[发明专利]一种官能化溶聚丁苯橡胶/白炭黑复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种官能化溶聚丁苯橡胶/白炭黑复合材料及其制备方法，链中含有硅氧烷支化结构的溶聚丁苯橡胶直接与白炭黑反应共混得到复合材料。溶聚丁苯橡胶使用硅氢加成反应制备链中含有硅氧烷的支化结构，硅氧烷官能团含量为溶聚丁苯橡胶重量的0.1wt％～8wt％。利用链中硅氧烷官能团与白炭黑表面的羟基进行化学反应，直接在聚合后期加入白炭黑，最终制备溶聚丁苯橡胶/白炭黑复合材料。本发明能较大地减少白炭黑在溶聚丁苯橡胶中的团聚现象，并从分子水平减小橡胶与白炭黑的相分离，通过加强白炭黑与橡胶基体间的强相互作用可以有效改善材料综合性能。本发明不需要使用橡胶加工过程中传统笨重的混炼设备，省去了高耗能和耗时的混炼补强加工过程。

技术领域

本发明属于合成橡胶技术领域，特别是一种使用β-位硅氢加成合成分子链中含有硅氧烷支化改性溶液聚合丁苯橡胶及制备方法，改性的溶液聚合丁苯橡胶与白炭黑直接反应，制备具有强相互作用的官能化溶聚丁苯橡胶/白炭黑复合材料制备方法。

背景技术

随着汽车工业的发展，对轮胎用合成橡胶性能的要求也越来越高，在突出轮胎对整车燃油经济性影响的同时，对轮胎的高速安全性能提出了更高的要求。溶聚丁苯橡胶(SSBR)具有抗湿滑性好，滚动阻力低等特点，是满足高性能轮胎的理想材料。除了SSBR，高分散性白炭黑也是绿色轮胎必不可少的原料之一。白炭黑与溶聚丁苯橡胶配合使用能更好发挥橡胶的高抗湿滑、低滚阻的特点。白炭黑是一种粒径小、比表面积大、表面活性大的纳米材料，其组成为SiO₂·nH₂O，其中nH₂O以表面羟基的形式存在。这些羟基分为两种，一种是单独存在的羟基，称为隔离羟基；另一种是连生的相邻羟基，这些羟基彼此之间会形成氢键。白炭黑表面上的羟基容易形成氢键引起团聚，在与橡胶材料的混合过程中分散不均匀，削弱了橡胶材料的部分性能。因此需要对白炭黑进行化学改性，提高白炭黑在橡胶材料中的分散程度，提高橡胶的性能。

现阶段，白炭黑化学改性的方法通常是在白炭黑表面引入一些有机小分子化合物。这些化合物一般具有亲水相和亲油相，其亲水相基团能够与白炭黑表面上的羟基作用，而亲油相基团能够与橡胶结合，在白炭黑与橡胶之间起到相容剂的作用，从而改善白炭黑与橡胶之间的亲和性并有效减小相分离。改性的白炭黑通常是在橡胶加工过程中以机械共混的方式加入橡胶基体中，作为橡胶的补强剂。为了保证混炼胶的性能，必须进行高耗能和耗时的混炼加工工作，这会带来严重的环境污染。溶液聚合橡胶能比较方便地进行化学改性，如果对橡胶进行化学改性，在聚合后期加入白炭黑就能在橡胶与白炭黑表面建立化学键合，这必然拉大白炭黑粒子间的距离，减少白炭黑间的团聚现象，提高白炭黑在橡胶中的分散程度，同时可省去传统笨重的橡胶加工设备，节省投资和能源，为橡胶加工带来极大便利。

本发明通过制备链中含有与白炭黑具有强相互作用硅氧基团的官能化溶聚丁苯橡胶，直接在聚合末期实现橡胶长链与白炭黑的化学键合，从分子水平减小聚合物与白炭黑的相分离，从而较好地解决白炭黑分散问题，并且操作工艺简单。

发明内容

为了解决溶聚丁苯橡胶与白炭黑相互作用差的技术问题，本发明提供一种官能化溶聚丁苯橡胶/白炭黑复合材料及其制备方法，支化改性溶聚丁苯橡胶利用硅氢反应在链中引入一定量的硅氧烷基团，这些硅氧烷基团能与白炭黑形成化学键合，在聚合反应末期加入白炭黑直接制备官能化溶聚丁苯橡胶/白炭黑复合材料。与传统混炼时加入白炭黑相比，不仅工艺简单易于工业化生产，而且实现了复合材料较低的滚动阻力，良好的抗湿滑性能及优异的物理机械性能。

本发明提供了一种官能化溶聚丁苯橡胶/白炭黑复合材料，以复合材料的质量为100份计，该复合材料含有50～83份的溶聚丁苯橡胶，17～50份的白炭黑，0～5份的助剂；其中，溶聚丁苯橡胶的链中含有β-位支化改性的硅氧烷，助剂选自抗氧剂。

本发明还提供了一种官能化溶聚丁苯橡胶/白炭黑复合材料的合成方法，包括以下步骤：