凹凸棒石粘土橡胶补强剂的应用研究

     随着人们物质生活水平的不断提高，对浅色橡胶制品的花色品种的需求量也在不断增加.但由于受炭黑、白炭黑这些高能耗产品价格猛涨等因素的影响，在橡胶工业制品中采用的原材料品种有变化的趋势，对无机浅色填料主要是天然无机填料的需求量迅速增大。由于对无机填料的需求急增，对新型填充材料的性能要求也随之有所扩大。

     凹凸棒石粘土(以下简称凹土)是一种具有层链状结构的含水富镁硅酸盐矿物。其晶体呈棒状或纤状，长0.5-0.15μm，宽0.05-0.15μm，层内贯穿孔道，表面凹凸相间布满沟槽，因而具有较大的比表面积。凹土的矿物学组成和微观形态特点均为其作为橡胶填充补强材料提供了可能性。

    美、日、西班牙等国都曾研究过凹土在橡胶中的应用。研究表明，通过偶联剂改性后的凹土对橡胶具有良好的补强作用。

    1凹土改性的机理

    1.1硅烷偶联剂的改性机理

     以KH-590为例，在橡胶填充体系中，偶联反应可表示如下:
 
    1.2钦酸醋偶联剂的改性机理

    以TTS为例，单烷氧基型钦酸醋偶联剂与凹土的作用机理为:
 
2实验部分

    2.1主要原料
    凹土:325目，安徽省嘉山县凹凸棒石粉厂，其化学成分如下:

    硬脂酸:上海化学试剂三广
    表面改性剂:南京曙光化工厂
    硅烷系偶联剂:KH-590 KH-550
    钦酸醋偶联剂:NDZ-101 NDZ-3llw
2.”凹土填料的改性

    对硬脂酸，用干法改性。操作条件为温度80~85℃，高速搅拌5-10min。
    对KH-590、KH-550、NDZ-101、NDZ-3llw型偶联剂均采用干法改性。

    2.3橡胶加工的基本配方

    本实验配方由安徽轮胎厂提供，天然胶70份，丁苯1500胶30份，促进剂DMI.2份，硫磺2.2份，促进剂TMTo.04份，氧化锌5.0份，硬脂酸2.0份，防老剂AI.0份，防老剂RDI.0份，通用炭黑(N630)25份，松焦油5.5份，填充剂30份。

 2.4凹土填充橡胶的工艺过程

    2.5加工设备及测试仪器

    高速混合机GH一10A:北京塑料机械厂
    焙烧炉SXZ一4一10:上海实验电炉厂
    硫变仪LH一1:美国孟山都公司
    邵氏硬度计:美国孟山都公司
    平板硫化机QLB400 X 400又2:美国孟山都公司
    门尼粘度计MOONEY1500:美国孟山都公司
    电子拉力计Tollsometer10:美国孟山都公司

3结果与讨论

    3.1改性剂种类对胶料性能的影响

      采用完全相同的配方和操作工艺，使用不同的表面改性剂.考察其对填充胶料的物理机械性能的影响。
    从表2可见.用上述5种改性剂均可不同程度地提高填充胶的力学性能.其中又以KH一590
硅烷偶联剂改性效果为最佳。

    3.2偶联剂用量对胶料性能的影响

     凹土填充量以30%计填充橡胶.用KH一590作为改性剂。其用量对胶料性能的影响经试验证明，硅烷偶联剂KH-590用量为凹土用量的1%~2%时.综合性能最佳。

    3.3凹土填充量对胶料性能的影响

     在KH-590用量一定的情况下(l%)，凹土用量对胶料的物性影响是:凹土填充量为30份时，其硫化胶的物性最佳，即补强性能最好。

    3.4凹土填充体系和其他体系的比较

    在相同配方和实验条件下，对等量的改性凹土、轻钙、陶土、白炭黑等填充胶料进行比较，结果如表3所示。

    由上表知，在填充量相同的情况下，经KH-590改性的凹土对橡胶有较好的填充效果。其补强性能优于陶土和轻钙，略好于白炭黑。

    3.5老化性能

    填充胶经100℃又2h热老化，又在日光下放置一个月后，测定硫化胶的抗强积老化系数，并在条件完全相同的情况下对几种不同的填充胶进行比较表明，凹土经KH一590改性处理后，对硫化胶耐老化性能无不良影响.且老化性4能优于陶土和轻钙。

    3.6凹土的填充工艺性能

    凹土的化学结构、吸附性能和硫化胶的力学性能都与白炭黑有相似之处，但与白炭黑相车比，凹土的混炼性较好，不飞扬.填料的混入速不度大大快于白炭黑。士
4推广应用前景及效益预测

4.1推广应用前景

     凹土橡胶补强剂是一种以凹土为主要原料生产的新型橡胶补强剂，通过SOot/a中试生产的凹土橡胶补强剂及其应用技术的研究，对天然及合成橡胶有很好的补强性能，在胶料中有良好的相溶性、浸润性和分散性，胶料硫化平坦性好，在橡胶制品行业中替代炭黑或白炭黑所生产的胶管、胶带、胶鞋等的物化性能均能达到国家标准，也可用于生产浅色或彩色橡胶制品，因此具有优化环境、降低成本等优点。

4.2效益预测

     根据不完全统计，我国每年橡胶工业需用普通炭黑30万吨，若用凹土橡胶补强剂取代其中的3%.每年就需要1万吨，凹土补强剂目前售价1700元/吨，则年产值为1700万元，可创利税374万元。其性能不仅能达到炭黑指标.而且能降低成本(普通炭黑、白炭黑售价在4000~6000元/吨)。有较强的市场竞争能力。