一种橡胶填充用蛭石/白炭黑复合材料的制备方法与流程

1.本发明属于橡胶助剂领域，涉及一种橡胶填充用蛭石/白炭黑复合材料的制备方法。

背景技术：

2.白炭黑(sio2)作为橡胶工业中重要的增强剂，已经得到广泛的研究和应用，但是其表面大量的极性基团严重影响其在橡胶中的增强效果。
3.蛭石是一种无毒、无味，无副作用的矿物质，具有化学稳定性好、耐热耐冻性能好等优点。其为层状结构，属于2:1型层状硅酸盐，每层具有很高的刚度，层间不易滑移。蛭石广泛用于绝热材料、摩擦材料、密封材料、电绝缘材料、橡胶、耐火材料等工业领域。

技术实现要素：

4.为解决现有技术中的不足，本发明提供一种橡胶填充用蛭石/白炭黑复合材料的制备方法，可以提高白炭黑和蛭石在橡胶胶料中的相容性，从而提高了胶料的力学性能。本发明中主要采用的技术方案为：一种橡胶填充用蛭石/白炭黑复合材料的制备方法，具体制备方法如下：s1:将提纯后的蛭石采用气流磨粉碎过200目筛，然后加入蒸馏水中，强力搅拌或超声震荡30-90min后，得到蛭石稳定悬浮液；s2:将白炭黑加入蒸馏水中，强力搅拌或超声震荡30-90min后，得到白炭黑稳定悬浮液；s3：将步骤s1制得的蛭石悬浮液和步骤s2制得的白炭黑稳定悬浮液混合，得到混合悬浮液；s4：将混合悬浮液球磨4-6h后，固液分离，流化干燥得到复合粉末，其中，球磨介质为1-3mm的氧化锆球，球料比为1：1-：1：2；s5：将步骤s4制得的复合粉末分散在蒸馏水中，在60-75℃下搅拌45-90min得到复合粉末浆料，然后在复合粉末浆料中添加有机插层剂，根据在60-75℃下搅拌混合1-2h，最后洗涤、过滤、干燥得到改性蛭石/白炭黑复合材料。
5.优选地，所所述s1中，蛭石稳定悬浮液中蛭石的质量分数为20-30wt%。
6.优选地，所所述s1中，所述蛭石的阳离子交换容量为160mmol/100g-200 mmol/100g。
7.优选地，所所述s2 中，白炭黑稳定悬浮液中白炭黑的质量分数为15-25wt%。
8.优选地，所所述s3中，所述蛭石悬浮液和所述白炭黑稳定悬浮液混合根据蛭石与白炭黑的质量比4：3-3：1进行混合。
9.优选地，所述s5中，所述有机插层剂为尿素、25wt%溴代十六烷基吡啶乙醇溶液、吡啶或25wt%磷酸三丁酯异丙醇溶液。
10.优选地，所所述s5，有机插层剂的添加量为复合粉末中蛭石的阳离子交换容量的
1.5-2倍。
11.优选地，所述s5，所述复合粉末的添加量为30-45wt%。
12.有益效果：本发明提供一种橡胶填充用蛭石/白炭黑复合材料的制备方法，与现有技术相比，具有如下优点：（1）本发明中利用蛭石层间内的无机阳离子（na
+
、ca
2+
、mg
2+
等）与有机阳离子进行置换，从而得到疏水-亲油的改性复合粉末，从而提高了后续复合材料与橡胶胶体的相容性。
13.（2）本发明中，采用球磨混合实现纳米白炭黑对蛭石的快速插层，不仅增大了蛭石的层间距，有利于有机插层剂以及胶料大分子进入层间剥离蛭石，从而提高胶料的力学性能，而且通过与蛭石的插层结构，可以提高纳米白炭黑在胶料中的分散性。
具体实施方式
14.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
