一種綠色輪胎用改性炭黑/tpi/橡膠復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種綠色輪胎用改性炭黑/TPI/橡膠復(fù)合材料的制備方法，屬于橡膠
技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，制備滾動(dòng)阻力小、抗?jié)窕院?、耗油低、廢氣排放少的"綠色 輪胎"越來越受到人們的重視。研究發(fā)現(xiàn)，輪胎滾動(dòng)阻力消耗的燃油占汽車總油耗的15~ 20%，研究表明，在胎面膠中使用炭黑是降低輪胎滾動(dòng)阻力，改善抗?jié)窕院湍湍バ阅艿挠?效方法之一。但由于炭黑粒徑小，表面能大，易團(tuán)聚，因而在橡膠基體中分散所需時(shí)間長，填 料吃入慢從而導(dǎo)致加工時(shí)間長，能耗大;此外，炭黑加入部分橡膠中存在兩者相容性問題。 炭黑作為一種極性補(bǔ)強(qiáng)劑，當(dāng)加入例如天然橡膠、丁苯橡膠和順丁橡膠等常用的非極性或 弱極性橡膠中時(shí)存在兩者不相容問題，從而影響復(fù)合材料的整體強(qiáng)度和使用性能。
[0003]此外，屈撓性能和耐磨性能也是"綠色輪胎"必須考慮的指標(biāo)。眾多研究表明，TPI 最大特點(diǎn)是滾動(dòng)阻力小、生熱低、耐磨耐疲勞性能好，是制造高性能節(jié)能環(huán)保長壽命輪胎和 高速火車、汽車減震制品的好材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種綠色輪胎用改性炭黑/TPI/橡膠復(fù)合材料 的制備方法，以制備低滾動(dòng)阻力、低動(dòng)態(tài)生熱、高耐磨、高屈撓性能的綠色輪胎。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的：本發(fā)明由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)，其中所用原料份數(shù)除 特殊說明外，均為重量分?jǐn)?shù)； (1) 將炭黑與氧化劑(濃硝酸、過氧化氫)加入三口燒瓶中，機(jī)械攪拌，油浴加熱，60~120 °C反應(yīng)3~15h。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻到室溫，過濾，用去離子水反復(fù)洗滌，直到濾液呈中性為 止。最后將濾渣于75 °C下烘干即得產(chǎn)物； (2) 將步驟(1)所得產(chǎn)物、二氯亞砜(或甲苯二異氰酸酯)加入三口燒瓶中，甲苯為溶劑， 機(jī)械攪拌，加入極少量三乙胺作縛酸劑，冰浴反應(yīng)30min，加熱到120 °C繼續(xù)反應(yīng)30min， 反應(yīng)產(chǎn)物于80 °C旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去未反應(yīng)的二氯亞砜或異氰酸酯，即得產(chǎn)物； (3 )將步驟(2)所得產(chǎn)物加入聚乙二醇400中，甲苯為溶劑，加入極少量二丁基二月桂酸 錫作催化劑，冰浴反應(yīng)30min，加熱到120 °C繼續(xù)反應(yīng)1小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻到室溫，過 濾，洗滌，濾渣于75 °C下烘干，即得產(chǎn)物； (4) 將步驟(3)所得產(chǎn)物、天然橡膠或丁苯橡膠或順丁橡膠或上述三種膠料的任意配比 橡膠、TPI、、防老劑、氧化鋅、硬酯酸、操作油、硫化劑和促進(jìn)劑等一并加入開煉機(jī)或密煉機(jī) 中混煉均勻； (5) 將步驟(4)所得產(chǎn)物于室溫存放24h后，經(jīng)平板硫化機(jī)硫化得成品。
[0006] -種綠色輪胎用改性炭黑/TPI/橡膠復(fù)合材料的制備方法，由以下配比制成:天然 橡膠或丁苯橡膠或順丁橡膠或上述三種膠料的任意配比橡膠75~100份;TPI0~25份;改性 炭黑10~60份;氧化鋅3~5份;硬酯酸1~3份;操作油3~15份;防老劑1~5份;促進(jìn)劑1~3份； 硫化劑1~3份。
[0007]經(jīng)上述方法制備的復(fù)合材料，與傳統(tǒng)利用未改性炭黑補(bǔ)強(qiáng)天然橡膠的材料相比， 關(guān)鍵性能指標(biāo)差異如下表所示：
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有下述優(yōu)點(diǎn)和有益效果： (1) 本發(fā)明使用接枝改性炭黑用作橡膠的補(bǔ)強(qiáng)填料，很好的控制了炭黑在橡膠基體中 的分散性，改善了炭黑與橡膠基體的相容性； (2) 本發(fā)明采用接枝改性炭黑與TPI并用改善橡膠的性能，有效的改善了橡膠制品的滾 動(dòng)阻力、動(dòng)態(tài)生熱、耐磨性能和耐疲勞性能。
【具體實(shí)施方式】
