一种低生热介孔二氧化硅/橡胶复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及橡胶材料技术领域，公开了一种低生热介孔二氧化硅/橡胶复合材料的制备方法。包括以下步骤：1）利用正硅酸乙酯为前驱体制备介孔二氧化硅；2）将介孔二氧化硅加入去离子水中超声震荡分散均匀，得到介孔二氧化硅悬浮液，将二氧化硅悬浮液加入天然胶乳中,混合均匀，加入氯化钙溶液进行破乳，经过过滤分离、水洗、烘干，得到橡胶母料；3）将橡胶母料放入密炼室中，然后加入氧化锌和硬脂酸，进行混炼，然后加入防老剂4010NA，继续混炼，得到混炼胶，将混炼胶放入开炼机中，加入硫磺和硫化促进剂，进行开炼，得到介孔二氧化硅/橡胶复合材料。本发明专利技术制备得到的橡胶复合材料具有良好的力学性能和低生热性能。

【技术实现步骤摘要】
一种低生热介孔二氧化硅/橡胶复合材料的制备方法
本专利技术涉及橡胶材料
，涉及一种低生热介孔二氧化硅/橡胶复合材料的制备方法。
技术介绍
随着天然橡胶广泛应用于交通运输、军工、航空等领域，天然橡胶与煤炭、钢铁、石油并称为四大工业原料。因此保证天然橡胶的质量稳定成为天然橡胶领域重要的一环。随着社会的发展，消费者对汽车轮胎的质量要求越来越高，如何延长动态力学条件下轮胎的使用寿命，解决措施主要有三种。一是降低轮胎的生热，可以通过选择低生热的橡胶品种和条件等配合实现；二是提高轮胎胶料的耐热能力，主要通过合理选择硫化体系和防老剂老实现。三是提高轮胎胶料的导热性，一般通过选择合适的橡胶和选择合适的导热填料来完成。目前市场上主要选择滴生人的橡胶品种和填料配合实现。橡胶材料内部生热的主要原因为在外力作用下橡胶内部填充的填料与填料之间或者填料与橡胶基体之间产生摩擦作用力，使橡胶材料内部快速产生热量，橡胶内部产生热量使橡胶材料过早老化，造成橡胶材料的力学性能下降，缩短橡胶材料的使用寿命。中国专利文献公开号CN106009700公开了一种橡胶复合材料，包括以下组分：橡胶、二氧化硅、金属氧化物、发泡微球和交联剂；又如中国专利公开号CN107108909公开了一种硫化橡胶组合物的制备方法，先制备丁二烯橡胶和二氧化硅母料，然后制备异戊二烯橡胶和二氧化硅母料，将上述制备得到的两种母粒进行混炼，然后进行硫化。上述专利文献中均利用二氧化硅作为橡胶的填料，并起到对橡胶材料的增强作用，但是二氧化硅在橡胶材料中分散性能差，且橡胶与二氧化硅之间存在界面结合作用较差，橡胶材料遇到外力作用时内部二氧化硅与二氧化硅、二氧化硅与橡胶材料之间容易产生摩擦作用力，从而引起橡胶材料内部生热，加速材料的老化。中国专利公开号CN108219464公开了一种增强型耐磨复合塑胶材料及其制备方法，由以下步骤制备而成：先将纳米二氧化硅、硫酸钙晶须、钛酸钾晶须、硬脂酸、氨丙基三乙氧基硅烷、巯丙基三甲氧基硅烷、二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷脂、无水乙醇和丙酮混合分散，经过干燥得到混合粉末，将混合粉末、甲基乙烯基硅橡胶、纳米氧化锌、氯化石蜡、甲基硅油混合，进行混炼，再加入丙烯酸羟乙酯和过氧化二异丙苯，混合均匀，经过平板硫化机硫化成型，加入烘箱中进行二次硫化即得。该专利技术方案中通过传统的方法在橡胶材料中混入氨丙基三乙氧基硅烷和巯丙基三甲氧基硅烷，通过在纳米二氧化硅表面接枝氨丙基三乙氧基硅烷提高纳米二氧化硅的分散性，通过在纳米二氧化硅表面接枝巯丙基三甲氧基硅烷提高纳米二氧化硅与橡胶材料的界面结合作用力。但是，传统方法将氨丙基三乙氧基硅烷接枝在纳米二氧化硅表面对纳米二氧化硅在橡胶材料中的分散性提升有限，且纳米二氧化硅与橡胶材料之间的界面结合作用力有待进一步提高。
技术实现思路
