改性稻壳灰-硅橡胶复合材料及其制备方法

改性稻壳灰-硅橡胶复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明密封材料技术领域，具体涉及一种改性稻壳灰-硅橡胶复合材料及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 稻壳数量庞大（我国每年超过4000万t)，目前尚未找到合适的开发利用途径，在 许多地方成为农业废弃物，对环境产生巨大压力。因此，为稻壳寻求合适的出路已成为日益 迫切的课题。目前，稻壳的一种重要应用途径就是烧制稻壳灰，主要将其作为混凝土材料的 掺合料或制备二氧化硅等。
[0003] 橡胶制品在加工过程中须加入一定量的填料以提高橡胶制品的力学强度。常见 的填料有碳酸钙、白炭黑等补强填料。有研究表明：稻壳灰主要成分是二氧化硅，含量达到 55~93%左右，且由于稻壳灰价格低廉，来源广泛，将其用作橡胶制品补强填料，能达到废 弃物利用目的，具有极好的应用前景。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的在于提供一种改性稻壳灰-硅橡胶复合材料及其制备方法，该材料 利用改性稻壳灰制备，不仅可以达到废弃物充分利用目的，而且可以在室温硫化制备硅橡 胶密封材料，且制备得到的硅橡胶材料具有低模量、高伸长率和自流平性能，可广泛应用于 交通和建筑领域。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：
[0006] -种改性稻壳灰-硅橡胶复合材料，该复合材料由以下重量份的原料制成：107基 胶100份、交联剂1~15份B、扩链剂0. 1~IB份、改性稻壳灰10~40份、催化剂BO. 1~ 0. 5份、增塑剂10~60份和增粘剂1~5份。
[0007] 所述交联剂为甲基三丁酮肟基硅烷或乙烯基三丁酮肟基硅烷。
[0008] 所述扩链剂为甲基乙烯基酰胺基硅烷和/或二甲基羟胺基硅烷。
[0009] 所述催化剂为马来酸辛基锡和/或二丁基月桂酸锡和/。
[0010] 所述增塑剂为非反应性二甲基硅油和/或MDT型硅油。
[0011] 所述增粘剂为KH550、KH560、KH570、A-151中的一种或多种。
[0012] 所述改性稻壳灰通过以下方法制备得到：
[0013] 1)将稻壳在烧制前用酸洗预处理，预处理方法如下：将稻壳置于10%的HCl溶液 中，稻壳与预处理HCl溶液的质量比为1:10 ;超声震荡30min后连续搅拌2h ;经过滤、清洗 至PH值为中性、烘干，即得预处理稻壳。
[0014] 2)对预处理稻壳进行烧制，烧制方法为先低温后高温烧制，低温烧制温度为 550°C，烧制时间为2. 5h，高温烧制温度为850°C，烧制时间为0. 5h。
[0015] 3)将烧制所得稻壳灰粉碎研磨，采用250目筛网对稻壳灰进行分级处理，得到粒 径大小为50~IOOnm的纳米稻壳灰。所得纳米稻壳灰经过六甲基二硅氮烷表面处理，表面 处理方法如下：将稻壳灰与处理剂的乙醇溶液l〇〇°C下高速搅拌30min，稻壳灰与处理剂的 质量比为100 : (0. 5~3)，处理剂与乙醇体积比为1:9,然后晾干48h，即得改性稻壳灰。
[0016] 上述改性稻壳灰-硅橡胶密封胶材料的制备方法为：先将107基胶和改性稻壳灰 填料计量后投入行星搅拌机中，开动搅拌升温至KKTC，并于KKTC混炼0. 8~1. 2小时后 抽真空；冷却至60°C，按比例加入增塑剂、增粘剂助剂，继续抽真空混炼25~30分钟；出 料，得到组分A ;将交联剂、扩链剂和催化剂按比例混合均勾，得到组分B ;将A、B组分按照 I :0. 01~0. 05比例混合得到所述材料。
