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一种粉 煤灰 橡胶补强材料及制备方法

阅读：346发布：2024-01-12

专利汇可以提供一种粉煤灰橡胶补强材料及制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种粉煤灰橡胶补强材料及其制备方法，其中，粉煤灰橡胶补强材料的原料包括粉煤灰、复配偶联剂、表面活性剂、纳米粒子、乙醇和水；制备方法包括对粉煤灰进行细化分散处理，得到预处理粉煤灰；配置复配偶联剂；将复配偶联剂、乙醇和水混合进行水解反应，得到第一溶液；将水和表面活性剂加入预处理粉煤灰中，搅拌均匀后，向其中加入纳米粒子和第一溶液，在预定温度下搅拌后，得到粉煤灰橡胶补强材料。本发明通过复配偶联剂、表面活性剂，纳米粒子等方式改性粉煤灰，在粉煤灰表面接枝有机基团，与炭黑并用填充橡胶，具有良好的补强效果，能改善混炼胶的加工性能，利用工业废料回收再利用，节能环保。，下面是一种粉煤灰橡胶补强材料及制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种粉煤灰橡胶补强材料，其特征在于，原料包括粉煤灰、复配偶联剂、表面活性剂、纳米粒子、乙醇和水。
2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，以重量份计，粉煤灰：复配偶联剂：表面活性剂：纳米粒子：乙醇：水的比例为100:(1-5)：(0.5-5)：(1-10)：(1-10)：(5-100)。
3.根据权利要求2所述的材料，其特征在于，所述复配偶联剂包括硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂和钛酸酯偶联剂，其中，按重量份计，硅烷偶联剂：铝酸酯偶联剂：钛酸酯偶联剂为(4-7):(3-6):(0-1)。
4.根据权利要求1或2或3所述的材料，其特征在于，所述表面活性剂为直链烷烃苯磺酸钠。
5.根据权利要求1或2或3所述的材料，其特征在于，所述纳米粒子包括纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米高岭土的一种或多种混合。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的材料的制备方法，其特征在于，包括：
对粉煤灰进行细化分散处理，得到预处理粉煤灰；
配置复配偶联剂；
将复配偶联剂、乙醇和水混合进行水解反应，得到第一溶液；
将水和表面活性剂加入预处理粉煤灰中，搅拌均匀后，向其中加入纳米粒子和第一溶液，在预定温度下搅拌后，得到粉煤灰橡胶补强材料。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，得到所述第一溶液时，所述复配偶联剂、乙醇和水的加入比例为1:1:(5-10)。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述粉煤灰进行细化分散处理包括：将粉煤灰在球磨机中超细化5-10min。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述水解反应为60-90℃下反应5-30min。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预定温度为70-120℃。

说明书全文

一种粉 煤灰 橡胶补强材料及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及橡胶添加剂技术领域，特别涉及一种粉煤灰橡胶补强材料及制备方法。

背景技术

[0002] 粉煤灰一般指火力发电厂排放的固体排放物，其综合利用是一项庞大的系统工程，几十年来，我国相关科技人员为此付出巨大的努力。进入21世纪后，粉煤灰导致的环境问题引起了更多的关注。现代社会下如何顺应绿色环保新趋势，将排放的粉煤灰充分利用起来，是今后相当长时期内的一项重要任务。目前粉煤灰的主流利用方式为水泥工业和混凝土工程，但使用规模有限，过剩的粉煤灰随处堆放污染了当地环境，扬起的风尘使得当地空气质量恶劣，严重的雾霾更是损害人民的健康。

[0003] 橡胶工业中炭黑消耗量约占炭黑全部消耗量的94％，橡胶/炭黑复合材料更是被广泛用于轮胎和其它橡胶制品的生产制造中。如果以粉煤灰作为橡胶补强填料，原料来源广，生产制备工艺简单，投资少，成本低，既可节约炭黑，又可解决环境污染问题，具有显著的经济效益和社会效益。但粉煤灰属于无机极性物质，和大多数的无机填料一样由于表面存在羟基呈现亲水性，并且表面酸性羟基可能会延迟硫化而限制其使用。因此，要提高粉煤灰在橡胶中的填充性能和补强效果，必须对粉煤灰进行表面改性处理，以增强其与橡胶材料之间的相容性。

