阅读说明：本技术 一种纳米二氧化钛包覆改性废旧橡胶粉的制备方法 (Preparation method of nano titanium dioxide coated modified waste rubber powder ) 是由 舒兴旺 原国华 张瑞斌 吕船 刘涛 王俊 陶斌 姜京伟 朱江 蔡丽娜 林浩 李 于 2021-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了属于高分子材料改性技术领域的一种纳米二氧化钛包覆改性废旧橡胶粉的制备方法。该方法包括以下步骤：(1)废旧橡胶粉表面清水处理；(2)废旧橡胶粉表面酸性溶液处理；(3)废旧橡胶粉表面偶联剂处理；(4)废旧橡胶粉表面纳米二氧化钛包覆处理；(5)改性废旧橡胶粉团聚体破碎处理。其中纳米二氧化钛采用溶胶-凝胶法制备；将废旧橡胶粉掺入纳米二氧化钛溶胶-凝胶体系中,纳米二氧化钛在废旧橡胶粉表面沉积,形成有机废旧橡胶粉为核、无机纳米二氧化钛为壳的复合结构,该复合结构兼顾两种材料的优点,且通过材料复合,显著提升废旧橡胶粉的综合力学性能以及与胶结料(如环氧树脂、水泥浆体等)的界面相容性和界面粘接强度。(The invention discloses a preparation method of nano titanium dioxide coated modified waste rubber powder, belonging to the technical field of modification of high polymer materials. The method comprises the following steps: (1) treating the surface of the waste rubber powder with clear water; (2) treating the surface of the waste rubber powder with an acid solution; (3) treating the surface of the waste rubber powder with a coupling agent; (4) coating the surface of the waste rubber powder with nano titanium dioxide; (5) and (3) crushing modified waste rubber powder aggregates. Wherein the nano titanium dioxide is prepared by a sol-gel method; the waste rubber powder is doped into a nano titanium dioxide sol-gel system, and the nano titanium dioxide is deposited on the surface of the waste rubber powder to form a composite structure with organic waste rubber powder as a core and inorganic nano titanium dioxide as a shell.)

一种纳米二氧化钛包覆改性废旧橡胶粉的制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料改性技术领域，具体涉及一种纳米二氧化钛包覆改性废旧橡胶粉的制备方法。

背景技术

伴随着全球汽车工业的快速发展，废旧轮胎数量越来越大，废旧轮胎在自然环境中上百年也难以分解，严重影响环境的安全和美化。如何高效合理利用废旧轮胎已成为世界各国亟待解决的一个重要课题。

将废旧轮胎破碎成橡胶粉掺入混凝土中制备橡胶混凝土并用于公路路面工程，是一种非常有前景的处置方式。现有水泥混凝土路面脆性大，抗冲击能力弱，在内部应力(温度应力和湿度应力)作用下也容易产生裂缝，废旧橡胶掺入水泥混凝土中可形成吸收应变能的结构变形中心，显著改善混凝土的脆性和抗冲击性，减少内部应力造成的各种病害。

但橡胶的掺入会导致混凝土压缩和弯曲强度大幅度下降，主要原因为：橡胶材料为有机材料，亲水性差；水泥浆体为无机材料，亲水性强，两者的物理化学性质差异大，相容性差，界面粘接力弱，导致混凝土强度明显降低，阻碍了橡胶混凝土在路面工程中的大规模应用。

目前,众多科研工作者主要采用NaOH溶液、NaCl溶液、清水、CCl₄溶液、聚合物乳液及聚丙烯酰胺、聚乙烯醇缩醛、硅烷偶联剂等对橡胶粉表面进行改性处理，以改善橡胶粉与水泥浆体的界面相容性和界面粘接强度，拟提高橡胶混凝土的强度,但采用上述处理方法时,随橡胶掺量的增加,混凝土弯曲强度下降仍较为明显。

发明内容

鉴于上述改性方法不理想，本发明提供了一种纳米二氧化钛包覆改性废旧橡胶粉的方法，可有效改善废旧橡胶粉与胶结料的相容性，显著提高两者之间的界面粘接强度。

本发明所述的一种纳米二氧化钛包覆改性废旧橡胶粉的制备方法包括以下步骤：(1)废旧橡胶粉表面清水处理；(2)废旧橡胶粉表面酸性溶液处理；(3)废旧橡胶粉表面偶联剂处理；(4)废旧橡胶粉表面纳米二氧化钛包覆处理；(5)改性废旧橡胶粉团聚体破碎处理。

所述废旧橡胶粉为100-200目的超细橡胶粉。

所述步骤(1)的具体操作为：将废旧橡胶粉在清水中浸泡且不断搅拌下处理20分钟以上，过滤后晾干。

所述步骤(2)的具体操作为：将废旧橡胶粉在质量浓度为5-8％的HCl溶液中浸泡6-12小时后，清水冲洗，晾干。

所述步骤(3)的具体操作为：将废旧橡胶粉与质量浓度为1-2％的钛酸酯偶联剂NDZ-201的乙醇溶液拌和均匀，使废旧橡胶粉表面全部被润湿，拌和10-30分钟后晾干。

所述钛酸酯偶联剂NDZ-201的乙醇溶液掺量为废旧橡胶粉质量的2-5倍。

所述步骤(4)的具体操作为：将步骤(3)中偶联剂处理后的废旧橡胶粉加入纳米二氧化钛溶胶-凝胶体系中，加热至70-100℃反应1-4h，最后100℃保温1-4h，废旧橡胶粉表面沉积形成纳米二氧化钛。

