CN107602796A - 一种用于实心轮胎的复合橡胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于实心轮胎的复合橡胶的制备方法，其质量配方如下:聚乙二醇30‑45份、二异氰酸酯甲苯7‑15份、纳米二氧化硅3‑8份、无水乙醇10‑15份、耐磨剂2‑5份、促进剂3‑5份、防老化剂1‑2份、玻璃纤维3‑5份、石墨烯纳米片4‑7份、发泡剂1‑5份，并提供其制备方法。本发明采用玻璃纤维、耐磨剂和石墨烯纳米片作为耐磨材料，能够大大提高橡胶的耐磨性和耐温性，解决了夏天地表温度过高带来的局部高温问题。
Description
技术领域
本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种用于实心轮胎的复合橡胶的制备方法。
背景技术
近些年来，采用聚氨酯轮胎代替橡胶轮胎是世界轮胎业的发展方向，聚氨酯实心轮胎生产过程可以实现连续化和自动化，在生产和使用过程中很少产生废料，而且更为重要的是废旧轮胎的部分胎体可以回收用作其他聚氨酯产品，不会造成环境污染。其制造工艺简单(液体浇注成型)，属于新型无帘线浇注轮胎，因而被人们称为21世纪的绿色环保轮胎。
中国专利200620054517.X公布了一种新型聚氨酯实心轮胎，该轮胎由起支撑和传递力作用的金属轮辋和直接粘合在金属轮辋上的单层或双层聚氨酯所组成。其中，单层结构或双层结构外层用的聚氨酯为低聚物多元醇-二苯基甲烷二异氰酸酯/甲苯二异氰酸酯体系；双层结构内层用的聚氨酯为低聚物多元醇一3,3'-二甲基-4,4'-联苯二异氰酸酯体系聚氨酯。这种轮胎能适应苛刻路面条件要求且使用寿命长。但轮芯导热和散热性能差，在较高负荷条件下胎体温升大，导致轮胎易损坏。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足之处，提供一种用于实心轮胎的复合橡胶的制备方法，采用玻璃纤维、耐磨剂和石墨烯纳米片作为耐磨材料，能够大大提高橡胶的耐磨性和耐温性，解决了夏天地表温度过高带来的局部高温问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种用于实心轮胎的复合橡胶的制备方法，其质量配方如下:
聚乙二醇30-45份、二异氰酸酯甲苯7-15份、纳米二氧化硅3-8份、无水乙醇10-15份、耐磨剂2-5份、促进剂3-5份、防老化剂1-2份、玻璃纤维3-5份、石墨烯纳米片4-7份、发泡剂1-5份。
所述耐磨剂采用碳化硅或者氧化铝。
所述促进剂采用三乙烯二胺。
所述防老化剂采用苯甲酸苯酯与氧化锌的配比物，所述防老化剂的配比为苯甲酸苯酯：氧化锌＝2-3:1。
所述发泡剂采用十二烷基硫酸钠。
所述复合橡胶的制备方法，其步骤如下：
步骤1，将纳米二氧化硅加入至无水乙醇中，超声反应10-15min，得到溶胶液；
步骤2，将二异氰酸酯甲苯加入至聚乙二醇中，机械搅拌至混合均匀，然后缓慢加入硅溶胶，密封反应2-4h，得到改性聚氨酯混合液；
步骤3，将促进剂与发泡剂加入至改性聚氨酯混合液中，然后缓慢加入玻璃纤维、耐磨剂和石墨烯纳米片，搅拌均匀；
步骤4，将步骤3的反应液进行梯度超声反应2-4h，然后自然冷却至室温；
步骤5，将步骤4中的反应液进行减压蒸馏反应3-5h，烘干后得到复合橡胶。
所述步骤1中的超声反应的频率为6-10kHz，所述超声温度为40-60℃，该步骤将纳米二氧化硅分散至无水乙醇中，利用无水乙醇的粘稠性能够保证纳米二氧化硅的悬浊性能，同时采用超声能够产生离合能，作用至纳米二氧化硅表面，形成表面羟基。
所述步骤2中的机械搅拌速度为1500-3000r/min，所述硅溶胶缓慢加入的速度为10-15mL/min，所述密封反应的温度为60-70℃，压力为6-10MPa；该步骤通过机械搅拌的方式将二异氰酸酯甲苯溶解分散至聚乙二醇内，通过密封反应的方式将二异氰酸酯甲苯与聚乙二醇和表面羟基化的二氧化硅结合，能够二氧化硅改性的聚氨酯液；
