化钠溶液的质量分数为5~8%。上述的改性白炭黑增强橡胶轮胎材料的制备方法，所述步骤一中聚乙烯醇、去离子水、炭黑、硅烷偶联剂、过氧化氢的质量比为1:45:2:0.2~0.4:30。上述的改性白炭黑增强橡胶轮胎材料的制备方法，所述步骤一中所使用盐酸的质量分数为37.5%，乙醇的纯度要求为98%以上。与现有技术相比，本专利技术具有以下突出性特点以及有益效果是：本专利技术通过在橡胶轮胎材料中加入化学改性后的白炭黑，提高了白炭黑在橡胶中的分散性，之后通过与加工助剂分批添加混合的方式进一步增强了白炭黑的分散性，内摩擦减少，疲劳生热下降，抵抗外界机械力的能力增强，耐磨性、抗老化性增强，进而延长了橡胶的使用寿命；同时加入了可生物降解、来自可再生资源、价格相对低廉的纳米淀粉晶，在不影响力学性能的基础上增加了橡胶轮胎材料的生物降解性，降低了生产成本。具体实施方式为使本领域技术人员更好的理解本专利技术的技术方案，下面结合具体实施方式对本专利技术作详细说明。【实施例1】一种改性白炭黑增强橡胶轮胎材料及其制备方法，所述改性白炭黑增强橡胶轮胎材料由以下质量分数的原料制备而成：溶聚丁苯胶70份稀土丁二橡胶15份顺丁橡胶20份改性白炭黑20份淀粉纳米晶5份醋酸纤维素2份氧化钙3份防滑剂0.8份纳米氧化锌4份硬脂酸3份防老剂1.5份促进剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性白炭黑增强橡胶轮胎材料及其制备方法，其特征在于，所述改性白炭黑增强橡胶轮胎材料由以下质量分数的原料制备而成：/n溶聚丁苯胶 70~80份/n稀土丁二橡胶 15~25份/n顺丁橡胶 20~25份/n改性白炭黑 20~35份/n淀粉纳米晶 5~10份/n醋酸纤维素 2~6份/n氧化钙 3~5份/n防滑剂 0.8~2.5份/n纳米氧化锌 4~5.8份/n硬脂酸 3~6份/n防老剂 1.5~3份/n促进剂 1.6~3.2份/n硫化剂 2~5份；/n所述改性白炭黑增强橡胶轮胎材料的制备方法包括以下步骤：/n步骤一，改性白炭黑的制备：（1）取洁净干燥的烧杯，向烧杯中依次加入聚乙烯醇和适量去离子水，搅拌混合均匀，得到聚乙烯醇溶液，将聚乙烯醇溶液加热到95...

【技术特征摘要】
1.一种改性白炭黑增强橡胶轮胎材料及其制备方法，其特征在于，所述改性白炭黑增强橡胶轮胎材料由以下质量分数的原料制备而成：
溶聚丁苯胶70~80份
稀土丁二橡胶15~25份
顺丁橡胶20~25份
改性白炭黑20~35份
淀粉纳米晶5~10份
醋酸纤维素2~6份
氧化钙3~5份
防滑剂0.8~2.5份
纳米氧化锌4~5.8份
硬脂酸3~6份
防老剂1.5~3份
促进剂1.6~3.2份
硫化剂2~5份；
所述改性白炭黑增强橡胶轮胎材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一，改性白炭黑的制备：（1）取洁净干燥的烧杯，向烧杯中依次加入聚乙烯醇和适量去离子水，搅拌混合均匀，得到聚乙烯醇溶液，将聚乙烯醇溶液加热到95oC，并在95oC的温度下混合45~60min，然后将聚乙烯醇溶液冷却至25oC；（2）搅拌聚乙烯醇溶液的同时加入白炭黑，然后加入适量硅烷偶联剂，搅拌混合均匀，得到混合溶液A；（3）向步骤（2）所得的混合溶液中加入适量双氧水，搅拌均匀，然后加入氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH值为12~13，得到混合溶液B；（4）在30~35oC下，将混合溶液B进行超声处理10h，其中超声温度60oC、超声功率100W，得到白炭黑分散液，向白炭黑分散液中加入盐酸溶液调节白炭黑分散液的pH至4~5，得到混合溶液C；（5）在反应温度55oC下，搅拌的同时向混合溶液中缓慢滴入质量分数40%的乙醛溶液，滴加速度每秒2~4滴，滴加完毕，反应12h，静置1~3h，抽滤，之后使用乙醇将滤饼洗涤6~8次，将滤饼置于30~40oC的真空干燥烘箱内干燥6~8h，最后研磨得到20~60目的白炭黑干粉，即得到改性白炭黑产物，待用；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国忠，张建亚，应照宇，郑军委，
申请(专利权)人：台州太阳风橡胶有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33