[0004] 现有的粉煤灰补强材料存在价格昂贵、制备工艺复杂、粘合剂使用量大、处理效率不高，对热敏感等一系列问题，因此，开发出一种成本低廉、工艺简单的粉煤灰补强材料成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

[0005] 本发明需解决的技术问题是提供一种粉煤灰橡胶补强材料及制备方法，以解决现有技术的成本较高、工艺复杂的问题。

[0006] 为了解决上述问题，本发明提供一种粉煤灰橡胶补强材料及制备方法，其采取的技术方案如下：

[0007] 一方面，本发明实施例公开了一种粉煤灰橡胶补强材料，其包括粉煤灰、复配偶联剂、表面活性剂、纳米粒子、乙醇和水。

[0008] 进一步地，以重量份计，粉煤灰：复配偶联剂：表面活性剂：纳米粒子：乙醇：水为100:(1-5)：(0.5-5)：(1-10)：(1-10)：(5-100)。

[0009] 优选地，粉煤灰：复配偶联剂：表面活性剂：纳米粒子：乙醇：水为100:2：(0.5-5)：(0.5-10)：2:1。

[0010] 进一步地，所述复配偶联剂包括硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂和钛酸酯偶联剂，其中，按重量份计，硅烷偶联剂：铝酸酯偶联剂：钛酸酯偶联剂为(4-7):(6-3):(0-1)；优选为5:4:1。

[0011] 进一步地，所述表面活性剂为直链烷烃苯磺酸钠。

[0012] 进一步地，所述纳米粒子包括纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米高岭土一种或多种混合。

[0013] 另一方面，本发明实施例还公开了上述任一项所述的材料的制备方法，其包括：

[0014] 对粉煤灰进行细化分散处理，得到预处理粉煤灰；

[0015] 配置复配偶联剂；

[0016] 将复配偶联剂、乙醇和水混合进行水解反应，得到第一溶液；

[0017] 将水和表面活性剂加入预处理粉煤灰中，搅拌均匀后，向其中加入纳米粒子和第一溶液，在预定温度下搅拌后，得到粉煤灰橡胶补强材料。

[0018] 进一步地，得到所述第一溶液时，所述复配偶联剂、乙醇和水的加入比例为1:1:(5-10)。

[0019] 进一步地，所述粉煤灰进行细化分散处理包括：将粉煤灰在球磨机中超细化5-10min，粒径由平均粒径30um可降至平均粒径5um，增加比表面积，提高了表面活性，易与硅烷偶联剂发生接枝，然后在超声作用下分散1-10min，以减少团聚出现。

[0020] 进一步地，所述水解反应为60-90℃下反应5-30min。

[0021] 进一步地，所述预定温度为70-100℃。

[0022] 本发明的有益效果是：

[0023] 本发明通过复配偶联剂、添加表面活性剂，添加纳米粒子等关键方式改性粉煤灰，在粉煤灰表面接枝有机基团，进而与炭黑并用填充橡胶，不仅具有良好的补强效果，且能改善混炼胶的加工性能，另外利用工业废料回收再利用，节能环保，符合当代绿色工业的研究潮流。附图说明

[0024] 图1为粉煤灰的亲水性图示；

[0025] 图2为制得的粉煤灰补强材料的亲水性图示；

[0026] 图3为粉煤灰的亲油性图示；

[0027] 图4为制得的粉煤灰补强材料的亲油性图示；

[0028] 图5为粉煤灰的扫描电镜图示；

[0029] 图6为制得的粉煤灰补强材料的扫描电镜图示；

[0030] 图7为粉煤灰的激光粒度图示；

[0031] 图8为超细化5min后粉煤灰的激光粒度图示；

[0032] 图9为制得的粉煤灰补强材料的激光粒度图示。

具体实施方式

[0033] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

[0034] 实施例1

[0035] 对100重量份的粉煤灰进行细化分散处理，得到预处理粉煤灰；

[0036] 配置复配偶联剂：将1重量份硅烷偶联剂、0.8重量份铝酸酯偶联剂、0.2重量份钛酸酯偶联剂混合均匀，得到复配偶联剂；

[0037] 将2重量份复配偶联剂、2重量份乙醇和5重量份水混合85℃下进行水解反应30min，得到第一溶液；

[0038] 将50重量份水和1重量份表面活性剂加入预处理粉煤灰中，搅拌均匀后，向其中加入5重量份纳米粒子和第一溶液，保持溶液呈粘稠状，在85℃的温度下搅拌40min后，得到粉煤灰橡胶补强材料。

