CN102898681A - 一种负载型纳米氧化锌复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种负载型纳米氧化锌复合材料，采用如下方法制备：将橡胶用炭黑加入到硫酸锌溶液中搅拌分散，然后滴加碳酸氢铵溶水溶液直至沉淀完全，过滤得到沉淀，用去离子水洗涤至无硫酸根；将沉淀干燥后，在惰性气体保护下于200～300℃下煅烧2～4小时，得到负载型纳米氧化锌复合材料。本申请负载型纳米氧化锌复合材料，将纳米氧化锌负载在橡胶用炭黑上，纳米氧化锌具有更高的活性，其中锌原子的利用率高，添加量仅为普通氧化锌的30%～50%，可以大大节省纳米氧化锌资源。

Description

一种负载型纳米氧化锌复合材料
技术领域
本发明涉及一种负载性纳米氧化锌复合材料，同时还涉及一种采用该复合材料的橡胶制品。
背景技术
氧化锌是橡胶制品必不可少的添加剂，是橡胶的硫化活性剂和补强剂，世界上有50%氧化锌流向橡胶工业。普通的氧化锌颗粒较大，活性低，用量较大。纳米氧化锌因其粒径小, 比表面积大, 吸附活性强, 从而具有表面效应和高活性。纳米氧化锌可以与橡胶分子实现分子水平上的结合，用于橡胶中可以充分发挥硫化促进作用, 提高橡胶的性能，其用量可大幅度降低， 减少了对锌资源的依赖及其带来的环境污染。然而，尽管纳米氧化锌的活性较高，但是因为纳米氧化锌在橡胶制品中的加入量很少，往往因为分散不充分导致其在橡胶硫化过程中真正起到作用的氧化锌原子仍然是少数，即氧化锌的原子利用率很低，大部分仅作为填料存在于橡胶制品中，从而影响了橡胶制品的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米氧化锌原子利用率高的负载型纳米氧化锌复合材料。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种负载型纳米氧化锌复合材料，采用如下的方法制备而成：
1）将橡胶用炭黑加入到10～20%的硫酸锌溶液中搅拌分散，炭黑的加入量为硫酸锌质量的10～50%，然后滴加碳酸氢铵溶水溶液直至沉淀完全，碳酸氢铵的质量为硫酸锌质量的0.5～1.5倍；
2）过滤得到沉淀，用去离子水洗涤至无硫酸根；
3）将沉淀干燥后，在惰性气体保护下于200～300℃下煅烧2被4小时，得到负载型纳米氧化锌复合材料。
作为进一步的优化，步骤1）中的碳酸氢铵水溶液的浓度为10～20%。  
作为进一步的优化，所述碳酸氢盐为碳酸氢铵、碳酸氢钠或碳酸氢钾。
作为进一步的优化，步骤1）所述搅拌时间为30～90分钟。
作为进一步的优化，步骤3）所述沉淀干燥温度为85℃。
作为进一步的优化，述的负载型纳米氧化锌复合材料，其特征在于：步骤1）滴加碳酸氢铵水溶液后继续反应1小时。
本申请负载型纳米氧化锌复合材料，采用表面积很大的橡胶炭黑做载体，首先使硫酸锌以碳酸锌的形式沉淀在炭黑表面，然后高温分解在炭黑的表面上生成一层表面积很大纳米氧化锌，相对于其它形式的纳米氧化锌具有更高的活性，并且炭黑相对于纳米氧化锌的粒径较大，而且其在橡胶制品中用量比纳米氧化锌要大得多，因此负载在炭黑表面的纳米氧化锌很容易实现均匀分散，因此采用本发明的负载型纳米氧化锌复合材料可以显著的提高氧化锌中锌原子利用率，从而降低氧化锌的用量，其用量仅为普通氧化锌的30%～50%，可以大大节省纳米氧化锌资源。
具体实施方式
实施例1
本实施例的负载型纳米氧化锌复合材料采用如下方法制备而成：
1）将纯度为大于99.5% 的硫酸锌溶于去离子水，形成10%的硫酸锌溶液；按硫酸锌质量50%加入N110型炭黑，快速搅拌30min后形成悬浮液，将硫酸锌质量0.5倍的碳酸氢铵配成10%的水溶液，缓慢加入上述悬浮液中，加完后反应继续进行1小时后结束；
2）将悬浮液过滤，滤饼用去离子水洗涤至无硫酸根（SO4 2-）存在；
3）将滤饼在85℃下干燥后，进入焙烧炉在氮气氛中于250℃下煅烧2小时，得到负载型纳米氧化锌复合材料。
产品指标见附表1，ZnO负载量为50.3%。
实施例2
本实施例的负载型纳米氧化锌复合材料采用如下方法制备而成：
1）将纯度为大于99.5% 的硫酸锌溶于去离子水，形成15%的硫酸锌溶液；按硫酸锌质量30%加入N110型炭黑，快速搅拌60min后形成悬浮液，将硫酸锌质量1倍的碳酸氢钠配成15%的水溶液，缓慢加入上述悬浮液中，加完后反应继续进行2小时后结束；
2）将悬浮液过滤，滤饼用去离子水洗涤至无硫酸根（SO4 2-）存在；
3）将滤饼在105℃下干燥后，进入焙烧炉在氮气氛中于200℃下煅烧3小时，得到负载型纳米氧化锌复合材料。
产品指标见附表1，ZnO负载量为62.5%。
实施例3
本实施例的负载型纳米氧化锌复合材料采用如下方法制备而成：
1）将纯度为大于99.5% 的硫酸锌溶于去离子水，形成20%的硫酸锌溶液；按硫酸锌质量10%加入N110型炭黑，快速搅拌90min后形成悬浮液，将硫酸锌质量1.5倍的碳酸氢钾配成15%的水溶液，缓慢加入上述悬浮液中，加完后反应继续进行3小时候结束；
2）将悬浮液过滤，滤饼用去离子水洗涤至无硫酸根（SO4 2-）存在；
3）将滤饼在80℃下干燥后，进入焙烧炉在氮气氛中于300℃下煅烧4小时，得到负载型纳米氧化锌复合材料。
产品指标见附表1，ZnO负载量为73.3%。
附表1
Figure 2012103659609100002DEST_PATH_IMAGE002
。
注：负载量%=（炭黑负载后质量-炭黑质量质量）/炭黑质量。

