[发明专利]一种活化剂改性橡胶用无机填料及其制备方法

说明书

本发明属于活化剂负载型填料制备技术领域，涉及一种活化剂改性橡胶用无机填料及其制备方法，将环保无害的阴离子表面活性剂作为活化剂，将表面含有羟基的极性填料作为载体，并对活化剂和极性填料进行预处理以减弱填料的亲水性，提高填料在橡胶基体中的分散等级，预处理后的疏水性填料的界面接触和活化指数增大，使用磁力搅拌器改性制备活化剂负载型橡胶用疏水性填料，与直接加入的极性填料和活化剂制备的橡胶复合材料相比，含有活化剂负载型疏水填料的橡胶复合材料的耐老化性能提升、滚动阻力降低，硫化时间缩短，在橡胶填料相容性增强和橡胶制品性能提高的同时，解决了极性填料与橡胶的相容性差，以及混炼过程中吃料困难的问题，降低了能耗。

技术领域：

本发明属于活化剂负载型填料制备技术领域，具体涉及一种活化剂改性橡胶用无机填料及其制备方法，通过对活化剂和无机填料进行预处理，提高无机填料的疏水性，改善极性填料与非极性橡胶的相容性，解决橡胶混炼加工过程中吃料的和漏料问题。

背景技术：

在橡胶工业中，炭黑是常用的补强剂，使用炭黑对复合材料进行填充和补强可以有效提高复合材料的性能。但是存在以下问题：炭黑以石油、天然气等不可再生资源作为原料，制备过程中能耗大，带来非常严重的粉尘污染现象，危害环境和人体健康；并且全炭黑补强体系的胎面胶配方的弊端：高生热、低抗湿滑、抗撕裂低及高静电，已经使其无法满足高性能轮胎的使用需求。

除炭黑以外，有助于自然资源的开发和环境保护的白炭黑、硅灰石、蒙脱土、高岭土等也经常用作橡胶的补强材料。经白炭黑补强的橡胶具有滞后损失小、滚动阻力低、抗湿滑性能优异等特点。硅灰石、蒙脱土、高岭土都属于清洁环保、价格低廉的天然工业矿物，自身具备耐化学腐蚀性、热稳定性、绝缘性等特点，能够提高聚合物复合材料的拉伸强度、耐磨性、硬度等性能。然而白炭黑、硅灰石、蒙脱土、高岭土等填料表面都存在大量的羟基，表现出较强的极性和亲水性，使填料之间的团聚现象严重，与橡胶的相容性极差，导致填料对橡胶的补强性差、橡胶制品的耐磨性能低，直接影响到橡胶复合材料的加工性能和使用性能。所以，需要使用活化剂对填料进行表面化学改性，提高含羟基填料的疏水性和表面性质，提高填料与聚合物之间的亲合力。

表面化学改性法用到的改性剂主要包括偶联剂、不饱和有机酸、表面活性剂等。偶联剂属于有机溶剂，在使用过程中会释放大量的VOCs气体，危害身体健康和污染环境；表面活性剂是一种能使溶液的表面张力显著下降的物质，无毒，其分子结构一端为亲水基团，另一端为疏水基团，主要分为离子型表面活性剂(包括阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂)、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂等。其中，阴离子表面活性剂在水中可以电离出阴离子，化学性质稳定，具有良好的乳化、发泡、分散能力，主要包括脂肪酸盐、磺酸盐等。阴离子表面活性剂是一种环保无害的活化剂，适应可持续发展的要求，具有广阔的应用市场。

例如，中国专利201410724712.8公开的改性白炭黑的制备方法包括:在具备升温和粉碎功能且能将白炭黑粒径研磨至纳米级的研磨机中,加入白炭黑,烃类有机溶剂,在研磨的同时加入含硫硅烷偶联剂,于50-150℃下反应0.25-8小时,使含硫硅烷偶联剂接枝于白炭黑表面,得到改性白炭黑；另一种改性白炭黑的制备方法包括:在具有粉碎功能的研磨机中,加入白炭黑,干法研磨白炭黑后,加入烃类有机溶剂,将含硫硅烷偶联剂加入白炭黑浆液中,于50-150℃下研磨改性0.25-8小时,使含硫硅烷偶联剂接枝于白炭黑表面,得到改性白炭黑。中国专利201910017171.8公开的一种改性白炭黑在并用橡胶中的应用，包括以下步骤：(1)将填料促进剂改性的白炭黑和并用橡胶混合均匀，然后加入促进剂、硬脂酸、氧化锌和硫磺混炼，得到混合材料；(2)将步骤(1)所得的混合材料进行硫化成型，得到并用橡胶复合材料。

因此，基于环保无害的阴离子表面活性剂，研发一种活化剂改性橡胶用无机填料及其制备方法，以制备填料分散好、加工性能好、耐老化、低生热的橡胶复合材料，具有非常重要的现实指导意义。

发明内容：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种活化剂改性橡胶用无机填料及其制备方法，在绿色环保无污染的前提下，增强橡胶填料的相容性，提高橡胶制品的性能。