范文元，許煌汾，彭書傳(合肥工業(yè)大學(xué)，安徽合肥230009)
凹凸棒土橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑是一種以凹凸棒石粘土為主要原料生產(chǎn)的新型橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑。凹凸棒石粘土(簡稱凹土)是安徽省皖東地區(qū)豐富的礦產(chǎn)資源，是一種具有層鏈狀結(jié)構(gòu)的含水鎂鋁硅酸鹽礦物，淺白色，呈細(xì)長棒狀或纖維狀(長0.5-5μm，寬O.O5-0. l5μm)晶體結(jié)構(gòu)，具有較大的孔徑(截面積約為3.8Ax6.3A和比表面積(內(nèi)表面積為133m2/g，外表面積為230m2/g，總表面積為363襯奄)，見圖la礦物經(jīng)過粉碎、疏解、超細(xì)化后經(jīng)活化制成的吸附劑具有優(yōu)異的吸附作用。通過合成反應(yīng)，引人架橋接枝作用的有機(jī)偶聯(lián)劑，所生產(chǎn)的凹土橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑對(duì)天然與合成橡膠具有很好的補(bǔ)強(qiáng)性能。它在膠料中有良好的相容性、浸潤性、分散性。用凹土橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑填充的膠料硫化平坦性好，在橡膠制品行業(yè)中，經(jīng)有關(guān)廠家應(yīng)用，替代炭黑生產(chǎn)的膠管、膠帶、膠鞋等物理機(jī)械性能均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，也可用于生產(chǎn)淺色或彩色橡膠制品。在等量填充的情況下與其它無機(jī)填料相比，硫化膠的力學(xué)性能優(yōu)于陶土、輕鈣，略好于沉淀法白炭黑，與半補(bǔ)強(qiáng)炭黑相近。且凹土填料的混煉性好、吃粉快、不飛揚(yáng)、省工時(shí)，既降低成本又提高了性能，使企業(yè)獲得顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1主要原材料
(1)凹土原料粉:安徽明光凹凸棒石粉廠產(chǎn)品，凹土含量≥75 %(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，其化學(xué)成分見表1.
密度:真密度2.528/cm3，松裝密度0.435g/cm3，振實(shí)密度0.844g/cm3
顏色:淺白色;平均粒度:5μm;加熱減量:9.1%;灼燒減量:34.4%
鹽酸不溶物含量:0.385g電
(2)偶聯(lián)劑種類:南京曙光化工廠生產(chǎn)，欽酸醋偶聯(lián)劑(代號(hào)NDZ) ,聚甲基硅烷偶聯(lián)劑(代號(hào)KH) o1.2凹凸棒石粘土的表面改性
(1)熱處理
將凹土置于馬弗爐中，于不同溫度下活化處理2h，測(cè)得凹土失水率和比表面積。
由表2可知，隨著處理溫度的升高，凹土失水率增加，而比表面積開始隨著溫度升高而增大，到250℃左右達(dá)到最大值，以后隨著溫度的繼續(xù)上升反而降低，這可能是由于凹土脫水時(shí)通道塌陷造成的。故250℃溫度下焙燒2h的熱處理?xiàng)l件對(duì)脫除水分，增大比表面積較為有利。以后實(shí)驗(yàn)所用的凹土均指在此條件下熱處理后的活性凹土。
(2)表面改性
為了改善凹土與橡膠分子間的親合力，必須使凹土的表面有機(jī)化。采用干法改性處理。即先將熱處理后的凹土及偶聯(lián)劑(摻人量為凹土總量的1 %---2 %(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，配制成溶液)，加入高速混合機(jī)中攪拌，使其充分均勻包復(fù)。最后取出烘干，即得凹土填充補(bǔ)強(qiáng)劑。
1.3凹土表面改性效果的微觀表征
凹土填料的包復(fù)效果，采用日本日立公司S - 570型掃描電鏡(SEM)進(jìn)行測(cè)試，如下圖2,3,4,5所示。
2 凹土補(bǔ)強(qiáng)劑填充橡膠的工藝過程
2.1加工設(shè)備及測(cè)試儀器
高速混合機(jī) GH-10A 北京塑料機(jī)械廠
焙燒爐 SXZ一4一10 上海實(shí)驗(yàn)電爐廠
表面及孔徑測(cè)定儀 ST一03 北京分析儀器廠
流變儀 LH一1 美國孟山都公司
邵氏硬度計(jì) 美國孟山都公司
平板硫化機(jī) QLB400 X 400 X 2 美國孟山都公司
門尼粘度計(jì) MOONEY1500 美國孟山都公司
電子拉力計(jì) Tensometer 10美國孟山都公司
掃描電鏡 S - 570 日本日立公司
2.2基本配方
天然膠70份;丁苯膠30份;促進(jìn)劑DM1. 2份;硫磺2.2份;促進(jìn)劑TMTD0.04份;氧化鋅5.0份;硬脂酸2.0份;防老劑A1.0份，RDl .0份;通用炭黑(N630)25份;松焦油5.5份;凹土補(bǔ)強(qiáng)劑30份。
2.3工藝過程
各部門操作工藝條件分別為:
熱處理:( 250±5 )`C , 2h
塑煉:輥溫45 --- 55`C，棍距0.5-1mm，速比1:1 .227
混煉:前輥55-60`C，后輥50-55`C
3實(shí)驗(yàn)結(jié)果
3.1改性凹土對(duì)膠料性能的影晌
3.2不同填充體系的比較
3.3老化性能比較
填充膠經(jīng)100℃ x 24h熱老化，又在日光下放置1個(gè)月后，測(cè)定硫不掃佼的抗張積老化系數(shù)，如圖6所示。
4推廣應(yīng)用前景及效益預(yù)測(cè)
4.1推廣應(yīng)用前景
凹土補(bǔ)強(qiáng)劑對(duì)天然及合成橡膠有很好的補(bǔ)強(qiáng)性，它在膠料中具有良好的相容性、浸潤性和分散性，膠料硫化平坦性好，在橡膠制品行業(yè)中替代炭黑或白炭黑所生產(chǎn)的膠管、膠帶、膠鞋等理化性能均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn);見表5,6,7。也可用于生產(chǎn)淺色或彩色橡膠制品。
4.2效益預(yù)測(cè)
根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國每年橡膠工業(yè)需用普通炭黑30萬t，若用凹土橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑取代其中的3 %，每年就需要1萬t，凹土補(bǔ)強(qiáng)劑目前售價(jià)1 700元//t，則年產(chǎn)值為1 700萬元，可得利稅374萬元，其性能不僅能達(dá)到炭黑指標(biāo)，而且能降低成本(普通炭黑、白炭黑售價(jià)在4 000 -6 000元//t)，故有較強(qiáng)的市場(chǎng)競爭能力。因此開發(fā)利用安徽皖東地區(qū)這一豐富的凹土礦產(chǎn)資源，對(duì)促進(jìn)安徽省工業(yè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
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