所述步骤3中的加入速度为5-9g/min，搅拌速度为1000-2000r/min，该步骤将促进剂、发泡剂、玻璃纤维、耐磨剂和石墨烯纳米片混合搅拌，在无水乙醇与聚乙二醇的混合溶剂下，聚乙二醇具有粘稠性、分散性，能够将固体颗粒分散至反应液中。
所述步骤4的梯度超声反应为：10-15kHz反应20-30min，18-20kHz反应30-45min，30kHz反应至结束，所述梯度超声的温度为60-70℃；该步骤采用梯度超声的方式促进聚氨酯中的促进剂与发泡剂的反应，通过促进剂确保玻璃纤维、耐磨剂和石墨烯纳米片与改性聚氨酯反应，在发泡体和梯度超声作用下，聚氨酯内形成气泡，并将气泡排出形成致密性改性聚氨酯树脂。
步骤5中的减压蒸馏的温度为80-90℃，所述减压蒸馏的压力为大气压的50-60％，所述烘干温度为70-80℃，该步骤通过减压蒸馏的方式将聚乙二醇和无水乙醇去除，形成聚氨酯树脂结构，采用烘干的方式能够将聚氨酯内部的无水乙醇去除，形成复合橡胶。
所述步骤5中减压蒸馏产生的聚乙二醇和无水乙醇回收分离利用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用玻璃纤维、耐磨剂和石墨烯纳米片作为耐磨材料，能够大大提高橡胶的耐磨性和耐温性，解决了夏天地表温度过高带来的局部高温问题。
(2)本发明采用聚乙二醇与无水乙醇作为溶剂，利用聚乙二醇与二异氰酸酯甲苯反应形成聚氨酯材料，利用聚乙二醇的分散性能够对固体颗粒形成良好的分散效果。
(3)本发明以纳米二氧化硅作为改性剂，在羟基化处理后与二异氰酸酯甲苯反应，起到内层改性效果，大大增加了聚氨酯的耐磨效果。
(4)本发明的制备方法采用梯度超声的方式将聚氨酯内的气泡去除，形成致密性的键连结构，大大降低了热涨问题，稳定性高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述：
实施例1
一种用于实心轮胎的复合橡胶的制备方法，其质量配方如下:
聚乙二醇30份、二异氰酸酯甲苯7份、纳米二氧化硅3份、无水乙醇10份、耐磨剂2份、促进剂3份、防老化剂1份、玻璃纤维3份、石墨烯纳米片4份、发泡剂1份。
所述耐磨剂采用碳化硅。
所述促进剂采用三乙烯二胺。
所述防老化剂采用苯甲酸苯酯与氧化锌的配比物，所述防老化剂的配比为苯甲酸苯酯：氧化锌＝2:1。
所述发泡剂采用十二烷基硫酸钠。
所述复合橡胶的制备方法，其步骤如下：
步骤1，将纳米二氧化硅加入至无水乙醇中，超声反应10min，得到溶胶液；
步骤2，将二异氰酸酯甲苯加入至聚乙二醇中，机械搅拌至混合均匀，然后缓慢加入硅溶胶，密封反应2h，得到改性聚氨酯混合液；
步骤3，将促进剂与发泡剂加入至改性聚氨酯混合液中，然后缓慢加入玻璃纤维、耐磨剂和石墨烯纳米片，搅拌均匀；
步骤4，将步骤3的反应液进行梯度超声反应2h，然后自然冷却至室温；
步骤5，将步骤4中的反应液进行减压蒸馏反应3h，烘干后得到复合橡胶。
所述步骤1中的超声反应的频率为6kHz，所述超声温度为40℃。
所述步骤2中的机械搅拌速度为1500r/min，所述硅溶胶缓慢加入的速度为10mL/min，所述密封反应的温度为60℃，压力为6MPa。；
所述步骤3中的加入速度为5g/min，搅拌速度为1000r/min。
所述步骤4的梯度超声反应为：10kHz反应20min，18kHz反应30min，30kHz反应至结束，所述梯度超声的温度为60℃。
步骤5中的减压蒸馏的温度为80℃，所述减压蒸馏的压力为大气压的50％，所述烘干温度为70℃。
实施例2
一种用于实心轮胎的复合橡胶的制备方法，其质量配方如下:
聚乙二醇45份、二异氰酸酯甲苯15份、纳米二氧化硅8份、无水乙醇15份、耐磨剂5份、促进剂5份、防老化剂2份、玻璃纤维5份、石墨烯纳米片7份、发泡剂5份。
所述耐磨剂采用氧化铝。
所述促进剂采用三乙烯二胺。
所述防老化剂采用苯甲酸苯酯与氧化锌的配比物，所述防老化剂的配比为苯甲酸苯酯：氧化锌＝3:1。
