輪胎橡膠復合材料的制備方法

周省委

（青島科技大學，山東 青島 266042）

環氧化天然橡膠雖然克服了天然橡膠貯存硬化的問題，但其缺點是耐老化性能非常差。由于環氧化天然橡膠的分子鏈中含有大量的不飽和雙鍵與環氧基團，極易發生化學反應，環氧化天然橡膠在使用過程中受熱、氧、光、機械力、輻射、化學介質、空氣中的臭氧等外部因素的作用，使其大分子鏈發生化學變化，破壞了橡膠原有化學結構，從而導致橡膠性能變壞，進而導致環氧化天然橡膠制品在加工或使用過程中容易發生老化，而且其老化性能比天然橡膠的還要差。所以環氧化天然橡膠制品普遍存在貯存時間短、使用壽命短、老化發粘等問題，在很大的程度上限制了環氧化天然橡膠的應用。

1 制備原料質量份

本文針對一種環氧化天然橡膠復合材料探究制備方式，由包括以下質量份的原料制備得到:乳狀環氧化天然橡膠100份，沸石分子篩0.1～30份，稀土氧化物0.1～10份，氨水0.5～10份，表面活性劑0.05～0.8份，凝固劑0.1～4份，硫化加工助劑0.2～12份。

本次研究利用分子篩特殊的孔道結構對熱、氧和紫外線有很好的阻隔作用，同時稀土改性的分子篩中的稀土離子能夠捕抓自由基，提高環氧化天然橡膠的耐老化性能。另外，稀土改性的分子篩分散體是堿性，能夠中和環氧化天然橡膠制備過程中殘余的酸，進一步提高環氧化天然橡膠的耐老化性能。本次研究的環氧化天然橡膠復合材料進行熱空氣老化、臭氧老化和紫外老化處理后，拉伸強度保持率和拉斷伸長保持率均能保持在85%以上。相對于普通環氧化天然橡膠復合材料來說，本次研究的環氧化天然橡膠復合材料的耐熱空氣老化性能、耐臭氧老化性能和耐紫外老化性能，均顯著提高。

本研究提供的耐老化環氧化天然橡膠復合材料的制備工藝不影響橡膠膠料的加工性能與物理機械性能，且所用的稀土氧化物無毒性、成本低廉，易于規模化生產。

2 具體實施方式

本次研究提供的環氧化天然橡膠復合材料以乳狀環氧化天然橡膠為基體。在本次研究中，所述乳狀環氧化天然橡膠的質量份數（以干膠計）為100份。在本次研究中，所述乳狀環氧化天然橡膠的環氧化程度優選為2～50，更優選為25～40。本次研究對所述乳狀環氧化天然橡膠的來源沒有特殊要求，使用本領域技術人員熟知來源的乳狀環氧化天然橡膠即可，具體的如市售的乳狀環氧化天然橡膠。

以乳狀環氧化天然橡膠100質量份為基準，本次研究提供的環氧化天然橡膠復合材料包括沸石分子篩0.1～30份，優選為1～25份，更優選為10～20份。在本次研究中，所述沸石分子篩優選為3A分子篩、4A分子篩、5A分子篩、10X分子篩和13X分子篩中的一種或幾種。

在本次研究中，所述凝固劑優選為甲醇或乙醇。

以乳狀環氧化天然橡膠100質量份為基準，本次研究提供的環氧化天然橡膠復合材料包括硫化加工助劑0.2～12份，優選為2～10份，更優選為5～8份。在本次研究中，所述硫化加工助劑優選為硫磺，N一叔丁基一2一苯并曝哩次黃酞胺（促進劑NS），氧化鋅和硬脂酸中的一種或幾種；更優選為硫磺，N一叔丁基一2一苯并唆哇次黃酞胺、氧化鋅和硬脂酸的混合物，所述混合物中硫磺，N一叔丁基一2一苯并曝哩次黃酞胺、氧化鋅和硬脂酸的重量比優選為 1.5∶1.3∶5∶2。

