[发明专利]无机纳米功能粉体增强硫化胶耐介质性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机纳米功能粉体增强硫化胶耐介质性能的方法，属于纳米材料改性增强橡胶技术领域。

背景技术

随着我国各种公路、大型水利工程、采矿工程及诸多工程项目建设的开展，需要大量使用各种工程机械。特别是西部大开发、南水北调、西气东输等项目的实施下，市场对大型工程机械的需求进一步扩大。工程机械轮胎一般是在苛刻的环境下工作的，如：推土机、挖掘机、压路机等工程车，作业场地大，路面不平坦且有尖锐的碎石块、岩石、钉子和玻璃等杂物和酸碱环境等苛刻的条件，受硬物冲击大又经常性昼夜连续作业，轮胎胎面易被割伤或刺穿或出现崩花掉块等现象。尤其是在铜矿、铁矿等工作的工程机械，常常要接触很多腐蚀性物质，造成轮胎寿命急剧降低。

由于工作环境的特殊性，工程机械轮胎对轮胎负荷及耐酸碱腐蚀等能力要求大，要求胎面具有高强度、耐撕裂，良好耐磨及强耐酸碱等极佳综合性能轮胎，而传统轮胎配方技术及国外先进的技术壁垒使国内在开发高性能工程轮胎胎面材料时遇到了极大障碍，必须采取新技术突破，纳米材料及技术的发展为开发高性能胎面材料提供了新途径。

在相关文献中，Job等人采用混合浇铸法制备了天然橡胶/炭黑复合膜，该材料具有好的机械性能，加工性能，电导率。Mishra等人在丁基橡胶中添加了不同含量的纳米CaCO3，发现橡胶的断裂伸长率随纳米CaCO3的含量增加而急剧增长，在添加量为12％时，断裂伸长率和撕裂强度增长了大约100％。

但是一般纳米粉体和橡胶分子间相容性差，形成“海岛”结构，给分散及加工带来很大困难。普通填料能提高耐介质性能，但加入后力学性能迅速下降，不能达到理想效果。

发明内容

本发明目的是提出了一种无机纳米功能粉体增强硫化胶耐介质性能的方法。

为了达到上述目的，本发明采用下述的技术方案。

一种无机纳米功能粉体增强硫化胶耐介质性能的方法，其特征在于具有以下工艺过程和步骤：

a.根据硫化胶工作中所接触的介质，如：耐水、耐油、耐酸、耐碱等强极性介质，确定无机纳米功能粉体，如：纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米氧化钛及纳米重晶石、纳米碳酸钙等中的一种或几种；当无机纳米功能粉体为纳米重晶石或纳米碳酸钙粉体时需将其表面进行无机改性，由于表面惰性很强需要先通过物理作用将其表面吸附无机改性剂，使其表面先富含少量活性羟基，无机改性剂纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米氧化钛等中的一种，无机改性剂用量为无机纳米功能粉体重量的1％～10％；

b.为使上述所选用的无机纳米功能粉体在橡胶基体中有良好的相容性，需要将无机纳米粉体进行疏水亲油改性，改性剂为疏水亲油的有机物，如：硬脂酸、聚氨酯、聚丙烯酸酯、硅烷类偶联剂等中的一种，改性剂用量为无机纳米粉体重量的1％～10％，改性后抽滤，滤饼多次洗涤后干燥和粉碎，制得改性后的无机纳米功能粉体；

c.将步骤b制得的无机纳米功能粉体在硫化胶混炼过程中加入，加入量为硫化胶质量的1％～20％，改性后的纳米粉体最终在橡胶基体中达到均匀的分散的效果，工程轮胎胎面硫化成型后具有强耐酸碱性，较高的拉伸强度、高撕裂及良好的耐磨性等极佳的综合性能胎面胶(硫化胶)。

由于无机纳米功能粉体有机改性后，亲水端吸附在纳米重晶石表面，外面包覆的硬脂酸直链烷烃有很强的疏水亲油性，疏水端朝外使改性纳米重晶石微观分散至橡胶内部后与橡胶基体良好相容，硬脂酸有机分子使橡胶具有很高的致密性能较好的阻止酸碱介质进入橡胶内部，少量酸碱介质渗入橡胶基体后使基体膨胀，橡胶分子间作用力更大，所以在少量加入时胎面胶性能有所上升。

附图说明

图1硬脂酸钠加入量对粉体沉降体积的影响

具体实施方式

现将本发明的实施例叙述于后。

实施例1

取200g含纳米碳酸钙质量分数为20％的浆料(颗粒10～50nm)，将浆料液置于转速为5500rpm的高剪切混合乳化机中分散60分钟后，在高速搅拌下加入聚丙烯酸钠分散剂50g，升温至50℃，然后加入15ml浓度为10％的Na₂SiO₃溶液，在该温度下缓慢滴加40ml浓度为1mol/l的H₂SO₄溶液调节pH至4。反应完毕后保温半小时，抽滤、洗涤、干燥、粉碎，即得纳米碳酸钙/氧化硅水合物包覆纳米碳酸钙改性粒子。