阅读说明：本技术 一种煤矸石填充的橡胶组合物及其制备方法 (Coal gangue filled rubber composition and preparation method thereof ) 是由 王亮 倪建明 张俊 于 2021-03-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种改性煤矸石填充的橡胶组合物及其制备方法,制备步骤如下：S1、煤矸石预处理；S2、煤矸石粉的浸泡与干燥；S3、煤矸石粉的硫化成型；单宁酸分子中含有大量的苯环和羟基活性官能团,吸附在煤矸石表面后,能与橡胶形成无机基体-单宁酸-无机基体的结合层,降低结合层厚度,有效提升煤矸石与橡胶之间的结合力,从而提高拉伸强度、撕裂强度和最大变形,其拉伸强度可提高25.3％,撕裂强度提高13.2％,最大变形提高14.5％；减少对炭黑、白炭黑和其他矿物质填料等橡胶增强剂的依赖,节约一级能源消耗。(The invention discloses a rubber composition filled with modified coal gangue and a preparation method thereof, wherein the preparation method comprises the following steps: s1, coal gangue pretreatment; s2, soaking and drying the coal gangue powder; s3, vulcanizing and forming the coal gangue powder; the tannin molecules contain a large number of benzene rings and hydroxyl active functional groups, and after the tannin molecules are adsorbed on the surface of the coal gangue, the tannin molecules and the rubber can form a bonding layer of an inorganic matrix-tannin-inorganic matrix, the thickness of the bonding layer is reduced, and the bonding force between the coal gangue and the rubber is effectively improved, so that the tensile strength, the tearing strength and the maximum deformation are improved, wherein the tensile strength can be improved by 25.3%, the tearing strength is improved by 13.2%, and the maximum deformation is improved by 14.5%; the dependence on rubber reinforcing agents such as carbon black, white carbon black and other mineral fillers is reduced, and the first-level energy consumption is saved.)

一种煤矸石填充的橡胶组合物及其制备方法

技术领域

本发明属于煤矿开采领域，更具体地说，本发明涉及一种改性煤矸石填充的橡胶组合物及其制备方法。

背景技术

高分子聚合物材料、金属材料和无机材料是当今世界三大基本材料，橡胶作为应用广泛的聚合物材料，由于其线形大分子链结构导致力学性能较差，通常需要使用补强剂以改善天然橡胶的耐磨性、强度、弹性和动态强度，炭黑、白炭黑、陶土、碳酸钙和硅酸盐等用作橡胶的填充补强剂，能提升橡胶制品的强度和使用寿命，改善橡胶的加工性能，赋予橡胶优良的使用性能。

煤矸石是煤矿在建井、开拓掘进、采煤和煤炭洗选过程中排出的含碳岩石及岩石，是煤矿建设、煤炭生产过程中所排放出的固体废弃物的总称，是我国排放量最大的固体废弃物之一，循环利用既能解决处置问题，又能降低材料成本并实现资源可持续利用，目前煤矸石可以生产水泥、作为混凝土集料、制做烧结砖、生产土壤肥料、作为低热值燃料，以及当作路基垫层、地下回填的充填材料等用途，经过超细研磨加工后的煤矸石部分替代炭黑在橡胶中使用，会降低橡胶的物理力学性能和抗老化性能，因为主要材料是无机矿粉煤矸石和有机高分子聚合物之间相容性较低所致，而提高二者之间相容性的主要办法，就是对煤矸石表面进行改性处理，增加煤矸石表面的羟基活性点，硅烷偶联剂经过水解反应与煤矸石牢固结合，形成与橡胶高分子发生共价反应的有机基团，这些有机基团提高了煤矸石粉末与橡胶基体的相容性，进而提高橡胶的力学性能，然而硅烷偶联剂保存条件严苛，并具有挥发性和毒性，不利于工业化应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供使用单宁酸改性煤矸石以提升煤矸石与橡胶间的相容性，既可以有效利用煤矸石废渣，节约资源，保护环境，又可以减少使用白炭黑等矿物质填料，降低生产成本。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种改性煤矸石填充的橡胶组合物及其制备方法，制备步骤如下：S1、煤矸石预处理；S2、煤矸石粉的浸泡与干燥；S3、煤矸石粉的硫化成型。

本发明公开的一种改性煤矸石填充的橡胶组合物及其制备方法，所述S1 中的煤矸石预处理包括：将破碎后的煤矸石原料使用球磨机进行粉磨，筛分后得到100目以下的煤矸石微粉，在105℃环境中鼓风干燥后取出备用。

本发明公开的一种改性煤矸石填充的橡胶组合物及其制备方法，所述S2 中的煤矸石粉的浸泡与干燥包括：将煤矸石粉浸入饱和氢氧化钙溶液中2小时，过滤烘干后浸入浓度为1％的单宁酸溶液中浸泡24小时，在80℃环境中鼓风干燥后得到改性后的煤矸石粉。

本发明公开的一种改性煤矸石填充的橡胶组合物及其制备方法，所述S3 中的煤矸石粉的硫化成型包括：取100份天然橡胶，依次加入1份硬脂酸、 1.5份促进剂DM，0.5份促进剂TT，3份氧化锌、1.5份防老剂、40份白炭黑与10-30份由S1-S2步骤制得所述煤矸石粉混合物、2.3份硫磺与所述天然橡胶混合，使用压延机压制混合均匀后，硫化成型。