[0039] 得到的粉煤灰补强材料与粉煤灰相比，见图1-图6所示。其中，图1为粉煤灰的亲水性图示，图2为制得的粉煤灰补强材料的亲水性图示，图3为粉煤灰的亲油性图示，图4为制得的粉煤灰补强材料的亲油性图示，图5为粉煤灰的扫描电镜图示，图6为制得的粉煤灰补强材料的扫描电镜图示，图7为粉煤灰的激光粒度图示，图8为超细化5min后粉煤灰的激光粒度图示，图9为制得的粉煤灰补强材料的激光粒度图示。

[0040] 实施例2

[0041] 以表1所示配方制备橡胶(其中，改性粉煤灰为实施例1得到的粉煤灰橡胶补强材料)，得到的橡胶各项参数见表2。

[0042] 表1

[0043]

[0044] 表2

[0045] 实例2-1 实例2-2 实例2-3 实例2-4 实例2-5 实例2-6
最小转矩ML(dN.m) 1.63 1.38 1.24 1.06 0.71 0.29
最大转矩MH(dN.m) 23.17 19.26 17.45 16.12 14.25 12.19
焦烧时间t10 0:29 0:28 0:29 0:32 0:32 0:37
正硫化时间tc90 5:32 4:59 5:12 5:11 5:14 5:35
拉伸强度(MPa) 16.5 18.4 19.9 20.4 22.0 23.4
100％定伸强度(MPa) 1.77 1.88 2.04 2.28 2.83 3.17
300％定伸强度(MPa) 3.28 3.82 4.58 5.34 7.26 9.39
断裂伸长率(％) 1067 932 791 684 554 457

[0046] 实施例3

[0047] 对100重量份的粉煤灰进行细化分散处理，得到预处理粉煤灰；

[0048] 配置复配偶联剂：将0.4重量份硅烷偶联剂、0.6重量份铝酸酯偶联剂混合均匀，得到复配偶联剂；

[0049] 将1重量份复配偶联剂、1重量份乙醇和20重量份水混合60℃下进行水解反应5min，得到第一溶液；

[0050] 将80重量份水和0.5重量份表面活性剂加入预处理粉煤灰中，搅拌均匀后，向其中加入10重量份纳米粒子和第一溶液，保持溶液呈粘稠状，在120℃的温度下搅拌30min后，得到粉煤灰橡胶补强材料。

[0051] 实施例4

[0052] 对100重量份的粉煤灰进行细化分散处理，得到预处理粉煤灰；

[0053] 配置复配偶联剂：将1.81重量份硅烷偶联剂、2.73重量份铝酸酯偶联剂、0.45重量份钛酸酯偶联剂混合均匀，得到复配偶联剂；

[0054] 将5重量份复配偶联剂、10重量份乙醇和10重量份水混合90℃下进行水解反应20min，得到第一溶液；

[0055] 将90重量份水和5重量份表面活性剂加入预处理粉煤灰中，搅拌均匀后，向其中加入8重量份纳米粒子和第一溶液，保持溶液呈粘稠状，在95℃的温度下搅拌60min后，得到粉煤灰橡胶补强材料。

[0056] 实施例5

[0057] 对100重量份的粉煤灰进行细化分散处理，得到预处理粉煤灰；

[0058] 配置复配偶联剂：将2重量份硅烷偶联剂、0.86重量份铝酸酯偶联剂、0.14重量份钛酸酯偶联剂混合均匀，得到复配偶联剂；

[0059] 将3重量份复配偶联剂、6重量份乙醇和1重量份水混合75℃下进行水解反应18min，得到第一溶液；

[0060] 将4重量份水和3重量份表面活性剂加入预处理粉煤灰中，搅拌均匀后，向其中加入1重量份纳米粒子和第一溶液，保持溶液呈粘稠状，在70℃的温度下搅拌45min后，得到粉煤灰橡胶补强材料。

[0061] 由上述实施例可知，本发明制得的粉煤灰补强材料，在制作橡胶时，对橡胶进行改性，制得的橡胶的拉伸强度略低于炭黑填充体系，断裂伸长率则优于炭黑填充体系。

[0062] 以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

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