所述发泡剂采用十二烷基硫酸钠。
所述复合橡胶的制备方法，其步骤如下：
步骤1，将纳米二氧化硅加入至无水乙醇中，超声反应15min，得到溶胶液；
步骤2，将二异氰酸酯甲苯加入至聚乙二醇中，机械搅拌至混合均匀，然后缓慢加入硅溶胶，密封反应4h，得到改性聚氨酯混合液；
步骤3，将促进剂与发泡剂加入至改性聚氨酯混合液中，然后缓慢加入玻璃纤维、耐磨剂和石墨烯纳米片，搅拌均匀；
步骤4，将步骤3的反应液进行梯度超声反应4h，然后自然冷却至室温；
步骤5，将步骤4中的反应液进行减压蒸馏反应5h，烘干后得到复合橡胶。
所述步骤1中的超声反应的频率为10kHz，所述超声温度为60℃。
所述步骤2中的机械搅拌速度为3000r/min，所述硅溶胶缓慢加入的速度为15mL/min，所述密封反应的温度为70℃，压力为10MPa。；
所述步骤3中的加入速度为9g/min，搅拌速度为2000r/min。
所述步骤4的梯度超声反应为：15kHz反应30min，20kHz反应45min，30kHz反应至结束，所述梯度超声的温度为70℃。
步骤5中的减压蒸馏的温度为90℃，所述减压蒸馏的压力为大气压的60％，所述烘干温度为80℃。
实施例3
一种用于实心轮胎的复合橡胶的制备方法，其质量配方如下:
聚乙二醇35份、二异氰酸酯甲苯10份、纳米二氧化硅5份、无水乙醇12份、耐磨剂3份、促进剂4份、防老化剂2份、玻璃纤维4份、石墨烯纳米片5份、发泡剂3份。
所述耐磨剂采用碳化硅。
所述促进剂采用三乙烯二胺。
所述防老化剂采用苯甲酸苯酯与氧化锌的配比物，所述防老化剂的配比为苯甲酸苯酯：氧化锌＝2:1。
所述发泡剂采用十二烷基硫酸钠。
所述复合橡胶的制备方法，其步骤如下：
步骤1，将纳米二氧化硅加入至无水乙醇中，超声反应13min，得到溶胶液；
步骤2，将二异氰酸酯甲苯加入至聚乙二醇中，机械搅拌至混合均匀，然后缓慢加入硅溶胶，密封反应3h，得到改性聚氨酯混合液；
步骤3，将促进剂与发泡剂加入至改性聚氨酯混合液中，然后缓慢加入玻璃纤维、耐磨剂和石墨烯纳米片，搅拌均匀；
步骤4，将步骤3的反应液进行梯度超声反应3h，然后自然冷却至室温；
步骤5，将步骤4中的反应液进行减压蒸馏反应4h，烘干后得到复合橡胶。
所述步骤1中的超声反应的频率为8kHz，所述超声温度为50℃。
所述步骤2中的机械搅拌速度为2000r/min，所述硅溶胶缓慢加入的速度为12mL/min，所述密封反应的温度为65℃，压力为8MPa。；
所述步骤3中的加入速度为7g/min，搅拌速度为1500r/min。
所述步骤4的梯度超声反应为：12kHz反应25min，19kHz反应40min，30kHz反应至结束，所述梯度超声的温度为65℃。
步骤5中的减压蒸馏的温度为85℃，所述减压蒸馏的压力为大气压的55％，所述烘干温度为75℃。
实施例4
一种用于实心轮胎的复合橡胶的制备方法，其质量配方如下:
聚乙二醇40份、二异氰酸酯甲苯13份、纳米二氧化硅6份、无水乙醇13份、耐磨剂4份、促进剂4份、防老化剂2份、玻璃纤维4份、石墨烯纳米片6份、发泡剂4份。
所述耐磨剂采用者氧化铝。
所述促进剂采用三乙烯二胺。
所述防老化剂采用苯甲酸苯酯与氧化锌的配比物，所述防老化剂的配比为苯甲酸苯酯：氧化锌＝3:1。
所述发泡剂采用十二烷基硫酸钠。
所述复合橡胶的制备方法，其步骤如下：
步骤1，将纳米二氧化硅加入至无水乙醇中，超声反应13min，得到溶胶液；
步骤2，将二异氰酸酯甲苯加入至聚乙二醇中，机械搅拌至混合均匀，然后缓慢加入硅溶胶，密封反应3h，得到改性聚氨酯混合液；
步骤3，将促进剂与发泡剂加入至改性聚氨酯混合液中，然后缓慢加入玻璃纤维、耐磨剂和石墨烯纳米片，搅拌均匀；
步骤4，将步骤3的反应液进行梯度超声反应3h，然后自然冷却至室温；
步骤5，将步骤4中的反应液进行减压蒸馏反应4h，烘干后得到复合橡胶。
所述步骤1中的超声反应的频率为9kHz，所述超声温度为45℃。
