[发明专利]一种母炼胶及其制备方法和硫化橡胶及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种母炼胶的制备方法及由该方法制备的母炼胶，还涉及一种由含有上述母炼胶的混合物混炼和硫化后得到的硫化橡胶及其应用。

背景技术

白炭黑（主要成分为二氧化硅）作为橡胶的补强填料已经获得广泛应用，它提供的独特性能包括耐撕裂、耐屈挠、耐磨耗和耐热；适宜的硬度、刚性和定伸应力，良好的粘合性能；低生热；高弹性和中性色。由于白炭黑的自身凝聚力较强，在混炼中将生胶与白炭黑混合，很难使白炭黑均匀分散到胶料中，需要多段混炼才能达到混合均匀而便于后续加工，因此造成混炼过程的能耗大。另外，为了解决上述问题，可以在混炼过程中加入硅烷偶联剂，但是硅烷偶联剂具有硫化作用，因此混炼过程必须严格控制混炼时间和温度，以实现白炭黑和硅烷偶联达到白炭黑与胶料混合均匀，避免过硫化对橡胶制品的性能影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分散有纳米二氧化硅的母炼胶及其工艺简便的制备方法，以及由该母炼胶制备得到的力学性能提高的硫化橡胶及其应用。

本发明首先提供一种母炼胶的制备方法，该方法包括在乳液聚合的条件下，在引发剂和乳化剂的存在下，使丁二烯和苯乙烯在溶剂中聚合得到聚合物胶乳，将所述聚合物胶乳进行凝聚和干燥，其中，所述乳液聚合中的溶剂为水，且所述溶剂中分散有纳米二氧化硅。

本发明提供由上述方法制备的母炼胶。

本发明还提供一种硫化橡胶，该硫化橡胶由含有上述母炼胶、硫化剂、硫化活化剂、促进剂和防老剂的混合物混炼和硫化后得到，相对于所述母炼胶中100重量份的所述聚合物，所述硫化剂的用量为0.5-2.5重量份、所述硫化活化剂的用量为3-10重量份、所述促进剂的用量为1-4重量份、所述防老剂的用量为1-3重量份。

另外，本发明还提供上述硫化橡胶在制备轮胎中的应用。

采用本发明的方法制备的母炼胶，通过在聚合之前在溶剂中分散纳米二氧化硅，能够提高纳米二氧化硅在丁二烯-苯乙烯聚合物中的分散均匀性。与通过纳米二氧化硅（与上述母炼胶含有相同量）和含有丁二烯-苯乙烯聚合物的生胶混炼制备的硫化橡胶（即对比例1的硫化橡胶DS1）相比，由上述母炼胶制备的硫化橡胶（即实施例1的硫化橡胶S1）具有更好的力学性能。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

首先本发明提供一种母炼胶的制备方法，该方法包括在乳液聚合的条件下，在引发剂和乳化剂的存在下，使丁二烯和苯乙烯在溶剂中聚合得到聚合物胶乳，将所述聚合物胶乳进行凝聚和干燥，其中，所述乳液聚合中的溶剂为水，且所述溶剂中分散有纳米二氧化硅。

在本发明中，对于乳液聚合中丁二烯和苯乙烯的用量没有特别的限制，但考虑到不过分增加聚合物胶乳的粘度以及能够很好地散发聚合过程产生的热量，在优选情况下，以所述丁二烯、苯乙烯和溶剂的总重量为基准，所述丁二烯和苯乙烯的含量为20-50重量%。

根据本发明的方法，纳米二氧化硅作为橡胶的补强材料，其用量可以根据期望得到的力学性能进行适当选取，例如，所述纳米二氧化硅的用量为所述丁二烯和苯乙烯总重量的0.5-50%，优选为0.5-10%。

在本发明中，所述纳米二氧化硅可以为任意形状，例如，球形、椭球形、棱柱等。在优选的情况下，所述纳米二氧化硅为球形或椭球形。所述纳米二氧化硅为球形或椭球形时，纳米二氧化硅的制备工艺简单，且能够使该形状的纳米二氧化硅补强的硫化橡胶具有更好的力学性能。

在本发明中，所述纳米二氧化硅的粒径可以在较大范围内选择，例如，所述纳米二氧化硅的粒径为5-100纳米。在优选情况下，所述纳米二氧化硅的粒径为5-30纳米。

根据本发明的方法，所述溶剂中分散有纳米二氧化硅可以通过将纳米二氧化硅预先分散在部分溶剂中，形成分散液后再与丁二烯、苯乙烯、乳化剂、引发剂以及剩余的水等接触进行乳液聚合，也可以将纳米二氧化硅分散在全部溶剂中，形成分散液后再与丁二烯、苯乙烯、引发剂和乳化剂等接触进行乳液聚合。无论采用哪种方式，均优选分散液中纳米二氧化硅的质量百分含量为5-30%。

在本发明中，采用公知的条件使丁二烯和苯乙烯在水中进行乳液聚合，例如，所述乳液聚合的条件包括聚合温度为5-8℃、聚合时间为8-12小时。

在本发明中，丁二烯和苯乙烯之间的比例可以根据丁苯橡胶的用途在较大范围内选取，例如，以丁二烯和苯乙烯总重量为基准，所述丁二烯的含量为50-80重量%，所述苯乙烯的含量为20-50重量%。