CN107189100B - 一种缩短橡胶制备过程中硫化时间的复合纳米材料的制备与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种缩短橡胶制备过程中硫化时间的复合纳米材料的制备，针对现有硫化剂存在的缺陷，由钛酸乙酯、三乙醇胺、无水乙醇以及二氧化硫首先通过溶胶‑凝胶的方法制备成二氧化钛纳米凝胶，再与硫化剂PDM一起通过复合而成一种兼具硫化剂性能和纳米特性的复合纳米材料，在橡胶制备的过程中，有效缩短硫化时间，降低硫化温度，突破了传统合成橡胶过程中存在的硫化剂的缺陷，具有很强的实用价值。

Description

一种缩短橡胶制备过程中硫化时间的复合纳米材料的制备与 应用
技术领域
本发明涉及一种橡胶助剂，尤其是涉及一种缩短橡胶制备过程中硫化时间的复合纳米材料的制备与应用。
背景技术
橡胶是一种有弹性的聚合物。橡胶可以从一些植物的树汁中取得，也可以是人造的，两者皆有相当多的应用及产品，例如轮胎、垫圈等，遂成为重要经济作物。橡胶的种植主要集中在东南亚地区，如泰国、马来西亚、印度尼西亚。橡胶按原料分为天然橡胶和合成橡胶。按形态分为块状生胶、乳胶、液体橡胶和粉末橡胶。
在橡胶的制备过程中，硫化剂是帮组橡胶由塑性材料变为弹性材料的一种最重要的助剂，不同的橡胶类型，其加工工艺和产品性能要求不同，选用的硫化剂的种类也不同。硫化剂的好坏对于硫化时间的长短影响很大，也会间接影响到橡胶制备的成品的质量。
一种能够有效缩短橡胶制备过程中硫化时间的硫化剂值得研究。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术中所存在的问题，本发明提出了一种能够缩短硫化时间、降低硫化温度，无毒无害的缩短橡胶制备过程中硫化时间的复合纳米材料。
技术方案：为达以上目的，本发明采取以下技术方案：一种缩短橡胶制备过程中硫化时间的复合纳米材料的制备，包括如下步骤：
(1)二硫化钛纳米凝胶的制备：将质量比为10:1的钛酸丁酯、三乙醇胺混合均匀后，加入混合物总量5-8倍的无水乙醇的酸性溶液中，混合均匀后置于超声反应装置中，调节pH至2-3，充分超声搅拌至液相分散均匀；通入二氧化硫气体，调节pH为1-2，搅拌成淡黄色透明溶胶均一溶胶，再取出室温放置3-5h，形成玻璃体，置于氧化炉高温处理后置于低温等离子体反应器内-5-0℃静置16h以上，再取出蒸发干燥转变为凝胶，得二硫化钛纳米凝胶粒子；
(2)复合纳米材料的制备：将步骤(1)制得的二硫化钛纳米凝胶粒子与硫化剂PDM以2:5的质量比混合，加入硫化剂PDN质量1％-2％的氯化镁，反应物总量2-3倍的溶剂三氯甲烷，维持120-130℃的真空状态下反应15-25min，最后倒入过量乙醇中使沉淀析出；过滤，真空干燥，得复合纳米材料。
更为优选的，步骤(1)中超声反应装置的反应温度为90-110℃。
更进一步的，步骤(1)中超声反应装置的反应温度为105℃。
更为优选的，步骤(1)中超声反应装置内压力设为18-25个大气压。
更进一步的，步骤(1)中超声反应装置内压力设为22个大气压。
更为优选的，步骤(1)中氧化炉高温处理的温度为800-900℃。
本发明还公开了上述一种缩短橡胶制备过程中硫化时间的复合纳米材料的应用，具体的用于橡胶制备过程中时添加量为主材料的5％-8％。
有益效果：本发明提供的一种缩短橡胶制备过程中硫化时间的复合纳米材料的制备，针对现有硫化剂存在的缺陷，由钛酸乙酯、三乙醇胺、无水乙醇以及二氧化硫首先通过溶胶-凝胶的方法制备成二氧化钛纳米凝胶，再与硫化剂PDM一起通过复合而成一种兼具硫化剂性能和纳米特性的复合纳米材料，在橡胶制备的过程中，有效缩短硫化时间，降低硫化温度，突破了传统合成橡胶过程中存在的硫化剂的缺陷，具有很强的实用价值。
具体实施方式
实施例1：
一种缩短橡胶制备过程中硫化时间的复合纳米材料的制备，包括如下步骤：
(1)二硫化钛纳米凝胶的制备：将质量比为10:1的钛酸丁酯、三乙醇胺混合均匀后，加入混合物总量5倍的无水乙醇的酸性溶液中，混合均匀后置于超声反应装置中，反应温度为90℃，压力设为18个大气压，调节pH至2，充分超声搅拌至液相分散均匀；通入二氧化硫气体，调节pH为1，搅拌成淡黄色透明溶胶均一溶胶，再取出室温放置3h，形成玻璃体，置于氧化炉800℃高温处理后，置于低温等离子体反应器内-5℃静置16h以上，再取出蒸发干燥转变为凝胶，得二硫化钛纳米凝胶粒子；
(2)复合纳米材料的制备：将步骤(1)制得的二硫化钛纳米凝胶粒子与硫化剂PDM以2:5的质量比混合，加入硫化剂PDN质量1％的氯化镁，反应物总量2倍的溶剂三氯甲烷，维持120℃的真空状态下反应15min，最后倒入过量乙醇中使沉淀析出；过滤，真空干燥，得复合纳米材料。