Claims (6)

1.一种负载型纳米氧化锌复合材料，其特征在于：采用如下的方法制备而成：
1）将橡胶用炭黑加入到质量百分比浓度为10～20%的硫酸锌溶液中搅拌分散，炭黑的加入量为硫酸锌质量的10～50%，然后滴加碳酸氢盐水溶液直至沉淀完全，碳酸氢铵的质量为硫酸锌质量的0.5～1.5倍； 
2）过滤得到沉淀，用去离子水洗涤至无硫酸根；
3）将沉淀干燥后，在惰性气体保护下于200～300℃下煅烧2～4小时，得到负载型纳米氧化锌复合材料。
2.根据权利要求1所述的负载型纳米氧化锌复合材料，其特征在于：所述碳酸氢盐水溶液的浓度为10～20%质量百分浓度。
3.根据权利要求1所述的负载型纳米氧化锌复合材料，其特征在于：所述碳酸氢盐为碳酸氢铵、碳酸氢钠或碳酸氢钾。
4.根据权利要求1所述的负载型纳米氧化锌复合材料，其特征在于：步骤1）所述搅拌时间为30～90分钟。
5. 根据权利要求1所述的负载型纳米氧化锌复合材料，其特征在于：步骤3）所述沉淀干燥温度为80-105℃。
6.根据权利要求1所述的负载型纳米氧化锌复合材料，其特征在于：步骤1）滴加碳酸氢铵水溶液后继续反应1-3小时。
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