[发明专利]一种废弃磷矿渣-天然橡胶复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种橡胶复合材料及其制备方法，具体涉及一种废弃磷矿渣-天然橡胶复合材料及其制备方法，属于橡胶复合材料生产技术领域。

背景技术

在天然橡胶的加工过程中，必须加入一定量的填充剂，其目的在于：1）满足橡胶制品加工工艺的要求；2）对橡胶进行补强，提高橡胶制品的力学性能；3）降低生产成本。目前，在橡胶工业中广泛使用的填充剂主要有炭黑、白炭黑、纤维、陶土、碳酸钙等。其中，炭黑、白炭黑、纤维等填充剂对橡胶具有不同程度的补强作用，但价格较高，易生热。而陶土、碳酸钙等无机填充剂虽然价格低廉，不易生热，但对天然橡胶不产生补强作用。在橡胶中加入碳酸钙、陶土等无机填充剂后，橡胶的力学性能会显著下降。因此，实际生产中，碳酸钙等无机填充剂仅仅是用作橡胶的增量剂，以降低产品的成本。

由于无机填充剂具有资源丰富、价格低廉、低滞后、低生热性等优势，因此，开发无机材料/天然橡胶复合材料是近年来国内外在该领域的主要研究趋势。目前，在该领域的研究重点是将无机材料进行纳米化，从而达到对橡胶的补强效果。如采用纳米碳酸钙、纳米蒙脱土等与丁腈橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶等制成的复合材料，力学性能显著提高。因此，目前寻找高效、简便、经济的增强方式和增强剂仍然是橡胶科学研究的重点和热点。

磷矿渣是电炉法生产黄磷时所排放的一种工业废渣，白色粉末，其主要成分为硅酸钙，含有重金属元素镉、磷、氟等物质。我国年产磷矿渣800万吨左右，除了少量应用于建筑掺和料外，尚没有对磷矿渣有合理的处理方法，大量的磷矿渣主要是堆积在厂区或镉是危害植物生长的有毒元素，镉对作物的危害，在较低浓度时，虽在外观上无明显的症状，但通过食物链可危及人类健康。当土壤镉浓度高到一定含量时，不仅能在植物体内残留，而且也会对植物的生长发育产生明显的危害。 所以解决废弃的磷矿渣不仅有助于环境资源的保护还能节约资源，为磷矿渣的综合利用找出了新的途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有价格低廉，抗撕裂、抗拉伸、抗湿滑性能良好，不易生热，可用于轮胎、胶管、鞋类等天然橡胶制品的磷矿渣-天然橡胶复合材料及其制备方法。

本发明的目的通过下述方案实现：一种磷矿渣-天然橡胶复合材料包括如下按重量份计的组分：天然橡胶或以干胶计的胶乳100份，磷矿渣10~50份，偶联剂0.5~2.5份，交联剂0.5~3.0份；

所述的磷矿渣，是经过纳米研磨机进行研磨1～3小时，然后采用800目筛网对粉体进行分级处理得到的磷矿渣粉，其中硅酸钙有效成分的含量约占80%，粒径≤15μm；

所述的偶联剂，可选异丙基三油酸酰氧基钛酸酯或异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯或双（二辛氧基焦磷酸脂基）乙撑钛酸脂和三乙醇胺的鳌合物，优选双（二辛氧基焦磷酸脂基）乙撑钛酸脂和三乙醇胺的鳌合物；

所述的交联剂，可选二胺类化合物如乙二胺、四乙烯基五二胺等，优选的是乙二胺；

为了更好地实现本发明，本发明所述的磷矿渣-天然橡胶复合材料还可选择加入如下一种或一种以上加工助剂，包括非离子表面活性剂平平加O（脂肪醇聚氧乙烯醚）0.3份，氢氧化钾0.05~0.2份，石蜡基油3~6份，颜料1~5份；

为了更好地实现本发明，所述的磷矿渣可按下述方法制成改性磷矿渣：称取50份的磷矿渣，加入100份的去离子水，使磷矿渣膨润。然后加入0.5~2.5份偶联剂和0.5~3.0份的交联剂，在50℃~80℃温度条件下反应2~4小时。制成粒径≤15μm的改性磷矿渣分散体。必要时，还可将分散体进行脱水干燥，以便能方便地加入到天然橡胶干胶中；

本发明的磷矿渣-天然橡胶复合材料的制备方法，包括如下步骤：采用常规方式在炼胶机上对天然橡胶进行适当塑炼，然后依次加入磷矿渣、偶联剂、交联剂以及石蜡基油，混炼均匀，制成磷矿渣-天然橡胶复合材料；

本发明的磷矿渣-天然橡胶复合材料也可按以下方法制备：采用常规方式在炼胶机上对天然橡胶进行适当塑炼，然后依次加入经过干燥处理的改性磷矿渣以及石蜡基油，混炼均匀，即可得到磷矿渣-天然橡胶复合材料；

本发明的磷矿渣-天然橡胶复合材料还可按以下方法进行制备：采用非离子表面活性剂平平加O和一定量的去离子水对浓缩天然胶乳进行稳定和稀释，然后在不断搅拌条件下将改性磷矿渣分散体均匀地混合到胶乳后，进一步通过凝固、压片、洗涤、干燥等标准中国橡胶常规加工工艺制成干胶；

本发明的磷矿渣-天然橡胶复合材料可采用常规硫化体系如有效硫化体系、半有效硫化体系、非硫黄硫化体系通过常规加工工艺进行混炼硫化。