[0008] 為了更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但是本發(fā) 明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表示的范圍。
[0009] 實(shí)施例1 接枝改性炭黑的制備： (1) 將50g炭黑與300ml濃硝酸加入三口燒瓶中，機(jī)械攪拌，油浴加熱，80 °C下反應(yīng)10 h。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻到室溫，過濾，用去離子水反復(fù)洗滌，直到濾液呈中性為止。最后將濾渣 于75 °C下烘干即得產(chǎn)物； (2) 將步驟（1)所得產(chǎn)物50g、12.5g二氯亞砜加入三口燒瓶中，甲苯為溶劑，機(jī)械攪 拌，加入5滴三乙胺作縛酸劑，冰浴反應(yīng)30min，加熱到120 °C繼續(xù)反應(yīng)30min，反應(yīng)產(chǎn)物于 80 °C旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去未反應(yīng)的二氯亞砜，即得產(chǎn)物； (3) 將步驟(2)所得產(chǎn)物50g加入25g聚乙二醇400中，甲苯為溶劑，加入5滴二丁基二月 桂酸錫作催化劑，冰浴反應(yīng)30min，加熱到120 °C繼續(xù)反應(yīng)1小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻到室 溫，過濾，洗滌，濾渣于75 °C下烘干，即得接枝改性炭黑。
[0010]橡膠復(fù)合材料的制備： (4)將開煉機(jī)輥距調(diào)至2mm左右，加入天然橡膠;包輥后，依次加入TPI、接枝改性炭黑、 防老劑、氧化鋅、硬酯酸和操作油，待吃料完全后，左右各切邊5次，打三角包3次；出片放置3 min待料基本冷卻后依次加入促進(jìn)劑和硫化劑。待吃料完全后，打三角包和薄通各8次后出 片。停放24h后在平板硫化機(jī)上硫化，硫化條件為150°CX16MPaX(t9Q+2min)。其中原 料配比為:步驟(3)所得接枝改性炭黑50g、天然橡膠80份;TPI20份;氧化鋅5份;硬酯酸 2份;微晶蠟1份;防老劑1份;操作油8份;促進(jìn)劑1.5份;硫化劑3份。
[0011] 實(shí)施例2 接枝改性炭黑的制備： (1) 將50g炭黑與300ml過氧化氫加入三口燒瓶中，機(jī)械攪拌，油浴加熱，80 °C下反應(yīng) 10h。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻到室溫，過濾，用去離子水反復(fù)洗滌，直到濾液呈中性為止。最后將 濾渣于75 °C下烘干即得產(chǎn)物； (2)將步驟(1)所得產(chǎn)物50g、18g甲苯二異氰酸酯加入三口燒瓶中，甲苯為溶劑，機(jī)械 攪拌，加入5滴三乙胺作縛酸劑，冰浴反應(yīng)30min，加熱到120°C繼續(xù)反應(yīng)30min，反應(yīng)產(chǎn)物 于80°C旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去未反應(yīng)的甲苯異氰酸酯，即得產(chǎn)物； (3)將步驟(2)所得產(chǎn)物50g加入25g聚乙二醇400中，甲苯為溶劑，加入5滴二丁基二月 桂酸錫作催化劑，冰浴反應(yīng)30min，加熱到120 °C繼續(xù)反應(yīng)1小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻到室 溫，過濾，洗滌，濾渣于75°C下烘干，即得接枝改性炭黑。
[0012] 橡膠復(fù)合材料的制備： (4) 將開煉機(jī)輥距調(diào)至2mm左右，加入丁苯橡膠;包輥后，依次加入TPI、接枝改性炭黑、 防老劑、氧化鋅、硬酯酸和操作油，待吃料完全后，左右各切邊5次，打三角包3次；出片放置3 min待料基本冷卻后依次加入促進(jìn)劑和硫化劑。待吃料完全后，打三角包和薄通各8次后出 片。停放24h后在平板硫化機(jī)上硫化，硫化條件為150°CX16MPaX(t9Q+2min)。其中原 料配比為:步驟(3)所得接枝改性炭黑50g、丁苯橡膠80份;TPI20份;氧化鋅5份;硬酯酸 2份;微晶蠟1份;防老劑1份;操作油8份;促進(jìn)劑1.5份;硫化劑3份。
[0013] 實(shí)施例3 接枝改性炭黑的制備： (1) 將50g炭黑與300ml濃硝酸加入三口燒瓶中，機(jī)械攪拌，油浴加熱，80 °C下反應(yīng)10 h。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻到室溫，過濾，用去離子水反復(fù)洗滌，直到濾液呈中性為止。最后將濾渣 于75 °C下烘干即得產(chǎn)物； (2)將步驟（1)所得產(chǎn)物50g、12.5g二氯亞砜加入三口燒瓶中，甲苯為溶劑，機(jī)械攪 拌，加入5滴三乙胺作縛酸劑，冰浴反應(yīng)30min，加熱到12