一种白炭黑填充天然胶乳的絮凝方法

技术领域

本发明涉及橡胶母炼胶制备技术领域，具体涉及一种白炭黑填充天然胶乳的絮凝方法。

背景技术

天然胶乳是一种黏稠的乳白色液体，外观像牛奶，它是橡胶粒子在近中性介质中的乳状水分散体。天然胶乳属于橡胶类的热塑性合成树脂，其特点是高弹性、粘接时成膜性能良好、胶膜富于柔韧性，因而使胶膜具有优异的耐屈挠性、抗震性和耐蠕变性能，适用于动态下部件的粘接和不同热膨胀系数材料之间的粘接。天然橡胶应用于从轮胎、皮带、辊筒等工业用品类到网球等体育运动用品类的大多数领域。

絮凝是指使水或液体中悬浮微粒集聚变大，或形成絮团，从而加快粒子的聚沉，达到固-液分离的目的。通常絮凝的实施靠添加适当的絮凝剂，其作用是吸附微粒，在微粒间“架桥”，从而促进集聚。胶乳工业中，絮凝是胶乳凝固的第一阶段，现有的天然胶乳絮凝的方式主要有添加有机酸和无机盐两种，但在絮凝完成后均需要洗胶的工艺，洗掉絮凝剂，再将絮凝剂回收再利用，这不仅增加了工艺环节，也增加了能耗，造成资源浪费，不符合“绿色制造”的要求。

与炭黑相比，白炭黑是一种不依赖于石油资源的补强填料，在胎面胶中加入白炭黑可以使轮胎获得低滚阻、高抗湿滑的性能，符合节能减排“绿色轮胎”的应用趋势。基于此使用白炭黑填充天然胶乳的絮凝方法，能够符合“绿色制造”的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决现有技术中的技术问题是提供一种白炭黑填充天然胶乳的絮凝方法。本发明的絮凝方法，避免絮凝剂的使用，减少胶料的影响和对环境的污染，提高白炭黑在橡胶中的分散性。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

本发明提供一种白炭黑填充天然胶乳的絮凝方法，包括以下步骤：

步骤①：白炭黑粉末的预处理

将白炭黑粉末和硅烷偶联剂置于研磨机中，在常温至60℃的环境中研磨0.2-3h，再进行过筛处理，得到粒径均匀的白炭黑粉末，再在30-260℃下加热1-12h，得到改性的白炭黑粉末；

步骤②：白炭黑浆液的制备

将步骤①制备的研磨改性后的白炭黑粉末加入水中，置于乳化机中混合均匀，乳化0.2-2h，得到白炭黑浆液；

步骤③：电泳絮凝白炭黑填充的天然胶乳

将步骤②制备的白炭黑浆液和天然胶乳混合，利用搅拌器搅拌均匀，在将连接电源的两个电极插入混合液中固定，电泳时间控制在0.5-5h，白炭黑填充的天然橡胶母胶包覆在阴极表面，待实验结束之后，将其取下。

优选的是，步骤①中的白炭黑粉末为沉淀白炭黑或者气相白炭黑。

优选的是，步骤①中的硅烷偶联剂为有机硅化合物，其结构式如下：

其中，Y表示能够与有机高分子发生化学反应或形成氢键的基团，X表示结构相同或者不同的可水解的基团。

进一步优选的是，硅烷偶联剂结构中Y基团包含巯基、氨基、烷烃或烯烃。

优选的是，步骤①中的硅烷偶联剂和白炭黑粉末的质量比为1:10-1:100。

优选的是，步骤①中的过筛所用筛网为20-200目的钢丝网、铜网或镍网。

优选的是，步骤①中的加热温度为50-180℃。

优选的是，步骤②中还可以加入导电粒子。

优选的是，步骤②中的导电粒子为石墨烯或碳纳米管，所述导电粒子和白炭黑的质量比为1:10-1:100；白炭黑浆液中白炭黑的固含量为5％-80％。

优选的是，步骤③中的电极的材料为石墨或不锈钢，其形状为棒状、片状、块状或筒状，电源为直流电源或交流电源，电源设置为10-220V。

本发明的有益效果是：

本发明的絮凝方法，工艺简单，生产效率高，没有絮凝剂的使用，且白炭黑的用量可达到20phr以上，符合“绿色生产”的要求，采用该方法制备的母炼胶具有很大的应用前景。

本发明的絮凝方法，明显改善了白炭黑干法密炼时飞粉扬尘的施工环境，既节能减排、减小了环境污染，也降低了对工人健康情况的影响。

本发明的絮凝方法，提高了白炭黑在橡胶中的分散程度，使其能够达到纳米级别的补强。

本发明的絮凝方法，本发明中的天然橡胶也可以和其他胶乳(丁苯胶乳、天然胶乳、顺丁胶乳等)并用，制备出的复合母炼胶也可以通过干法添加炭黑和各种配合剂，得到的硫化胶具备很好的综合性能。

具体实施方式

本发明提供一种白炭黑填充天然胶乳的絮凝方法，包括下列步骤：

步骤①：白炭黑粉末的预处理

将白炭黑粉末和硅烷偶联剂置于研磨机中，在常温至60℃的环境中研磨0.2-3h，再进行过筛处理，得到粒径均匀的白炭黑粉末，再在30-260℃下加热1-12h，得到改性的白炭黑粉末。

