一种橡胶补强填料及其制备方法技术

本发明专利技术总体地属于无机非金属材料领域，具体地涉及一种橡胶补强填料及其制备方法。该制备方法以新型矿物为原料，首先，通过烘干和焙烧去除水和有机物等杂质；在深冷条件下，气流粉碎细磨，得到超细粉体，再分级确保所有粉体d

【技术实现步骤摘要】
一种橡胶补强填料及其制备方法
本专利技术总体地属于无机非金属材料领域，具体地涉及一种橡胶补强填料及其制备方法。
技术介绍
除天然橡胶(NR)和氯丁橡胶(CR)等少数自补强橡胶品种外，大部分合成橡胶在不填充补强填料的情况下性能较差，单独使用的价值不大。补强填料在橡胶加工中具有重要而又独特的作用。它可以提高橡胶的力学性能，对非自补强型胶种如丁苯橡胶(SBR)、丁腈橡胶(NBR)等更是不可或缺；可以满足胶料加工工艺要求，减小胶料的收缩率，有利于成型，并有助于胶料在硫化后的形状和尺寸保持稳定；有些品种还具有其他作用，如阻燃、导电、耐热等；可以降低胶料成本。橡胶填料以降低胶料成本、确保产品质量为主旨，以大剂量添加到主体材料——橡胶中；而补强剂大多以提高或满足性能要求为使用目的，如炭黑和白炭黑；两者之间有相似之处。橡胶补强填料综合了橡胶填料和补强剂的优点，即以填料为原料，通过机械加工和化学改性的途径，得到的材料在性能和使用效果方面均与使用补强剂接近，而成本则介于上述两者之间。近年来，伴随着发展各类橡胶制品的需要，经过改性提高的补强填料的品种和用量与日俱增，已经成为橡胶配合剂中的一个新门类。炭黑(CB)是由固态、液态或气态烃类物质经过不完全燃烧或裂解生成的一种化工产品。炭黑作为橡胶制品的重要补强剂和填料，在于它具有提高橡胶的机械性能等作用，主要起补强、着色、导电、提高耐候性等作用，迄今已有超过100年的历史。长期以来，轮胎一直都是利用炭黑来进行补强的。但是，在2017年世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考，碳黑在2B类致癌物清单中，不论是生产制造或者使用炭黑，都会对地区环境和从业人员身心健康，带来潜在危害。在白色、浅色填料中，补强效果能接近炭黑的，仅白炭黑一个品种。白炭黑又称水合二氧化硅、活性二氧化硅和沉淀二氧化硅，分子式SiO2·nH2O。它是高度分散状的无定形粉末或絮状粉末，密度小，电绝缘性、多孔性和吸水性很高。其原始颗粒粒径小于3μm，故比表面积大，因此具有很好的补强和增粘作用以及良好的分散性、悬浮性和振动液化特性。白炭黑根据制造方法大致可分为湿法白炭黑(水合硅酸)和干法白炭黑(无水硅酸)两种。硅橡胶中干法白炭黑的用量非常大，尤其是热硫化硅橡胶，其添加量可达40％～50％，但其成本较高，因此，橡胶通常使用湿法白炭黑。目前在氢化丁腈橡胶(HNBR)、氟橡胶(FKM)、顺丁橡胶、丁苯橡胶和异戊橡胶等中均有应用。尽管湿法白炭黑相比于干法白炭黑大大降低成本，但是仍具有制备工艺复杂，价格昂贵的缺陷。因此，如何研发一种新的橡胶补强填料，既能达到二氧化硅和碳的补强效果，又能有效降低成本，减少工艺流程，适用于工业化大规模生产，是本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种以新型矿物为原料制备的橡胶补强填料，该方法充分利用新型矿物中含有碳和二氧化硅的组分，对其除杂、细磨、分级并改性。制备得到新型橡胶补强填料，其粒度均匀，且最大粒径小于10μm，作为填料加入到橡胶当中，可以提高橡胶的力学性能，并有助于胶料在硫化后的形状和尺寸保持稳定。本专利技术所使用的新型矿物原料是在江西省某地发现的一种新型天然矿物，该新型矿物外观为黑色，储量巨大，性能稳定，相较于现有的碳黑和白炭黑，具有原料安全环保，成本低廉易得等优势。为实现上述目的，本专利技术提供了一种橡胶补强填料，以新型矿物为原料，对其除杂、细磨、分级并改性，即可得到；其中新型矿物包括晶态组分和非晶态组分，所述晶态组分占矿物质量分数的78.61％，非晶态组分占矿物质量分数的21.39％；所述晶态组分包括石英、黄铁矿、高岭石和云母，石英占所述晶态组分质量分数的91％；所述非晶态物质包括水、单质碳和有机物，单质碳占所述非晶态组分质量分数的95.1％。本专利技术的另一目的在于，提供了一种橡胶补强填料的制备方法，首先，通过烘干和焙烧去除水和有机物等杂质；在深冷条件下，气流粉碎细磨，得到超细粉体，再分级确保所有粉体d97＜5μm，dmax＜10μm，此粒径的粉体有利于后续的表面改性步骤更充分，也能进一步去除矿物杂质；最后在高温条件下，利用表面活性剂改性，即可制备得到一种橡胶补强填料。本专利技术的方案工艺简单，制备高效，应用方便，尤其适合规模化工业生产。