[发明专利]一种环氧化天然橡胶复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种环氧化天然橡胶复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域；所述材料玻璃化转变温度提高以及动态粘弹性能可控；本发明首先在室温下，先把不同环氧化程度的环氧化天然橡胶在双辊开炼机上进行塑炼，然后采用机械混合法按质量配比将甲基丙烯酸锌和过氧化二异丙苯先后加入不同环氧化天然橡胶中，然后分别混炼，打三角包等至混炼均匀，再将胶料置于平板硫化机中进行硫化制备得到所述材料；采用该方法制备的环氧化天然橡胶复合材料的玻璃化转变温度以及不同温度下的动态粘弹性能具有可控性，应用于制备轮胎胎面胶，可以同时提高轮胎的抗湿滑性能和耐磨性能，减小滚动阻力，解决轮胎领域内的“魔鬼三角”问题。

技术领域

本发明涉及一种环氧化天然橡胶复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。

背景技术

目前绿色轮胎受到各国政府及产业界的高度重视，所谓绿色轮胎即可实现低滚动阻力（减小能耗）、高抗湿滑性能（提高行驶安全性）及高耐磨性（提高使用寿命）三者间的平衡，同时还具备低生热特性（防老化）以及低噪音（高阻尼性能）的高性能轮胎。滚动阻力越小，有利于减小汽车在行驶过程中的油耗；抗湿滑性能是衡量汽车使用过程中的行驶安全性，尤其是湿滑路面条件下的行驶安全的关键指标。胎面胶的抗湿滑性能决定于0℃左右的动态粘弹性能（损耗因子tanδ的值），通常0℃的tanδ值越高，其抗湿滑性能越好。而滚动阻力一般用60℃的tanδ值来表征，通常60℃的tanδ值越小，胶料滚动阻力越小。但是对于目前的大部分相关橡胶材料，其滚动阻力，耐磨性能和抗湿滑性这三种性能此消彼长，即提高其中一种性能，就会导致另外两种性能的下降，这就是橡胶轮胎领域的“魔鬼三角”难题。

橡胶材料也可以作为阻尼材料，将吸收的机械能或声能部分地转变为热能并耗散掉，从而减小或消除振动。通常将高分子阻尼材料的玻璃化转变区作为功能区。遗憾的是，橡胶类阻尼材料的玻璃化转变区大部分处于室温以下的低温区，且范围较窄(玻璃化转变温度范围20～30℃)，而在工程中往往需要阻尼橡胶在宽温宽频范围内具有较高的阻尼功能。

一般来说，橡胶必须经过填料填充之后才能具有较好的物理性能。目前制备高性能橡胶材料的方法之一是填充纳米粒子。填充方法有机械混合法，溶液混合法，乳液混合法等；机械混合法容易使填料混合不均匀，导致材料的力学性能较差；溶液混合法在制备过程中需要消耗大量有机溶剂，容易造成环境污染，导致成本增加；乳液混合时分离析出聚合物过程繁杂，需加入破乳剂或凝聚剂，如洗涤脱除不净会影响产品的物性。

环氧化天然橡胶是通过环氧化反应改性天然橡胶分子链上的部分双键而制备的，既保留有天然橡胶的基本结构和性能特点，能够与天然橡胶、丁苯橡胶等非极性橡胶产生部分相容和共硫化，又具有一定的极性和环氧基团的反应性，能与白炭黑、纳米粘土、甲基丙烯酸锌等极性填料产生强的界面相互作用来提高材料的物理性能。

目前郭宝春等人（Baochun Guo.et.al，Curing of Rubber via Oxa-MichaelReaction toward Significantly Increased Aging Resistance, Industrial Engineering Chenistry Research，2013, 52, 18123−18130）用丙烯酸锌增强环氧化天然橡胶，通过调控丙烯酸锌含量调控玻璃化转变温度。随着丙烯酸锌含量的增加，虽明显提高玻璃化转变温度，但是0℃的tanδ保持不变且其值较小，60℃的tanδ则逐渐增大。即在环氧化天然橡胶复合材料抗湿滑性能不变的情况下，反而提高了胶料的滚动阻力。

本发明通过调控环氧化天然橡胶复合材料的动态粘弹性能，同时提高玻璃化转变温度。本发明选择了机械混合法来制备橡胶复合材料，方法简单，成本低，避免了环境污染问题。制备得到的橡胶材料可以实现抗湿滑性能和耐磨性能的提高，同时减小滚动阻力，还可以提高玻璃化转变温度，拓宽阻尼功能区的温度，提升阻尼性能，降低噪音。此外，混合分散在橡胶基体中的甲基丙烯酸锌可以在橡胶硫化过程中发生聚合，从而提高其在橡胶基体中的分散性。

发明内容