15.实施例1一种橡胶填充用蛭石/白炭黑复合材料的制备方法，s1:将提纯后的蛭石采用气流磨粉碎过200目筛，然后加入蒸馏水中，强力搅拌或超声震荡30min后，得到蛭石稳定悬浮液，蛭石的质量分数为20wt%，蛭石的阳离子交换容量为160mmol/100g；s2:将白炭黑加入蒸馏水中，强力搅拌或超声震荡45min后，得到白炭黑稳定悬浮液，白炭黑的质量分数为15wt%；s3：20wt%蛭石悬浮液和15wt%白炭黑稳定悬浮液混合，得到混合悬浮液，其中，蛭石与白炭黑的质量比4：3进行混合；s4：将混合悬浮液球磨4h后，固液分离，流化干燥得到复合粉末，其中，球磨介质为2mm的氧化锆球，球料比为1：1；s5：将复合粉末分散在蒸馏水中（复合粉末质量分数30wt%），在75℃下搅拌45min得到复合粉末浆料，然后在复合粉末浆料中添加有机插层剂（尿素），有机插层剂的添加量为复合粉末中蛭石的阳离子交换容量的1.5倍，根据在75℃下搅拌混合1h，最后洗涤、过滤、干燥得到改性蛭石/白炭黑复合材料。
16.实施例2一种橡胶填充用蛭石/白炭黑复合材料的制备方法，具体制备方法如下：s1:将提纯后的蛭石采用气流磨粉碎过200目筛，然后加入蒸馏水中，强力搅拌或超声震荡60min后，得到蛭石稳定悬浮液，其中，蛭石的质量分数为24wt%，蛭石的阳离子交换容量为180 mmol/100g；；s2:将白炭黑加入蒸馏水中，强力搅拌或超声震荡60min后，得到白炭黑稳定悬浮液，其中，白炭黑的质量分数为20wt%；s3：将蛭石悬浮液和白炭黑稳定悬浮液混合，得到混合悬浮液，其中，蛭石与白炭
黑的质量比2：1进行混合；s4：将混合悬浮液球磨5h后，固液分离，流化干燥得到复合粉末，其中，球磨介质为2mm的氧化锆球，球料比为1：1；s5：将复合粉末分散在蒸馏水中（复合粉末质量分数35wt%），在75℃下搅拌60min得到复合粉末浆料，然后在复合粉末浆料中添加有机插层剂（25wt%溴代十六烷基吡啶乙醇溶液），有机插层剂的添加量为复合粉末中蛭石的阳离子交换容量的2倍，根据在75℃下搅拌混合1h，最后洗涤、过滤、干燥得到改性蛭石/白炭黑复合材料。
17.实施例3一种橡胶填充用蛭石/白炭黑复合材料的制备方法，具体制备方法如下：s1:将提纯后的蛭石采用气流磨粉碎过200目筛，然后加入蒸馏水中，强力搅拌或超声震荡90min后，得到蛭石稳定悬浮液，蛭石的质量分数为30wt%，蛭石的阳离子交换容量为200 mmol/100g；s2:将白炭黑加入蒸馏水中，强力搅拌或超声震荡90min后，得到白炭黑稳定悬浮液，白炭黑的质量分数为25wt%；s3：将步骤s1制得的蛭石悬浮液和步骤s2制得的白炭黑稳定悬浮液混合，得到混合悬浮液，蛭石与白炭黑的质量比3：1进行混合；s4：将混合悬浮液球磨6h后，固液分离，流化干燥得到复合粉末，其中，球磨介质为2mm的氧化锆球，球料比为1：2；s5：将步骤s4制得的复合粉末分散在蒸馏水中（复合粉末质量分数45wt%），在75℃下搅拌90min得到复合粉末浆料，然后在复合粉末浆料中添加有机插层剂（25wt%磷酸三丁酯异丙醇溶液），有机插层剂的添加量为复合粉末中蛭石的阳离子交换容量的1.5-2倍。根据在75℃下搅拌混合1h，最后洗涤、过滤、干燥得到改性蛭石/白炭黑复合材料。
18.实施例1、2、3和普通白炭黑（山东金莱源化工有限公司，a300-400）根据如表1所示的根据如表1所示的配方进行混炼硫化,分别得到试样1、试样2、试样3和试样4。
19.表1：混炼配方中各组分的添加量分别对上述试样1、2、3、4混炼得到的胶料按照国家标准分别进行物理机械性能测
试，测试结果具体如表2所示。