所述纳米二氧化钛溶胶-凝胶体系由体积比为1.7：4：1：4.25的钛酸丁酯、无水乙醇、95％乙醇溶液和冰醋酸配制而成。

所述纳米二氧化钛溶胶-凝胶体系的配制步骤为：1)按配比将钛酸丁酯和无水乙醇混合均匀，作为A液；2)按配比将冰醋酸和95％乙醇溶液混合均匀，作为B液；3)20-25℃条件下，在B液搅拌过程中，将A液缓慢滴加到B液中；4)滴加完成后密封，继续搅拌反应6-8h；5)静置，陈化4天。

所述步骤(5)的具体操作为：采用行星式球磨机机械破碎，转速2000-3000转/分钟，研磨时间1-3分钟。

本发明具有如下优点：

(1)多级处理工艺，改性废旧橡胶粉力学性能更高、耐久性更好。本发明中废旧橡胶粉表面先经清水处理，除去表面的浮尘和污染物；后经酸性溶液处理，除去表面的油污和松散结构；接着经钛酸酯偶联剂处理，改变表面极性状态，提高界面相容性；最后经纳米二氧化钛包覆处理，形成以废旧橡胶粉为核，纳米二氧化钛为壳的复合结构，显著提升废旧橡胶粉的力学性能和耐久性。

(2)表面极性化处理，改性废旧橡胶粉与胶结料界面相容性和界面粘接强度显著提升。本发明中废旧橡胶粉表面通过原位聚合形成无机纳米二氧化钛包覆结构，表面由无极性或弱极性的有机基团变为强极性的羟基和无机钛结构，将表面由非极性或弱极性转变为强极性，显著提升废旧橡胶粉与胶结料(如环氧树脂、水泥胶浆等)的界面相容性和界面粘接强度。

(3)形成有机-无机核壳复合结构，改性废旧橡胶粉综合性能明显提升。本发明制备的是一种以有机废旧橡胶粉为核、无机纳米二氧化钛为壳的复合结构，该复合结构兼顾两种材料的优点，且通过材料复合，可产生新的优良性能，明显提高废旧橡胶粉综合性能。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容并不局限于下面的实施例。

实施例1：

(1)将100目的超细废旧橡胶粉在清水中浸泡且不断搅拌下处理30分钟，过滤后晾干。

(2)将步骤(1)清洗后的废旧橡胶粉加入质量浓度5％的HCl溶液中浸泡8小时，再用清水冲洗2次，晾干。

(3)将钛酸酯偶联剂NDZ-201配成质量浓度为2％的乙醇溶液，然后与步骤(2)处理后的废旧橡胶粉拌和均匀，钛酸酯偶联剂NDZ-201的乙醇溶液掺量为废旧橡胶粉质量的2.5倍，拌和时间10分钟，然后晾干。

(4)将步骤(3)中偶联剂处理后的废旧橡胶粉加入纳米二氧化钛溶胶-凝胶体系中，加热至80℃反应2h，最后100℃保温2h，废旧橡胶粉表面沉积形成纳米二氧化钛。

(5)将步骤(4)得到的改性废旧橡胶粉团聚体用行星式球磨机机械破碎，转速2000转/分钟，研磨时间3分钟。

实施例2：

(1)将200目的超细废旧橡胶粉在清水中浸泡且不断搅拌下处理30分钟，过滤后晾干。

(2)将步骤(1)清洗后的废旧橡胶粉加入质量浓度5％的HCl溶液中浸泡8小时，再用清水冲洗3次，晾干。

(3)将钛酸酯偶联剂NDZ-201配成质量浓度为2％的乙醇溶液，然后与步骤(2)处理后的废旧橡胶粉拌和均匀，钛酸酯偶联剂NDZ-201的乙醇溶液掺量为废旧橡胶粉质量的3倍，拌和时间15分钟，然后晾干。

(4)将步骤(3)中偶联剂处理后的废旧橡胶粉加入纳米二氧化钛溶胶-凝胶体系中，加热至80℃反应2h，最后100℃保温2h，废旧橡胶粉表面沉积形成纳米二氧化钛。

(5)将步骤(4)得到的改性废旧橡胶粉团聚体用行星式球磨机机械破碎，转速3000转/分钟，研磨时间1分钟。

实施例3：

(1)将150目的超细废旧橡胶粉在清水中浸泡且不断搅拌下处理25分钟，过滤后晾干。

(2)将步骤(1)清洗后的废旧橡胶粉加入质量浓度5％的HCl溶液中浸泡8小时，再用清水冲洗3次，晾干。

(3)将钛酸酯偶联剂NDZ-201配成质量浓度为2％的乙醇溶液，然后与步骤(2)处理后的废旧橡胶粉拌和均匀，钛酸酯偶联剂NDZ-201的乙醇溶液掺量为废旧橡胶粉质量的4倍，拌和时间20分钟，然后晾干。

(4)将步骤(3)中偶联剂处理后的废旧橡胶粉加入纳米二氧化钛溶胶-凝胶体系中，加热至80℃反应2h，最后100℃保温2h，废旧橡胶粉表面沉积形成纳米二氧化钛。

(5)将步骤(4)得到的改性废旧橡胶粉团聚体用行星式球磨机机械破碎，转速2500转/分钟，研磨时间2分钟。

上述实施例1-3中，所述纳米二氧化钛溶胶-凝胶体系由体积比为1.7：4：1：4.25的钛酸丁酯、无水乙醇、95％乙醇溶液和冰醋酸配制而成。具体配制步骤为：1)按配比将钛酸丁酯和无水乙醇混合均匀，作为A液；2)按配比将冰醋酸和95％乙醇溶液混合均匀，作为B液；3)25℃条件下，在B液搅拌过程中，将A液缓慢滴加到B液中；4)滴加完成后密封，继续搅拌反应8h；5)静置，陈化4天。