为实现上述目的，本专利技术提供了一种橡胶补强填料的制备方法，包括以下步骤：S1、取所述新型矿物，烘干焙烧，然后分散，得到干燥的矿物粉体；S2、将矿物粉体在深冷条件下，气流粉碎，使物料d50＜1μm，d90＜5μm，得超细粉料；S3、将超细粉料在氮气气氛下分级，取粉体d97＜5μm，dmax＜10μm，得到细粉；S4、将细粉置于内衬氧化铝陶瓷的高速搅拌机中，在氮气气氛下，加入改性剂进行表面改性处理，改性后的粉体降至常温后密封保存，即得橡胶补强填料。在一优选的实施方式中，步骤S1中，所述烘干焙烧温度为280℃～450℃；所述分散是过筛，使矿物的粒径小于200目。在一优选的实施方式中，步骤S2中，所述深冷条件温度为-150℃～-30℃，优选的，-150℃～-120℃。在一优选的实施方式中，步骤S3中，所述分级的装置为多头超细分级机。在一优选的实施方式中，步骤S4中，所述表面改性处理的温度为80℃～95℃，处理时间为10～30min，所述表面活性剂选自矿物粉体质量0.5％～1.5％的硅烷偶联剂或矿物粉体质量1.0％～2.5％的硬脂酸中的一种或多种；优选的，步骤S4中，所述表面改性处理的温度为90℃～95℃，处理时间为20～25min，所述表面活性剂选自矿物粉体质量1％～1.5％的硅烷偶联剂或矿物粉体质量2.0％～2.5％的硬脂酸中的一种或多种；在高温条件下加入表面活性剂，可以提高改性效果，改性后的补强材料在橡胶中分散性良好，与橡胶相容性大大提高。本专利技术相比于现有技术的先进性在于：1.本专利技术方法中用到的新型矿物是一种以二氧化硅和碳为主要成分的天然矿物，并且储量巨大，性能稳定，相较于现有的碳黑和白炭黑，具有原料安全环保，成本低廉易得等优势。2.本专利技术所制得的橡胶补强填料，粒度均匀，且最大粒径小于10μm，经过改性之后，作为填料加入到橡胶当中，可以提高橡胶的力学性能，满足胶料加工工艺要求，减小胶料的收缩率，有利于成型，并有助于胶料在硫化后的形状和尺寸保持稳定。3.本专利技术制备工艺简单，应用方便，相比于其他制备方法，具有原料天然，制备高效，补强效果好等优势，为橡胶补强填料的制备提供了一种新的途径。附图说明从下面结合附图对本专利技术实施例的详细描述中，本专利技术的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：图1为本专利技术新型矿物的热分析分析曲线；图2为本专利技术新型矿物的X射线衍射图；图3为本专利技术新型矿物经酒精分散后的显微分析图谱和曲线，其中(A)为放大倍数(Mag)20.00KX的扫描电镜图片，(B)为放大倍数(Mag)1.00KX的扫描电镜图片；(C)为(B)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种橡胶补强填料，其特征在于，/n以新型矿物为原料，对其除杂、细磨、分级并改性，即可得到；/n所述新型矿物包括晶态组分和非晶态组分，所述晶态组分占矿物质量分数的78.61％，非晶态组分占矿物质量分数的21.39％；所述晶态组分包括石英、黄铁矿、高岭石和云母，石英占所述晶态组分质量分数的91％；所述非晶态物质包括水、单质碳和有机物，单质碳占所述非晶态组分质量分数的95.1％。/n

【技术特征摘要】
1.一种橡胶补强填料，其特征在于，
以新型矿物为原料，对其除杂、细磨、分级并改性，即可得到；
所述新型矿物包括晶态组分和非晶态组分，所述晶态组分占矿物质量分数的78.61％，非晶态组分占矿物质量分数的21.39％；所述晶态组分包括石英、黄铁矿、高岭石和云母，石英占所述晶态组分质量分数的91％；所述非晶态物质包括水、单质碳和有机物，单质碳占所述非晶态组分质量分数的95.1％。


2.如权利要求1所述的橡胶补强填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、取所述新型矿物，烘干焙烧，然后分散，得到干燥的矿物粉体；
S2、将矿物粉体在深冷条件下，气流粉碎，使物料d50＜1μm，d90＜5μm，得超细粉料；
S3、将超细粉料在氮气气氛下分级，取粉体d97＜5μm，dmax＜10μm，得到细粉；
S4、将细粉置于内衬氧化铝陶瓷的高速搅拌机中，在氮气气氛下，加入改性剂进行表面改性处理，改性...

【专利技术属性】
技术研发人员：王先广，杜高翔，唐绍文，陈强，罗音，
申请(专利权)人：江西省矿产资源保障服务中心，北京依依星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36