20.表2 各试样的物理机械性能测试结果根据上述实验结果可以看出，添加有改性复合材料的橡胶相比于添加普通白炭黑的拉伸强度、抗撕裂强度、湿摩擦系数等力学性能均有明显。这是由于改性复合粉末具有片状结构，且片状结构的层与层之间通过离子置换引入了有机阳离子，将复合粉末具有疏水-亲油性能，提高了复合粉末在胶料中的分散性，使得胶料大分子进入层状结构间隙中。由于二者之间具有较强的界面间相互作用，从而提高了胶料的各方面的力学性能。
21.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种橡胶填充用蛭石/白炭黑复合材料的制备方法，其特征在于，具体制备方法如下：s1:将提纯后的蛭石采用气流磨粉碎过200目筛，然后加入蒸馏水中，强力搅拌或超声震荡30-90min后，得到蛭石稳定悬浮液；s2:将白炭黑加入蒸馏水中，强力搅拌或超声震荡30-90min后，得到白炭黑稳定悬浮液；s3：将步骤s1制得的蛭石悬浮液和步骤s2制得的白炭黑稳定悬浮液混合，得到混合悬浮液；s4：将混合悬浮液球磨4-6h后，固液分离，流化干燥得到复合粉末，其中，球磨介质为1-3mm的氧化锆球，球料比为1：1-1：2；s5：将步骤s4制得的复合粉末分散在蒸馏水中，在60-75℃下搅拌45-90min得到复合粉末浆料，然后在复合粉末浆料中添加有机插层剂，根据在60-75℃下搅拌混合1-2h，最后洗涤、过滤、干燥得到改性蛭石/白炭黑复合材料。2.根据权利要求1所述的橡胶填充用蛭石/白炭黑复合材料的制备方法，其特征在于，所述s1中，蛭石稳定悬浮液中蛭石的质量分数为20-30wt%。3.根据权利要求1所述的橡胶填充用蛭石/白炭黑复合材料的制备方法，其特征在于，所述s1中，所述蛭石的阳离子交换容量为160mmol/100g-200 mmol/100g。4.根据权利要求1所述的橡胶填充用蛭石/白炭黑复合材料的制备方法，其特征在于，所述s2中，白炭黑稳定悬浮液中白炭黑的质量分数为15-25wt%。5.根据权利要求1所述的橡胶填充用蛭石/白炭黑复合材料的制备方法，其特征在于，所述s3中，所述蛭石悬浮液和所述白炭黑稳定悬浮液混合根据蛭石与白炭黑的质量比4：3-3：1进行混合。6.根据权利要求1所述的橡胶填充用蛭石/白炭黑复合材料的制备方法，其特征在于，所述s5中，所述有机插层剂为尿素、25wt%溴代十六烷基吡啶乙醇溶液、吡啶或25wt%磷酸三丁酯异丙醇溶液。7.根据权利要求1所述的橡胶填充用蛭石/白炭黑复合材料的制备方法，其特征在于，所述s5，有机插层剂的添加量为复合粉末中蛭石的阳离子交换容量的1.5-2倍。8.根据权利要求1所述的橡胶填充用蛭石/白炭黑复合材料的制备方法，其特征在于，所述s5，所述复合粉末的添加量为30-45wt%。

技术总结

本发明公开了一种橡胶填充用蛭石/白炭黑复合材料的制备方法，具体制备方法如下：S1:将提纯后的蛭石采用气流磨粉碎过200目筛，然后加入蒸馏水中，强力搅拌或超声震荡30-90min后，得到蛭石稳定悬浮液；S2:将白炭黑加入蒸馏水中，得到白炭黑稳定悬浮液；S3：将蛭石悬浮液和白炭黑稳定悬浮液混合，得到混合悬浮液；S4：将混合悬浮液球磨4-6h后，固液分离，流化干燥得到复合粉末；S5：将步骤S4制得的复合粉末分散在蒸馏水中，在60-75℃下搅拌45-90min得到复合粉末浆料，然后在复合粉末浆料中有机插层剂，根据在60-75℃下搅拌混合1-2h，最后洗涤、过滤、干燥得到改性蛭石/白炭黑复合材料。本发明可以提高白炭黑和蛭石在橡胶胶料中的相容性，从而提高了胶料的力学性能。从而提高了胶料的力学性能。