[发明专利]一种构筑SiO2/lignin/NR三维多层补强结构材料的方法

说明书

一种构筑SiO2/lignin/NR三维多层补强结构材料的方法，属于生物质能源化工领域，本发明采用碱溶木质素和二氧化硅后，首先对木质素原位酚化改性，再加入适量天然乳胶，经过硅酸钠、改性木质素、天然乳胶自组装过程，制备SiO2/lignin/NR纳米杂化材料，再经水热重组、表面空隙封闭处理后，经用氨水分散，再与聚二烯丙基二甲基氯化铵、天然乳胶按比例、分步骤地再次自组装，制备杂化橡胶母料。即以价格便宜、可再生的稻壳为主原料，在常压低温条件下，通过一个相对工艺简单、容易实施的有效方法构筑3D多层补强材料，可以代替炭黑和白炭黑在航空轮胎等橡胶制品中应用，具有重要的研究开发价值。

技术领域

本发明属于生物质能源化工领域，涉及一种构筑SiO₂/lignin/NR三维多层补强结构材料的方法。

背景技术

目前在橡胶工业中应用最广泛的炭黑和白炭黑(年产量分别为150万吨和 510万吨)，其突出的增强作用无疑来源于炭黑和白炭黑的原生粒子的分散性，以及与橡胶间良好的相容性。但是，二氧化硅表面羟基亲水性导致在橡胶内部结构存在二氧化硅和橡胶的相界面间隙，影响橡胶的使用性能的问题至今仍未解决，而且高档白炭黑生产原料短缺，面临无米之炊。采用与炭黑混合加入，提高的仍然是在混炼过程的相容性，而且，炭黑强烈依赖于化石资源。在注重可持续发展的今天，寻找可替代炭黑和白炭黑的新型橡胶补强剂更是倍受关注。

稻壳中木质素和二氧化硅占40％，利用木质素和二氧化硅，制备SiO₂/lignin 纳米球形粉体材料是一个非常可行的方案。全世界稻壳年产量约为1亿吨，可生产SiO₂/lignin纳米球形粉体材料4000万吨，如果开发成功，将是一个价格便宜的、可再生的非常有前途的高分子补强材料。公开号为“CN101837948A”的中国专利文献公开了一种稻壳液化及综合利用的新方法。具体内容包括：利用稻壳液化所得到的液体制备Lignin/SiO₂、C/SiO₂纳米复合材料、多孔纳米SiO₂和胶体碳；再利用稻壳残渣制备高比表面积活性炭，使稻壳资源的综合利用率达到90％以上,充分利用了稻壳资源。公开号为“CN106750584A”的中国专利文献公开了一种木质素二氧化硅复合改性天然橡胶母料的方法，以稻壳为原料,采用稀酸水解预处理,碱溶其中的二氧化硅和木质素、再加酸调整终点的pH 值,制备不同组成的木质素二氧化硅复合填料；然后将复合填料、分散剂和改性剂共混得到改性液,最后将改性液与天然乳胶均匀混合乳化、絮凝共沉,制备出木质素二氧化硅复合改性的橡胶母料。

上述专利公开了制备木质素二氧化硅复合材料的方法，并与天然乳胶共沉淀制备木质素二氧化硅复合改性的橡胶母料，为深入开展有关方面的研究提供了有益借鉴，但是，还存在如下问题：(1)木质素和二氧化硅之间化学作用较弱，形成二氧化硅沉淀和析出木质素沉淀所需的pH值不同，导致先后析出分相，较难形成杂化材料；(2)制备木质素二氧化硅复合材料仍存在二氧化硅表面羟基多，亲水性强，木质素化学活性低，导致与天然胶基底相互作用较弱，相容性差，共混聚合时不易发生化学反应聚合，易形成共混物，影响复合材料的力学性能；(3)木质素二氧化硅所形成复合材料内部结构松散，形成的颗粒耐磨性较差；(4)木质素二氧化硅所形成复合材料颗粒表面孔隙较多，比表面积大，吸附性强，引起硫化滞后；(5)木质素二氧化硅所形成复合材料颗粒表面表面活性低，需要经偶联剂改性，但是较难形成化学键合，偶联剂不能均匀分布在颗粒表面，捏合混炼中优先被基体吸收，导致粉体裸露，颗粒与橡胶之间存在相界面间隙。

由于存在上述诸多不利因素，到目前为止，还没有产业化应用。

因此现有技术中需要一种新的技术方案解决这一问题。

发明内容