一种环氧化液体天然橡胶应用在白炭黑混炼胶中的方法与流程

本发明涉及化学材料领域，尤其涉及一种环氧化液体天然橡胶应用在白炭黑混炼胶中的方法。

背景技术：

1、随着汽车销量的日益增加，消费者对于轮胎的性能和汽车的油耗提出了更高的要求，不仅要求轮胎具有优良的抗湿滑能力，还要有较低的滚动阻力和良好的耐磨性，因此“绿色轮胎”的概念被米其林公司提出，白炭黑在轮胎中的应用也越来越广泛。但是白炭黑表面存在大量的羟基，具有很强的极性，且粒子之间非常容易形成氢键从而产生絮凝现象，因此其与非极性的橡胶之间较难发生相互作用。因此在实际的工业生产中，经常使用硅烷偶联剂对白炭黑表面进行化学改性，通过硅烷化反应实现白炭黑和橡胶之间较强的相互作用。利用白炭黑对橡胶实现补强，二者发生硅烷化反应时，需要加入硅烷偶联剂，反应的温度需要严格控制，并且会产生甲醇、乙醇等挥发性有机化合物，对橡胶的性能产生影响，也不利于后续的加工和使用。

2、为了提高白炭黑/橡胶复合材料的综合性能，减少挥发性有机化合物的产生，一些科研人员尝试将橡胶分子链进行功能化，引入极性基团，提高橡胶与白炭黑的结合效果，比如叶欣等(cn202111269466.8一种液体橡胶改性的偶联剂、制备方法、应用和改性白炭黑)提出了一种制备液体橡胶改性的偶联剂的方法，将带有双键的液体橡胶、带有巯基或多硫的硅烷偶联剂、有机溶剂混合均匀后进行反应得到中间产物，在中间产物中加入橡胶硫化剂和其他橡胶助剂预硫化后，脱除溶剂得到所述液体橡胶改性的偶联剂，通过在液体橡胶中引入多硫，使得其补强效果比传统偶联剂更佳。沈显荣等(cn201910726354.7一种表面接枝有液体橡胶的氧化锌的制备)提出了一种方法，将氧化锌粒子分散在溶剂中，然后加入带有双键的偶联剂、引发剂、液体橡胶，在一定温度下反应，反应结束后用溶剂洗涤、干燥，制得表面接枝有液体橡胶的氧化锌。这两种方法的制备过程较为繁琐，后处理程序多，目前尚未见工业化生产的报道。

3、因此，我们提出了一种可以工业化生产制备环氧化液体橡胶作为偶联剂，应用在白炭黑混炼胶中的方法，不仅可以减少硅烷化反应产生的挥发性有机化合物，同时也能够提高橡胶与白炭黑之间的相容性。

技术实现思路

1、本发明提供了一种环氧化液体天然橡胶应用在白炭黑混炼胶中的方法，以解决或者至少缓解现有技术中存在的至少一个问题。

2、本发明提供了一种环氧化液体天然橡胶应用在白炭黑混炼胶中的方法，该方法包括：

3、将天然橡胶加入到第一台密炼机中进行混炼，通过连续喂料装置输送至第一台双螺杆挤出机中，控制所述第一台双螺杆挤出机的温度在200～300℃，3～7min内实现橡胶分子链的断裂，得到液体天然橡胶；

4、将所述液体天然橡胶输送至第二台双螺杆挤出机中，通过侧喂料装置加入引发剂和不饱和极性小分子，控制所述第二台双螺杆挤出机的温度在60～130℃，使所述液体天然橡胶与所述不饱和极性小分子充分反应4～7min，得到环氧化液体天然橡胶；

5、将天然橡胶、白炭黑、所述环氧化液体天然橡胶、增塑剂、防老剂按照一定的比例加入到第二台密炼机中进行混炼，通过连续输送装置输送至第三台双螺杆挤出机内，控制所述第三台双螺杆挤出机的温度在40～80℃，4～8min内完成环氧化液体天然橡胶与白炭黑表面的开环反应，反应后输送至第四台单螺杆挤出机中，冷却3～5min后挤出成片。

6、作为本发明一种优选的实施方式，所述第一台双螺杆挤出机的长径比为(42～56)：1，螺杆转速为130～200rpm。

7、作为本发明一种优选的实施方式，所述不饱和极性小分子包括碳原子个数为1～8的不饱和含氧类的小分子。

8、作为本发明一种优选的实施方式，所述引发剂包括自由基类引发剂，所述自由基类引发剂包括偶氮类引发剂和有机过氧化物类引发剂。

9、作为本发明一种优选的实施方式，所述第二台双螺杆挤出机的长径比为(40～56)：1，螺杆转速为110～180rpm。

10、作为本发明一种优选的实施方式，所述第二台密炼机为啮合型密炼机，密炼机的转子转速为35～70r/min，填充系数为0.4～0.7，混炼时长为180～400s，上顶栓压力为4～8kg/cm2。

11、作为本发明一种优选的实施方式，所述天然橡胶、所述白炭黑、所述环氧化液体天然橡胶、所述增塑剂、所述防老剂的质量比为100：(50～100)：(10～30)：(3～10)：(0～5)。

12、作为本发明一种优选的实施方式，所述第三台双螺杆挤出机的长径比为(40～52)：1，螺杆转速为60～120rpm。

13、作为本发明一种优选的实施方式，所述第四台单螺杆挤出机的长径比为(24～32)：1，螺杆转速为50～80rpm。

14、本发明提供了一种应用环氧化液体天然橡胶的白炭黑混炼胶，所述应用环氧化液体天然橡胶的白炭黑混炼胶由本发明提供的所述环氧化液体天然橡胶应用在白炭黑混炼胶中的方法制备而得。