本专利技术是为了克服以上现有技术问题，提供一种低生热介孔二氧化硅/橡胶复合材料的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种低生热介孔二氧化硅/橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)将正丁烷、乙醚和去离子水按照体积比1:2-3:4-5混合均匀得到混合溶液，将表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵和正硅酸乙酯加入混合溶液中，水浴加热至80-90℃，滴加氨水，保温反应3-6h，经过离心分离、洗涤、干燥得到固体产物，将固体产物置于马弗炉中煅烧，冷却，得到介孔二氧化硅；2)将介孔二氧化硅加入去离子水中超声震荡分散均匀，得到介孔二氧化硅悬浮液，将二氧化硅悬浮液加入天然胶乳中,混合均匀，加入氯化钙溶液进行破乳，经过过滤分离、水洗、烘干，得到橡胶母料；3)将橡胶母料放入密炼室中，然后加入氧化锌和硬脂酸，进行混炼5-8min，然后加入防老剂4010NA，继续混炼3-5min，得到混炼胶，将混炼胶放入开炼机中，加入硫磺和硫化促进剂，进行开炼10-12min，得到介孔二氧化硅/橡胶复合材料。作为优选，所述步骤1)中十二烷基三甲基溴化铵与正硅酸乙酯的质量比为1:5-8。作为优选，所述步骤1)中煅烧温度为500-600℃，煅烧时间为2-4h。作为优选，所述步骤2)中天然胶乳固含量为40-50％。作为优选，所述步骤2)中介孔二氧化硅与天然胶乳的质量比为1:50-60。作为优选，所述介孔二氧化硅经过改性处理，包括以下步骤：a)将碳酸氢钠加入去离子水中搅拌溶解配制成碳酸氢钠溶液，将介孔二氧化硅加入碳酸氢钠溶液中搅拌混合均匀，静置1-3h，过滤、洗涤、置于室温下晾干，得到复合介孔二氧化硅；b)将盐酸多巴胺加入去离子水中搅拌溶解配制成盐酸多巴胺溶液，滴加Tirs-HCl缓冲液和氢钠化钠溶液调节盐酸多巴胺溶液的pH至8.0-9.0，然后加入复合介孔二氧化硅，水浴加热至40-45℃，搅拌反应3-5h，经过过滤、洗涤后置于烘箱中在50-60℃下干燥2-5h，得到聚多巴胺包覆介孔二氧化硅；c)将γ-巯丙基三甲氧基硅烷加入乙醇与水的混合溶液中，搅拌分散均匀，然后加入聚多巴胺包覆介孔二氧化硅，超声震荡10-20min，静置30-50min，水浴加热至60-65℃，保温反应2-4h，经过过滤、洗涤、干燥，得到偶联剂改性介孔二氧化硅；d)将环氧丙基十二烷基二乙基氯化铵加入去离子水中搅拌溶解配制成环氧丙基十二烷基二乙基氯化铵水溶液，然后加入偶联剂改性介孔二氧化硅和四氯化锡，水浴加热至70-80℃，进行开环反应3-6h，经过过滤、洗涤、干燥，即得。作为优选，所述步骤a)中碳酸氢钠溶液的质量浓度为1.0-3.0％。作为优选，所述步骤b)中盐酸多巴胺溶液的质量浓度为0.5-5.0％。作为优选，所述步骤c)中聚多巴胺包覆介孔二氧化硅与γ-巯丙基三甲氧基硅烷的质量比为1:0.1-0.4。作为优选，所述步骤d)中环氧丙基十二烷基二乙基氯化铵水溶液的质量浓度为5-10％。本专利技术具有如下有益效果：橡胶材料内部生热的主要原因为在外力作用下橡胶内部填充的填料与填料之间或者填料与橡胶基体之间产生摩擦作用力，使橡胶材料内部快速产生热量，橡胶内部产生热量使橡胶材料过早老化，造成橡胶材料的力学性能下降，缩短橡胶材料的使用寿命。因此为延长橡胶材料的使用寿命，本专利技术从以下方面降低橡胶材料的内生热：1.本专利技术为降低二氧化硅与橡胶基质之间的摩擦作用，以自制的介孔二氧化硅作为橡胶材料的增强剂和填料，利用介孔二氧化硅表面的多孔结构，在天然橡胶与介孔二氧化硅混合过程中，橡胶大分子扩散进入介孔二氧化硅的内部，形成类似“铆接”连接作用，从而增加橡胶与介孔二氧化硅之间的结合作用力，避免在外力作用下介孔二氧化硅与橡胶基质之间发生相对摩擦生热，降低橡胶材料的内生热；2.