[发明专利]一种以改性油页岩半焦作为填充剂制备橡胶的方法

说明书

本发明公开了一种以改性油页岩半焦作为填充剂制备橡胶的方法，是将生胶加入混炼机塑化后，加入优选比例的氧化锌、硬脂酸、促进剂、硅烷偶联剂、改性油页岩半焦与白炭黑混合物（其中改性油页岩半焦质量为混合物质量的10%～30%）、硫磺后混炼得到混炼胶，再将混炼胶放置、硫化后得到橡胶产品。其中油页岩半焦的改性：将油页岩半焦破碎后与酸溶液反应，经离心、洗涤、压滤得到固体产物；再将固体产物煅烧后与改性剂和乙醇混合溶液反应，离心、干燥后得到改性油页岩半焦。本发明将油页岩半焦固废经酸热处理和改性后替代部分白炭黑作为填充剂，制备出机械性能优异的橡胶产品，具有成本优势和经济效益，有利于固废资源化和环境保护。

技术领域

本发明涉及一种制备橡胶的方法，具体涉及一种以改性油页岩半焦作为填充剂制备橡胶的方法，属于橡胶深加工技术领域和固废资源化利用技术领域。

背景技术

油页岩是一种主要组分为油母、水分和矿物质的沉积岩，经常与煤形成伴生矿藏，一起被开采出来，被广泛应用于提炼页岩油、发电、燃料、制造水泥、化肥和建筑材料等多个领域，其中提炼页岩油是最主要的应用领域。油页岩半焦是油页岩低温干馏（500~800℃）提取页岩油过程的主要副产物，提炼出1吨页岩油会同时产生约20吨左右油页岩半焦固废。目前，油页岩半焦固废常见的处置方法为堆存，随着堆存量的增加，占用土地面积越来越大，对生态景观造成破坏，而且经雨水淋滤或融雪产生的渗滤液会对土壤、地下水质量造成危害。因此，半焦堆存不仅造成了资源浪费，而且会引起严重的土壤、水、生态环境污染，迫切需要从矿物学、材料学等新视角开发和利用油页岩半焦。

众所周知，白炭黑是橡胶行业最常用的一种增韧补强填料，能够为橡胶配方提供高硬度、高拉伸强度和高耐磨性。其生产方法主要有沉淀法和气相法，但两种方法制备工艺复杂，导致产品价格高，因此国内外学者不断研究利用其他功能材料或复合材料替代白炭黑作为橡胶填料，其中就包括利用油页岩半焦。例如中国发明专利CN201110355054.6“用油页岩灰渣改性橡胶及其方法”、CN201710134586.4 “一种利用改性油页岩半焦制备橡胶填料的方法”、CN201710882354.7 “一种油页岩石灰橡胶内胎改良剂”、CN201910268499.7“一种用页岩灰改性天然橡胶及其制备方法”、CN201910825736.5 “用于橡胶产品以页岩灰为填充剂的天然胶制备方法”等专利均涉及油页岩半焦经处理后作为橡胶填料或在其他高分子材料中的应用，说明油页岩半焦作为填充剂用于橡胶领域已逐渐被研究人员熟知和重视，但如何提升油页岩半焦作为填充剂制备橡胶的稳定性和半焦与橡胶的相容性等问题函待解决和优化。

油页岩半焦是一种含有机质和多种矿物如石英、高岭石、赤铁矿以及硫铁矿等的黑色固体废物，而橡胶用白炭黑是一种以二氧化硅为主要组分的白色颗粒状补强填料。将油页岩半焦经过处理可制备出以二氧化硅为主要化学组成、片层状结构、亲油性的灰白色材料，但将其替代部分白炭黑作为填充剂制备橡胶还需考虑以下几个方面性能：（1）半焦铁含量一般都在6%~10%，变价致色金属离子如硫铁矿中Fe²⁺即可被氧化也可被还原，缺乏稳定性，这些铁元素不经处理会一直存在于体系之中，会对后续橡胶产品的色泽有影响；（2）半焦含有大量有机质（约30%），其成分较为复杂，多为双环或多环苯系物，会对混炼和硫化反应和使用性能有影响；（3）虽然半焦经处理除去不稳定的变价致色金属离子和有机质，变成富含多种矿物的无机材料，但该无机材料和橡胶中有机填料之间存在极性不匹配，造成相容性欠佳的情况，最终影响橡胶产品的机械、耐磨等性能。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有的油页岩半焦作为填充剂制备橡胶存在的不足之处，提供一种以改性油页岩半焦作为填充剂制备橡胶的方法。

本发明以改性油页岩半焦作为填充剂制备橡胶的方法，主要包括如下步骤：