上述一种缩短橡胶制备过程中硫化时间的复合纳米材料的应用，具体的用于橡胶制备过程中时添加量为主材料的5％。
实施例2：
一种缩短橡胶制备过程中硫化时间的复合纳米材料的制备，包括如下步骤：
(1)二硫化钛纳米凝胶的制备：将质量比为10:1的钛酸丁酯、三乙醇胺混合均匀后，加入混合物总量8倍的无水乙醇的酸性溶液中，混合均匀后置于超声反应装置中，反应温度为110℃，压力设为25个大气压，调节pH至3，充分超声搅拌至液相分散均匀；通入二氧化硫气体，调节pH为2，搅拌成淡黄色透明溶胶均一溶胶，再取出室温放置5h，形成玻璃体，置于氧化炉900℃高温处理后，置于低温等离子体反应器内0℃静置16h以上，再取出蒸发干燥转变为凝胶，得二硫化钛纳米凝胶粒子；
(2)复合纳米材料的制备：将步骤(1)制得的二硫化钛纳米凝胶粒子与硫化剂PDM以2:5的质量比混合，加入硫化剂PDN质量2％的氯化镁，反应物总量3倍的溶剂三氯甲烷，维持130℃的真空状态下反应25min，最后倒入过量乙醇中使沉淀析出；过滤，真空干燥，得复合纳米材料。
上述一种缩短橡胶制备过程中硫化时间的复合纳米材料的应用，具体的用于橡胶制备过程中时添加量为主材料的8％。
实施例3：
一种缩短橡胶制备过程中硫化时间的复合纳米材料的制备，包括如下步骤：
(1)二硫化钛纳米凝胶的制备：将质量比为10:1的钛酸丁酯、三乙醇胺混合均匀后，加入混合物总量7倍的无水乙醇的酸性溶液中，混合均匀后置于超声反应装置中，反应温度为105℃，压力设为22个大气压，调节pH至2.5，充分超声搅拌至液相分散均匀；通入二氧化硫气体，调节pH为1.5，搅拌成淡黄色透明溶胶均一溶胶，再取出室温放置4h，形成玻璃体，置于氧化炉860℃高温处理后，置于低温等离子体反应器内-3℃静置16h以上，再取出蒸发干燥转变为凝胶，得二硫化钛纳米凝胶粒子；
(2)复合纳米材料的制备：将步骤(1)制得的二硫化钛纳米凝胶粒子与硫化剂PDM以2:5的质量比混合，加入硫化剂PDN质量1.5％的氯化镁，反应物总量2.5倍的溶剂三氯甲烷，维持125℃的真空状态下反应20min，最后倒入过量乙醇中使沉淀析出；过滤，真空干燥，得复合纳米材料。
上述一种缩短橡胶制备过程中硫化时间的复合纳米材料的应用，具体的用于橡胶制备过程中时添加量为主材料的6％。
将按照上述实施例1-3制备的复合纳米材料，应用到轮胎橡胶的制备中去，所得到的橡胶的力学性能优于传统橡胶，且硫化时间较传统硫化剂的使用降低了30％-40％。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种缩短橡胶制备过程中硫化时间的复合纳米材料的制备，其特征在于包括如下步骤：
（1）二硫化钛纳米凝胶的制备：将质量比为10:1的钛酸丁酯、三乙醇胺混合均匀后，加入混合物总量5-8倍的无水乙醇的酸性溶液中，混合均匀后置于超声反应装置中，调节pH至2-3，充分超声搅拌至液相分散均匀；通入二氧化硫气体，调节pH为1-2，搅拌成淡黄色透明溶胶均一溶胶，再取出室温放置3-5h，形成玻璃体，置于氧化炉高温处理后置于低温等离子体反应器内-5-0℃静置16h以上，再取出蒸发干燥转变为凝胶，得二硫化钛纳米凝胶粒子；
（2）复合纳米材料的制备：将步骤（1）制得的二硫化钛纳米凝胶粒子与硫化剂PDM以2:5的质量比混合，加入硫化剂PDM质量1%-2%的氯化镁，反应物总量2-3倍的溶剂三氯甲烷，维持120-130℃的真空状态下反应15-25min，最后倒入过量乙醇中使沉淀析出；过滤，真空干燥，得复合纳米材料。
2.根据权利要求1所述的缩短橡胶制备过程中硫化时间的复合纳米材料的制备，其特征在于：步骤（1）中超声反应装置的反应温度为90-110℃。
3.根据权利要求2所述的缩短橡胶制备过程中硫化时间的复合纳米材料的制备，其特征在于：步骤（1）中超声反应装置的反应温度为105℃。
4.根据权利要求1所述的缩短橡胶制备过程中硫化时间的复合纳米材料的制备，其特征在于：步骤（1）中超声反应装置内压力设为18-25个大气压。
5.根据权利要求4所述的缩短橡胶制备过程中硫化时间的复合纳米材料的制备，其特征在于：步骤（1）中超声反应装置内压力设为22个大气压。
6.根据权利要求1所述的缩短橡胶制备过程中硫化时间的复合纳米材料的制备，其特征在于：步骤（1）中氧化炉高温处理的温度为800-900℃。
7.如权利要求1所述的缩短橡胶制备过程中硫化时间的复合纳米材料的应用，其特征在于用于橡胶制备过程中时添加量为主材料的5%-8%。
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