一种绿色轮胎胎面用溶聚丁苯橡胶组合物及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种绿色轮胎胎面用溶聚丁苯橡胶组合物及其制备方法，组合物包括质量比为1:0.5～0.9的溶聚丁苯胶浆的干胶和高分散型纳米白炭黑，所述高分散型纳米白炭黑的表面包覆有一种轻稀土元素隔离剂，所述轻稀土元素隔离剂是由轻稀土金属氧化物与不饱和羧酸配体生成不饱和羧酸皂，然后与以烷基锂为引发剂，以苯乙烯和丁二烯为反应单体合成出的线性链段[

【技术实现步骤摘要】
一种绿色轮胎胎面用溶聚丁苯橡胶组合物及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种橡胶组合物及其制备方法，具体的说涉及一种高分散纳米白炭黑填充溶聚丁苯橡胶用作轮胎胎面的橡胶组合物及其制备方法。

技术介绍

[0002]纳米白炭黑是多孔性物质，其组成可用SiO2·
nH2O表示，其中nH2O是以表面羟基的形式存在，是一种白色、无毒、无定形、多孔的微细粉末，具有内表面积大、可分散、质轻、耐高温、不燃烧、电绝缘性好等特性，化学性质稳定。白炭黑作为一种环保、性能优异的助剂，主要用于橡胶制品等领域。纳米白炭黑粒径小、比表面大、表面能高、表面又具有大量的羟基，导致纳米白炭黑极易团聚，在与橡胶材料的混合过程中不易分散均匀，这样不但会影响填充改性效果，而且还会损害橡胶材料的性能。
[0003]目前，从无机粉体填充改性合成橡胶的预期效果来看，无机粉体粒子的粒径尺寸越小改性的效果也越好，但是在超细无机粉体的应用过程中不可避免地会遇到一个技术难题，即超细粉体随着粒径的减少，比表面积增大，表面能提高，自聚能力更强，越难被橡胶材料混入、浸润和分散。因此超细无机粉体在橡胶中的分散问题，已成为制备高性能橡胶材料的瓶颈。
[0004]现有技术中常采用偶联剂或表面活性剂如硅烷偶联剂、无机矿物、低聚物对纳米白炭黑改性，如，CN108059688A公开了一种纳米隔离剂及其制备方法。该纳米隔离剂是由氧化态为+2、+3或+4金属元素和碳原子数1
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18的脂肪链、脂环烃或芳香化合物及带有双键、氨基、羟基、疏基、环氧基等官能团的原子数2至50的短链脂肪链、脂环烃或芳香化合物组合成的金属皂，其制备方法首先将带官能团短链羧酸和碱置于极性溶剂中，得到带官能团短链羧酸盐溶液A；而后取带羧酸聚合物和碱置于极性溶剂中，得到带羧酸聚合物的盐溶液B；最后将溶液A与溶液B混合作为反应溶液C，向溶液C中加入氧化态为+2、+3或 +4金属盐溶液，得到带有官能团和短链聚合物的金属皂即纳米添加剂。该纳米添加剂能够显著提高橡胶的弹性模量和扯断伸长率。
[0005]CN 105118966 A公开了一种橡胶添加剂及其制备和应用。该橡胶添加剂是由氧化态为+3或+4金属元素M和含有5～50个碳原子的脂肪链、脂环烃或芳香化合物合成的金属皂，其制备方法是将带有芳香胺的芳香族羧酸和脂肪酸分别与碱置于极性溶剂中，加热反应，再将两者的产物混合，并往其中加入金属 M盐溶液，反应得到白色固体产物，洗涤干燥后，即得目的产物，该添加剂用于橡胶中时能显著提高抗拉强度和抗湿滑性能。
[0006]CN101704967A专利技术公开了一种白炭黑悬浮液的方法，将白炭黑和水进行混合，得到白炭黑
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水悬浮液，其中白炭黑与水的质量比为5％～20％，然后在水浴环境中对白炭黑进行表面处理，使其表面有机化，调节白炭黑
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水悬浮液的pH 值到9～12，1最后将调节pH值后的白炭黑
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水悬浮液与丁苯胶乳均匀混合，得到添加白炭黑的丁苯橡胶液体浆料。
[0007]CN200910238122.3公开了一种白炭黑/粘土/橡胶纳米复合材料的制备方法，将一定量的粘土和去离子水混合，强烈搅拌5小时以上，静置24小时以上，得到稳定的粘土悬浮
液，使得粘土质量含量在1.5wt％～3wt％。同样将一定量的白炭黑和去离子水混合，强力搅拌或超声震荡，制得白炭黑/水的稳定悬浊液，使得白炭黑质量含量1wt％～4wt％，根据含量可配制成粘土/白炭黑质量比为 1/5～2/1的混合悬浊液，经喷雾干燥制得粘土/白炭黑复合填料。然后将粘土/白炭黑复合填料和硅烷偶联剂在开炼机上填充到胶料当中，制得一种白炭黑/粘土/ 橡胶纳米复合材料。
[0008]CN102558627A公开了一种面向绿色轮胎的白炭黑改性丁苯橡胶的制备方法，首先将白炭黑和水进行混合，得到白炭黑
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水悬浮液，其中白炭黑与水的质量比为5％～20％，而后在水浴环境中对白炭黑进行表面处理，使其表面有机化，调节上述白炭黑
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水悬浮液的pH值到9～12，然后将上述调节pH值后的白炭黑
ꢀ‑
水悬浮液与丁苯胶乳均匀混合，得到添加白炭黑的丁苯橡胶液体浆料，最后将含白炭黑的丁苯橡胶液体浆料为原料，用乳液共混共絮凝工艺制备含有白炭黑的改性丁苯橡胶。
[0009]CN1323687A公开了一种纳米白炭黑改性聚氨酯来制备橡胶—聚氨酯弹性体复合结构绿色轮胎的方法，选用平均粒径1～40nm的气相法白炭黑，加入含异氰酸酯基或氨基的硅烷偶联剂的乙醇溶液，混合均匀后，加入到低聚物多元醇中，在搅拌下加热至220～240℃，同时抽真空至
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0.095～