[0017] 优选地，A、B混合比例为I :0. 01~1 :0. 03。
[0018] 本发明与现有技术相比，具有以下主要的优点：
[0019] 1.稻壳灰中除了含有SiOjPC，还含有Ca0、K20、Mg0等杂质，通过对稻壳进行酸预 处理，然后对稻壳进行先低温后高温的两段温度烧制，制备得到的稻壳灰中不仅CaO、K 20、 MgO等杂质含量显著降低，减少这些杂质对橡胶性能影响，而且还能提高稻壳燃烧利用率， 有助于降低碳元素含量，提高稻壳灰中SiO 2纯度，从而提高室温硫化硅橡胶改性效果。
[0020] 2.稻壳灰主要成分为SiO2，这正好是橡胶制品常用的补强剂。本发明方法改性 得到的稻壳灰不仅免去了提取二氧化硅的步骤，而且改性稻壳灰具有相当数量的活泼官能 团，使稻壳灰与硅橡胶分子能够发生紧密吸附甚至交联作用。
[0021] 3.国内外报道稻壳灰在橡胶领域中应用，多为需要热挤出硫化橡胶（热硫化温度 一般为115-180°C，甚至更高），如天然橡胶、三元乙丙橡胶等，而稻壳灰在室温硫化硅橡胶 领域，未见报道。且在热硫化橡胶领域报道的多为稻壳灰与胶乳机械共混，稻壳灰易团聚， 分散不均匀，改善橡胶性能不佳。此外，在热挤出硫化阶段，还会因加热导致胶乳粘度变化， 导致稻壳灰容易发生粉体沉降而分层，严重影响改性效果。本发明改性的稻壳灰，将其用于 室温硫化硅橡胶，稻壳灰不仅能够均匀分散，且与基胶间存在物理、化学作用混合，有效提 高了室温硅橡胶的改性效果。
[0022] 4.本发明方法所制备的改性室温硫化娃橡I父具有低t旲量、尚伸长率性能：该性能 可使本密封胶材料能够很好地承受基材板块之间水平或垂直方向极大的位移，具有良好的 伸缩恢复能力；可施工性优异：在具有低模量高伸长率性能的同时，该密封胶材料具有良 好的自流平性，可施工性优异。
[0023] 5.便于储存：为双组份密封胶材料，储存稳定性优异，避免了单组份密封材料因 放置时间长久而失效的结果。
[0024] 6.在制备过程中，由于采用了具有协同作用的增塑剂非反应性的硅油和酰胺基扩 链剂，以及将硅烷偶联剂作为增粘剂，因此使制备的密封胶材料具有上述的性能，同时制备 方法简单，易于推广。
[0025] 总之，本发明提供的硅橡胶密封材料具有优异的耐候、耐老化性、良好的抗位移变 形能力，与基材粘结强度高、且具有自流平性，施工工艺简单，可广泛应用于交通和建筑领 域。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明。
[0027] 本发明实施例1~6中的稻壳灰经由以下方法步骤改性制备得到：
[0028] 1)将稻壳在烧制前用酸洗预处理，预处理方法如下：将稻壳置于10%的HCl溶液 中，稻壳与预处理HCl溶液的质量比为1:10 ;超声震荡30min后连续搅拌2h ;经过滤、清洗 至PH值为中性、烘干，即得预处理稻壳。
[0029] 2)对预处理稻壳进行烧制，烧制方法为先低温后高温烧制，低温烧制温度为 550°C，烧制时间为2. 5h，高温烧制温度为850°C，烧制时间为0. 5h。
[0030] 3)将烧制所得稻壳灰粉碎研磨，采用250目筛网对稻壳灰进行分级处理，得到粒 径大小为50~IOOnm的纳米稻壳灰。所得纳米稻壳灰经过六甲基二硅氮烷表面处理，表面 处理方法如下：将稻壳灰与处理剂的乙醇溶液l〇〇°C下高速搅拌30min，稻壳灰与处理剂的 质量比为100 :1. 5,处理剂与乙醇体积比为1:9,然后晾干48h，即得改性稻壳灰。
[0031] 实施例1 : 一种改性稻壳灰-娃橡胶复合材料
[0032] 按107基胶：交联剂：扩链剂：增粘剂：增塑剂：改性稻壳灰：催化剂以重量份为 1