15、与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

16、天然橡胶的导热性能较差，有很好的弹性，不利于直接进行加工，因此首先将其置于密炼机内进行塑炼，便于后续螺杆挤出机进行吃料和剪切。物料进入第一台双螺杆挤出机中，通过调整螺杆各区段的温度，在螺杆的高剪切作用下，橡胶分子链发生有效断裂，橡胶逐渐由固态向液态转变，并产生大量可与不饱和极性小分子反应的自由基。物料进入第二台双螺杆挤出机后，通过侧喂料装置将不饱和极性小分子以及引发剂加入挤出机，双螺杆挤出机提供反应所需的温度条件，实现液体天然橡胶的环氧化制备。制备的环氧化液体天然橡胶，不需要进行冷却和存储，直接经输送装置进入第二台密炼机，与天然橡胶、白炭黑、增塑剂、防老剂等物质混炼一定的时间，此时该环氧化液体天然橡胶仍有温度，流动性好，在与其他物质混合时更加省时省力，混合效果好。进入第三台双螺杆挤出机，由于环氧化液体天然橡胶分子链上存在极性基团，容易与白炭黑表面的羟基结合，因此不需要该螺杆挤出机提供高的反应温度和强的剪切，即可实现好的反应效果。进入第四台单螺杆挤出机，由于物料整体温度不高，选用长径比小的螺杆和低的螺杆转速，即可完成物料的冷却，最终挤出得到白炭黑混炼胶片。

17、本发明立足行业现状的同时，将环氧化液体天然橡胶的制备、以及与白炭黑等物料的混合和冷却进行了合理的衔接串联，充分利用中间产物的特性，调整不同螺杆挤出机的温度、长径比和转速，在减少能耗使用的同时，实现了白炭黑混炼胶性能的提升。

技术特征：

1.一种环氧化液体天然橡胶应用在白炭黑混炼胶中的方法，其特征在于，该方法包括：

2.根据权利要求1所述环氧化液体天然橡胶应用在白炭黑混炼胶中的方法，其特征在于，所述第一台双螺杆挤出机的长径比为(42～56)：1，螺杆转速为130～200rpm。

3.根据权利要求1所述环氧化液体天然橡胶应用在白炭黑混炼胶中的方法，其特征在于，所述不饱和极性小分子包括碳原子个数为1～8的不饱和含氧类的小分子。

4.根据权利要求1所述环氧化液体天然橡胶应用在白炭黑混炼胶中的方法，其特征在于，所述引发剂包括自由基类引发剂，所述自由基类引发剂包括偶氮类引发剂和有机过氧化物类引发剂。

5.根据权利要求1所述环氧化液体天然橡胶应用在白炭黑混炼胶中的方法，其特征在于，所述第二台双螺杆挤出机的长径比为(40～56)：1，螺杆转速为110～180rpm。

6.根据权利要求1所述环氧化液体天然橡胶应用在白炭黑混炼胶中的方法，其特征在于，所述第二台密炼机为啮合型密炼机，密炼机的转子转速为35～70r/min，填充系数为0.4～0.7，混炼时长为180～400s，上顶栓压力为4～8kg/cm2。

7.根据权利要求1所述环氧化液体天然橡胶应用在白炭黑混炼胶中的方法，其特征在于，所述天然橡胶、所述白炭黑、所述环氧化液体天然橡胶、所述增塑剂、所述防老剂的质量比为100：(50～100)：(10～30)：(3～10)：(0～5)。

8.根据权利要求1所述环氧化液体天然橡胶应用在白炭黑混炼胶中的方法，其特征在于，所述第三台双螺杆挤出机的长径比为(40～52)：1，螺杆转速为60～120rpm。

9.根据权利要求1～8所述环氧化液体天然橡胶应用在白炭黑混炼胶中的方法，其特征在于，所述第四台单螺杆挤出机的长径比为(24～32)：1，螺杆转速为50～80rpm。

10.一种应用环氧化液体天然橡胶的白炭黑混炼胶，其特征在于，所述应用环氧化液体天然橡胶的白炭黑混炼胶由权利要求1～9任一所述环氧化液体天然橡胶应用在白炭黑混炼胶中的方法制备而得。

技术总结
本发明提供了一种环氧化液体天然橡胶应用在白炭黑混炼胶中的方法，该方法包括：将天然橡胶投入到密炼机中进行塑炼，通过连续喂料装置输送至第一台双螺杆挤出机中，得到的液体天然橡胶经输送装置进入第二台双螺杆挤出机内，通过侧喂料装置加入引发剂和不饱和极性小分子，让液体天然橡胶与不饱和极性小分子充分发生反应，冷却后得到环氧度为6～15％的液体天然橡胶。将天然橡胶、白炭黑、环氧化液体天然橡胶、增塑剂、防老剂等按照一定的比例加入到密炼机中进行混炼，通过连续输送装置输送至第三台双螺杆挤出机内，完成环氧化液体天然橡胶与白炭黑表面的开环反应，将物料输送至第四台单螺杆挤出机中，完成胶料的冷却并挤出成片。

技术研发人员：周艺,史金炜,戈风行,王润国
受保护的技术使用者：宿迁绿金人橡塑机械有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7