所述步骤2中的机械搅拌速度为2500r/min，所述硅溶胶缓慢加入的速度为14mL/min，所述密封反应的温度为60℃，压力为8MPa。；
所述步骤3中的加入速度为9g/min，搅拌速度为1800r/min。
所述步骤4的梯度超声反应为：13kHz反应30min，20kHz反应40min，30kHz反应至结束，所述梯度超声的温度为68℃。
步骤5中的减压蒸馏的温度为85℃，所述减压蒸馏的压力为大气压的55％，所述烘干温度为80℃。
实施例5
实施例1-4作为实验样品，以从市场上购买某品牌的耐磨聚氨酯实心轮胎作为对比例，其性能测试结果如下表。
以上所述仅为本发明的一实施例，并不限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于实心轮胎的复合橡胶的制备方法，其质量配方如下:
聚乙二醇30-45份、二异氰酸酯甲苯7-15份、纳米二氧化硅3-8份、无水乙醇10-15份、耐磨剂2-5份、促进剂3-5份、防老化剂1-2份、玻璃纤维3-5份、石墨烯纳米片4-7份、发泡剂1-5份。
2.根据权利要求1所述的一种用于实心轮胎的复合橡胶的制备方法，其特征在于，所述耐磨剂采用碳化硅或者氧化铝，所述发泡剂采用十二烷基硫酸钠，所述促进剂采用三乙烯二胺。
3.根据权利要求1所述的一种用于实心轮胎的复合橡胶的制备方法，其特征在于，所述防老化剂采用苯甲酸苯酯与氧化锌的配比物，所述防老化剂的配比为苯甲酸苯酯：氧化锌＝2-3:1。
4.根据权利要求1所述的一种用于实心轮胎的复合橡胶的制备方法，其特征在于，所述复合橡胶的制备方法，其步骤如下：
步骤1，将纳米二氧化硅加入至无水乙醇中，超声反应10-15min，得到溶胶液；
步骤2，将二异氰酸酯甲苯加入至聚乙二醇中，机械搅拌至混合均匀，然后缓慢加入硅溶胶，密封反应2-4h，得到改性聚氨酯混合液；
步骤3，将促进剂与发泡剂加入至改性聚氨酯混合液中，然后缓慢加入玻璃纤维、耐磨剂和石墨烯纳米片，搅拌均匀；
步骤4，将步骤3的反应液进行梯度超声反应2-4h，然后自然冷却至室温；
步骤5，将步骤4中的反应液进行减压蒸馏反应3-5h，烘干后得到复合橡胶。
5.根据权利要求4所述的一种用于实心轮胎的复合橡胶的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的超声反应的频率为6-10kHz，所述超声温度为40-60℃。
6.根据权利要求4所述的一种用于实心轮胎的复合橡胶的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的机械搅拌速度为1500-3000r/min，所述硅溶胶缓慢加入的速度为10-15mL/min，所述密封反应的温度为60-70℃，压力为6-10MPa。
7.根据权利要求4所述的一种用于实心轮胎的复合橡胶的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的加入速度为5-9g/min，搅拌速度为1000-2000r/min。
8.根据权利要求4所述的一种用于实心轮胎的复合橡胶的制备方法，其特征在于，所述步骤4的梯度超声反应为：10-15kHz反应20-30min，18-20kHz反应30-45min，30kHz反应至结束，所述梯度超声的温度为60-70℃。
9.根据权利要求4所述的一种用于实心轮胎的复合橡胶的制备方法，其特征在于，步骤5中的减压蒸馏的温度为80-90℃，所述减压蒸馏的压力为大气压的50-60％，所述烘干温度为70-80℃。
10.根据权利要求9所述的一种用于实心轮胎的复合橡胶的制备方法，其特征在于，所述步骤5中减压蒸馏产生的聚乙二醇和无水乙醇回收分离利用。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180119 |
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