本发明公开的一种改性煤矸石填充的橡胶组合物及其制备方法，所述压延机的辊筒温度为60-70℃。

本发明公开的一种改性煤矸石填充的橡胶组合物及其制备方法，所述天然橡胶可以为风胶、烟胶、胶清胶中的一种或多种混合使用。

本发明公开的一种改性煤矸石填充的橡胶组合物及其制备方法，所述单宁酸为纯度≥95％的分析纯试剂。

采用本发明技术方案：本发明与现有技术相比，其有益效果体现在：单宁酸(C76H52O46)是一种多酚化合物，价格较低、无毒无害。广泛存在于茶叶、咖啡、树叶、树皮和未成熟的水果中，是植物的主要成分之一，具有价格低廉、来源广泛、无毒无害等特点；单宁酸分子中含有大量的苯环和羟基活性官能团，吸附在煤矸石表面后，能与橡胶形成无机基体-单宁酸-无机基体的结合层，降低结合层厚度，有效提升煤矸石与橡胶之间的结合力，从而提高拉伸强度、撕裂强度和最大变形，其拉伸强度可提高25.3％，撕裂强度提高13.2％，最大变形提高14.5％；减少对炭黑、白炭黑和其他矿物质填料等橡胶增强剂的依赖，节约一级能源消耗；可以有效利用煤矸石废渣，扩大综合利用，增加利用率，降低固体废弃物的排放，进而避免占用土地对大气、土壤、水资源和植被造成污染，有利于可持续发展；单宁酸溶液不具腐蚀性和刺激性，有利于工业化应用，且废液无害，可直接排放。

以下将结合实施例，对本发明进行较为详细的说明。

具体实施方式

下面通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

实施例1

配方：天然橡胶100，硬脂酸1，促进剂DM 1.5，促进剂TT 0.5，氧化锌3、防老剂1.5、白炭黑40，硫磺2.3。

取100质量份天然橡胶和1质量份硬脂酸混合，使用压延机使硬脂酸与橡胶充分融合，再加入1.5质量份的促进剂DM，重复以上步骤，以此类推，直到将所有材料与橡胶充分融合均匀，最后硫化成型。

实施例2

配方：天然橡胶100，硬脂酸1，促进剂DM 1.5，促进剂TT 0.5，氧化锌3、防老剂1.5、白炭黑40，煤矸石微粉20，硫磺2.3。

取100质量份天然橡胶和1质量份硬脂酸混合，使用压延机使硬脂酸与橡胶充分融合，再加入1.5质量份的促进剂DM，重复以上步骤，以此类推，直到将所有材料与橡胶充分融合均匀，最后硫化成型。

实施例3

配方：天然橡胶100，硬脂酸1，促进剂DM 1.5，促进剂TT 0.5，氧化锌3、防老剂1.5、白炭黑40，改性煤矸石微粉10，硫磺2.3。

取100质量份天然橡胶和1质量份硬脂酸混合，使用压延机使硬脂酸与橡胶充分融合，再加入1.5质量份的促进剂DM，重复以上步骤，以此类推，直到将所有材料与橡胶充分融合均匀，最后硫化成型。

实施例4

配方：天然橡胶100，硬脂酸1，促进剂DM 1.5，促进剂TT 0.5，氧化锌3、防老剂1.5、白炭黑40，改性煤矸石微粉20，硫磺2.3。

取100质量份天然橡胶和1质量份硬脂酸混合，使用压延机使硬脂酸与橡胶充分融合，再加入1.5质量份的促进剂DM，重复以上步骤，以此类推，直到将所有材料与橡胶充分融合均匀，最后硫化成型。

实施例5

配方：天然橡胶100，硬脂酸1，促进剂DM 1.5，促进剂TT 0.5，氧化锌3、防老剂1.5、白炭黑40，改性煤矸石微粉30，硫磺2.3。

取100质量份天然橡胶和1质量份硬脂酸混合，使用压延机使硬脂酸与橡胶充分融合，再加入1.5质量份的促进剂DM，重复以上步骤，以此类推，直到将所有材料与橡胶充分融合均匀，最后硫化成型。

从下表可以看出采用单宁酸和氢氧化钙溶液的改性煤矸石有效提升煤矸石与橡胶之间的结合力，从而提高拉伸强度、撕裂强度和最大变形。

采用本发明技术方案：本发明与现有技术相比，其有益效果体现在：单宁酸(C76H52O46)是一种多酚化合物，价格较低、无毒无害。广泛存在于茶叶、咖啡、树叶、树皮和未成熟的水果中，是植物的主要成分之一，具有价格低廉、来源广泛、无毒无害等特点；单宁酸分子中含有大量的苯环和羟基活性官能团，吸附在煤矸石表面后，能与橡胶形成无机基体-单宁酸-无机基体的结合层，降低结合层厚度，有效提升煤矸石与橡胶之间的结合力，从而提高拉伸强度、撕裂强度和最大变形，其拉伸强度可提高25.3％，撕裂强度提高13.2％，最大变形提高14.5％；减少对炭黑、白炭黑和其他矿物质填料等橡胶增强剂的依赖，节约一级能源消耗；可以有效利用煤矸石废渣，扩大综合利用，增加利用率，降低固体废弃物的排放，进而避免占用土地对大气、土壤、水资源和植被造成污染，有利于可持续发展；单宁酸溶液不具腐蚀性和刺激性，有利于工业化应用，且废液无害，可直接排放。

上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。