所述白炭黑粉末可为沉淀白炭黑，也可为气相白炭黑。

所述硅烷偶联剂指含有下列结构的有机硅化合物；

其中，Y表示能够与有机高分子发生化学反应或形成氢键的基团，可包含巯基、氨基、烷烃、烯烃等；X表示结构相同或者不同的可水解的基团。

所述硅烷偶联剂和白炭黑粉末的质量比为1:10-1:100。

所述过筛所用筛网为20-200目的钢丝网、铜网或镍网，优选80-150目。

所述加热温度优选50-180℃。

步骤②：白炭黑浆液的制备

将研磨改性后的白炭黑加入水中，置于研磨机中混合均匀，研磨0.2-2h，得到白炭黑浆液。

所述白炭黑浆液中白炭黑的固含量为5％-80％。

步骤②中还可以加入导电粒子，所述导电粒子为石墨烯或碳纳米管等。

所述导电粒子和白炭黑的质量比为1:10-1:100。

步骤③：电泳絮凝白炭黑填充的天然胶乳

将制备的白炭黑浆液和天然胶乳混合，利用搅拌器搅拌均匀，在将连接电源的两个电极插入混合液中固定，电泳时间控制在0.5-5h，白炭黑填充的天然橡胶母胶包覆在阴极表面，待实验结束之后，将其取下。

所述电极材料可为石墨或不锈钢等。

所述电极形状可为棒状、片状、块状或筒状等。

所述电源可为直流电源或交流电源。

所述电源设置为10-220V。

通过下列实施例来对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。

实施例1

将300g干燥的沉淀白炭黑粉末和10g KH550硅烷偶联剂至于研磨机中，在常温中研磨3h，再利用80目的筛网(铜网)进行过筛处理，得到粒径均匀的白炭黑粉末，再将其置于150℃的真空烘箱，加热4h，得到改性后的白炭黑粉末。

将100g改性后的白炭黑粉末加入900g水中，再加入10g碳纳米管，置于研磨机中，研磨2h，得到白炭黑浆液。

将制备的白炭黑浆液和570g固含量为35％的天然胶乳混合，利用搅拌器搅拌均匀，在将连接50V直流电源的两个片状石墨电极插入混合液中固定，电泳时间控制在2h，白炭黑填充的天然橡胶母胶包覆在阴极表面，待实验结束之后，将其取下。

实施例2

将300g干燥的沉淀白炭黑粉末和10g KH550硅烷偶联剂至于研磨机中，在常温中研磨3h，再利用80目的筛网(铜网)进行过筛处理，得到粒径均匀的白炭黑粉末，再将其置于150℃的真空烘箱，加热4h，得到改性后的白炭黑粉末。

将100g改性后的白炭黑粉末加入900g水中，置于研磨机中，研磨2h，得到白炭黑浆液。

将制备的白炭黑浆液和570g固含量为35％的天然胶乳混合，利用搅拌器搅拌均匀，在将连接80V直流电源的两个片状石墨电极插入混合液中固定，电泳时间控制在2h，白炭黑填充的天然橡胶母胶包覆在阴极表面，待实验结束之后，将其取下。

实施例3

将300g干燥的沉淀白炭黑粉末和10g OTES硅烷偶联剂至于研磨机中，在常温中研磨3h，再利用80目的筛网(铜网)进行过筛处理，得到粒径均匀的白炭黑粉末，再将其置于150℃的真空烘箱，加热4h，得到改性后的白炭黑粉末。

将100g改性后的白炭黑粉末加入900g水中，再加入10g碳纳米管，置于研磨机中，研磨2h，得到白炭黑浆液。

将制备的白炭黑浆液和570g固含量为35％的天然胶乳混合，利用搅拌器搅拌均匀，在将连接100V交流电源的两个片状石墨电极插入混合液中固定，电泳时间控制在2h，白炭黑填充的天然橡胶母胶包覆在阴极表面，待实验结束之后，将其取下。

实施例4

将300g干燥的沉淀白炭黑粉末和3g KH550硅烷偶联剂至于研磨机中，在常温中研磨0.2h，再利用80目的筛网(铜网)进行过筛处理，得到粒径均匀的白炭黑粉末，再将其置于50℃的真空烘箱，加热10h，得到改性后的白炭黑粉末。

将100g改性后的白炭黑粉末加入900g水中，再加入1g碳纳米管，置于研磨机中，研磨2h，得到白炭黑浆液。

将制备的白炭黑浆液和570g固含量为35％的天然胶乳混合，利用搅拌器搅拌均匀，在将连接80V直流电源的两个片状石墨电极插入混合液中固定，电泳时间控制在1.5h，白炭黑填充的天然橡胶母胶包覆在阴极表面，待实验结束之后，将其取下。

实施例5

将300g干燥的沉淀白炭黑粉末和3g OTES硅烷偶联剂至于研磨机中，在60℃下研磨3h，再利用150目的筛网(铜网)进行过筛处理，得到粒径均匀的白炭黑粉末，再将其置于180℃的真空烘箱，加热1h，得到改性后的白炭黑粉末。

将100g改性后的白炭黑粉末加入900g水中，再加入1g碳纳米管，置于研磨机中，研磨0.2h，得到白炭黑浆液。

将制备的白炭黑浆液和570g固含量为35％的天然胶乳混合，利用搅拌器搅拌均匀，在将连接80V直流电源的两个片状石墨电极插入混合液中固定，电泳时间控制在5h，白炭黑填充的天然橡胶母胶包覆在阴极表面，待实验结束之后，将其取下。

将上述各实施例的母炼胶按照表1的配方进行混炼，并在150℃下按t

表1各试验胶料基本配方表(单位：g)

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表2各试验胶料性能表

硬度按GB/T 531-1999执行，拉伸强度与断裂伸长率按GB/T 528-2009执行白炭黑分散等级按GB/T 6030-2006执行。

从上述性能测试表中可以看出，与干法天然胶相比，电泳絮凝的白炭黑填充天然橡胶中的白炭黑分散度要明显优于干法，并且湿电泳絮凝的白炭黑填充天然橡胶的硫化胶在保持弹性的基础上强度也得到了提升。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。