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0.098Mpa，脱水、脱醇2～3小时；冷却至60℃以下后，加入二异氰酸酯，在70～80℃及真空度
ꢀ‑
0.095～
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0.098Mpa下反应1～2小时，即制得纳米白炭黑改性聚氨酯的预聚体，最后将纳米白炭黑改性聚氨酯的预聚体和聚氨酯弹性体混合，来制备出橡胶—聚氨酯弹性体复合结构的绿色轮胎产品。
[0010]上述现有技术虽然提高了纳米白炭黑与橡胶基体的相容性，但这些方法仍存在一定的局限性，主要存在反应耗时较长，能耗较高且对环境污染大，操作复杂等缺点，另外利用硅烷偶联剂或表面活性剂改性纳米白炭黑时，会导致橡胶材料硫化延迟，引起硫化胶性能降低，需补加硫化剂和促进剂造成加工成本提高，其次是分散稳定性差又易重新发生团聚等问题。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种填充高分散型纳米白炭黑的溶聚丁苯橡胶组合物及其制备方法。
[0012]为实现上述目的，本专利技术提供一种绿色轮胎胎面用溶聚丁苯橡胶组合物，包括质量比为1:0.5～0.9的溶聚丁苯胶浆的干胶和高分散型纳米白炭黑，所述高分散型纳米白炭黑的表面包覆有一种轻稀土元素隔离剂，所述轻稀土元素隔离剂是由轻稀土金属氧化物与不饱和羧酸配体生成不饱和羧酸皂，然后与以烷基锂为引发剂，以苯乙烯和丁二烯为反应单体合成出的线性链段[
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PS
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B
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]n，在过氧化物引发作用下进行接枝聚合后制得；其中PS为苯乙烯的均聚物嵌段；B为 1，3
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丁二烯；n为大于1的正整数。
[0013]本专利技术所述的绿色轮胎胎面用溶聚丁苯橡胶组合物，其中，所述溶聚丁苯胶浆是由共轭二烯烃化合物和芳基乙烯类化合物通过溶液聚合共聚而成，所述溶聚丁苯胶浆的固含量为10wt％～23wt％。
[0014]本专利技术所述的绿色轮胎胎面用溶聚丁苯橡胶组合物，其中，轻稀土元素隔离剂的制备方法为：
[0015](1)轻稀土金属不饱和羧酸皂的制备：以反应物总质量的百分之百计，首先在反应
容器甲中加入100％～200％去离子水和20％～30％氢氧化钠固体，待氢氧化钠完全溶解后，加入40％～60％不饱和羧酸，升温至80～90℃并搅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绿色轮胎胎面用溶聚丁苯橡胶组合物，其特征在于，包括质量比为1:0.5～0.9的溶聚丁苯胶浆的干胶和高分散型纳米白炭黑，所述高分散型纳米白炭黑的表面包覆有一种轻稀土元素隔离剂，所述轻稀土元素隔离剂是由轻稀土金属氧化物与不饱和羧酸配体生成不饱和羧酸皂，然后与以烷基锂为引发剂，以苯乙烯和丁二烯为反应单体合成出的线性链段[
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PS
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B
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]n，在过氧化物引发作用下进行接枝聚合后制得；其中PS为苯乙烯的均聚物嵌段；B为1，3
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丁二烯；n为大于1的正整数。2.根据权利要求1所述的绿色轮胎胎面用溶聚丁苯橡胶组合物，其特征在于，所述溶聚丁苯胶浆是由共轭二烯烃化合物和芳基乙烯类化合物通过溶液聚合共聚而成，所述溶聚丁苯胶浆的固含量为10w％～23w％。3.根据权利要求1所述的绿色轮胎胎面用溶聚丁苯橡胶组合物，其特征在于，轻稀土元素隔离剂的制备方法为：(1)轻稀土金属不饱和羧酸皂的制备：以反应物总质量的百分之百计，首先在反应容器甲中加入100％～200％去离子水和20％～30％氢氧化钠固体，待氢氧化钠完全溶解后，加入40％～60％不饱和羧酸，升温至80～90℃并搅拌1～2hr，直至溶液完全透明得到溶液A；然后另取反应容器乙中加入100％～200％去离子水和10％～20％摩尔浓度为0.4～0.7mol/L的HCl，随后加入10％～20％轻稀土金属氧化物，升温至80～90℃并搅拌1～2hr，直至溶液完全透明得到溶液B；最后在搅拌溶液B的情况下，将溶液A以10～20ml/s的速度倒入溶液B中，待出现白色固体产物后出料、洗涤、干燥后，即得到轻稀土金属不饱和羧酸皂；(2)稀土元素隔离剂的制备：以质量份计，首先向聚合釜中依次加入100～200份的溶剂，80～90份的苯乙烯，0.1～0.5份的结构调节剂，以烷基锂为引发剂，升温至50～60℃，反应40～70min；而后再向聚合釜中加入1，3
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丁二烯1～5份进行封端，反应30～50min直至无游离单体存在时为止；最后加入5～10份的步骤(1)中所述轻稀土金属不饱和羧酸皂，待升温至80～90℃时加入0.05～0.2份的过氧化物，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐典宏，李波，赵燕，李福崇，孟令坤，魏绪玲，周雷，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：