现有技术中为降低二氧化硅与二氧化硅之间的摩擦作用力，通常采用的方法是在二氧化硅表面接枝硅烷偶联剂提高二氧化硅填料在天然橡胶基质中的分散性能，从而降低二氧化硅与二氧化硅之间的摩擦作用，降低橡胶材料内部生热，此方法对二氧化硅在天然橡胶中的分散性能提高有限，从而影响到橡胶复合材料低生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低生热介孔二氧化硅/橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1）将正丁烷、乙醚和去离子水按照体积比1:2-3:4-5混合均匀得到混合溶液，将表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵和正硅酸乙酯加入混合溶液中，水浴加热至80-90℃，滴加氨水，保温反应3-6h，经过离心分离、洗涤、干燥得到固体产物，将固体产物置于马弗炉中煅烧，冷却，得到介孔二氧化硅；/n2）将介孔二氧化硅加入去离子水中超声震荡分散均匀，得到介孔二氧化硅悬浮液，将介孔二氧化硅悬浮液加入天然胶乳中,混合均匀，加入氯化钙溶液进行破乳，经过过滤分离、水洗、烘干，得到橡胶母料；/n3）将橡胶母料放入密炼室中，然后加入氧化锌和硬脂酸，进行混炼5-8min，然后加入防老剂4010NA，继续混炼3-5min，得到混炼胶，将混炼胶放入开炼机中，加入硫磺和硫化促进剂，进行开炼10-12min，得到介孔二氧化硅/橡胶复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种低生热介孔二氧化硅/橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将正丁烷、乙醚和去离子水按照体积比1:2-3:4-5混合均匀得到混合溶液，将表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵和正硅酸乙酯加入混合溶液中，水浴加热至80-90℃，滴加氨水，保温反应3-6h，经过离心分离、洗涤、干燥得到固体产物，将固体产物置于马弗炉中煅烧，冷却，得到介孔二氧化硅；
2）将介孔二氧化硅加入去离子水中超声震荡分散均匀，得到介孔二氧化硅悬浮液，将介孔二氧化硅悬浮液加入天然胶乳中,混合均匀，加入氯化钙溶液进行破乳，经过过滤分离、水洗、烘干，得到橡胶母料；
3）将橡胶母料放入密炼室中，然后加入氧化锌和硬脂酸，进行混炼5-8min，然后加入防老剂4010NA，继续混炼3-5min，得到混炼胶，将混炼胶放入开炼机中，加入硫磺和硫化促进剂，进行开炼10-12min，得到介孔二氧化硅/橡胶复合材料。


2.根据权利要求1所述的一种低生热介孔二氧化硅/橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中十二烷基三甲基溴化铵与正硅酸乙酯的质量比为1:5-8。


3.根据权利要求1所述的一种低生热介孔二氧化硅/橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中煅烧温度为500-600℃，煅烧时间为2-4h。


4.根据权利要求1所述的一种低生热介孔二氧化硅/橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中天然胶乳固含量为40-50%。


5.根据权利要求1所述的一种低生热介孔二氧化硅/橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中介孔二氧化硅与天然胶乳的质量比为1:50-60。


6.据权利要求1所述的一种低生热介孔二氧化硅/橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述介孔二氧化硅经过改性处理，包括以下步骤：
a）将碳酸氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈奎东，
申请(专利权)人：陈奎东，
类型：发明
国别省市：河南;41