本次研究對所述沸石分子篩、稀土氧化物、氨水、表面活性劑、凝固劑和硫化加工助劑的來源沒有特殊要求，使用本領域技術人員熟知來源的上述物質即可，具體的如市售的上述物質。

本次研究提供了上述技術方案所述的環氧化天然橡膠復合材料的制備方法，包括如下步驟:

①將氨水、稀土氧化物和沸石分子篩在水相體系中進行改性，得到稀土改性的沸石分子篩分散體；

②將所述步驟①中稀土改性的沸石分子篩分散體與表面活性劑、乳狀環氧化天然橡膠膠乳混合，得到膠乳狀態的復合材料；

所述步驟②中膠乳狀態的復合材料與凝固劑混合，然后依次進行壓片、造粒和干燥，得到干膠狀態的復合材料；

③將所述步驟②中干膠狀態的復合材料與硫化加工助劑進行混煉和硫化，得到環氧化天然橡膠復合材料。

本次研究將氨水、稀土氧化物和沸石分子篩在水相體系中進行改性，得到稀土改性的沸石分子篩分散體。在本次研究中，所述改性的溫度優選為30～80℃，更優選為40～60℃，所述改性的時間優選為5～120min，更優選為10～00min，最優選為30～80min。在本次研究中，所述改性優選在超聲條件下進行，所述超聲的功率優選為500～700W，更優選為600～650W。在本次研究中，提供所述水相體系的水優選為去離子水，所述去離子水與乳狀環氧化天然橡膠的質量比優選為1:0.6～1。得到稀土改性的沸石分子篩分散體后，本次研究將所述稀土改性的沸石分子篩分散體與表面活性劑、乳狀環氧化天然橡膠混合，得到膠乳狀態的復合材料。在本次研究中，所述混合優選在超聲條件下進行，所述超聲的功率優選為500～700W，更優選為600～650W，所述超聲的時間優選為0.1～2h，更優選為1～1.5h。在本次研究中，所述混合的溫度優選為30～80℃，更優選為40～60℃。

得到膠乳狀態的復合材料后，本次研究將所述膠乳狀態的復合材料與凝固劑混合，然后依次進行壓片、造粒和干燥，得到干膠狀態的復合材料。本次研究對所述混合、壓片、造粒和干燥的方式沒有特殊的限制，選用本領域技術人員熟知的方式進行混合、壓片、造粒和干燥即可。

得到干膠狀態的復合材料后，本次研究將所述干膠狀態的復合材料與硫化加工助劑進行混煉和硫化，得到環氧化天然橡膠復合材料。本次研究對所述混煉和硫化的方法沒有特殊的限制，選用本領域技術人員熟知的方法進行混煉和硫化即可。

3 實例

按質量份計，在100份的去離子水中加入0.1份的氧化鑭，隨后加入0.5份氨水（濃度為0.1%）。控制超聲功率為500W，在超聲分散的狀態下，加入0.1份的3A分子篩，置于30°C的水浴中連續超聲5min，制得稀土改性的沸石分子篩分散體。隨后加入0.05份的十二烷基苯磺酸鈉和100份干膠計的乳狀環氧化天然橡膠 (環氧化程度為2)，繼續超聲攪拌1.2h，得到膠乳狀態的復合材料。加入1.5份甲醇將膠乳狀態的復合材料進行凝固，凝固后經過壓片、造粒、干燥，得到干膠狀態的復合材料。然后在雙輥開煉機中添加0.9份硫磺、1.7份促進劑NS.5份氧化鋅和1份硬脂酸進行混煉，硫化，獲得環氧化天然橡膠復合材料，其性能測試結果見表1。

表1 環氧化天然橡膠符合材料性能測試結果

4 結語

以上所述僅是本次研究的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本次研究原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本次研究的保護范圍。