一种改性木质素改性的橡胶及其制备方法与流程

本发明涉及橡胶改性，尤其涉及一种改性木质素改性的橡胶及其制备方法。

背景技术：

1、木质素是自然界中储量仅次于纤维素的第二大天然高分子，是造纸工业和生物质精炼的主要副产物。其本身具有三维网状芳香族结构，理论上是一种具有潜力的橡胶生物基补强填料。将木质素应用于橡胶中，不仅能实现农林废弃物的高值化利用，降低橡胶制品的成本和碳足迹，还可能为胶料带来某些特殊性能（如抗紫外老化、提高阻尼性等）。

2、然而，天然木质素直接作为橡胶填料的应用面临诸多挑战，这严重限制了其大规模工业化应用：

3、极性与相容性问题：木质素分子结构中含有大量的酚羟基、醇羟基等极性基团，而天然橡胶等通用橡胶为非极性或弱极性烃类聚合物，两者相容性差，导致木质素在橡胶基体中分散不均，极易团聚，形成应力集中点。

4、界面结合力弱：由于相容性差，木质素颗粒与橡胶分子链之间缺乏有效的物理缠结和化学键合，界面结合力弱。这导致应力无法有效从橡胶相传递到填料相，不仅无法发挥补强作用，反而会损害橡胶的力学性能。

5、加工性能影响：木质素的团聚会提高胶料的门尼粘度，使混炼加工困难，能耗增加，同时可能导致硫化胶表面粗糙，影响成品质量。

6、为了克服上述缺陷，现有技术通常对木质素进行改性处理，以降低其极性，提高与橡胶的相容性和界面相互作用。常见的改性方法包括酚化、羟甲基化、硅烷偶联剂改性等。其中，现有技术公开了木质素酚化，引入的是芳香环，虽然能部分屏蔽木质素的羟基，但芳香环本身极性仍较强，对提升与非极性橡胶（如nr，sbr）相容性的效果不佳。还有技术公开了木质素羟甲基化，其引入的羟甲基是高极性基团，这可能加剧改性木质素自身的氢键作用，导致在橡胶中更容易团聚，分散性甚至比未改性木质素更差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种改性木质素改性的橡胶及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明技术方案之一，提供了一种改性橡胶，包括如下质量份数的组分：天然橡胶100份，改性木质素10~20份，炭黑35~45份，白炭黑5~15份，防老剂4~5份，硬脂酸0.5~2份，微晶蜡0.5~2份，氧化锌5~10份，硅烷偶联剂2~5份，抗硫化返原剂0.5~3份，促进剂1~1.5份和硫化剂2~3份。

4、可选地，所述改性木质素的粒径为200~500目，ph值为7~9，灰分含量≤5%。

5、可选地，所述改性木质素的制备方法，包括以下步骤：

6、（1）将木质素分散液和碱溶液混合，进行反应，得到碱性木质素溶液；

7、（2）将硅烷偶联剂、溶剂和碱溶液混合，进行水解反应，得到硅烷偶联剂水解液；

8、（3）将碱性木质素溶液和硅烷偶联剂水解液混合，进行接枝反应，得到硅烷偶联剂改性木质素；

9、步骤（1）和步骤（2）无先后顺序之分。

10、本发明技术方案之二，提供了上述的改性橡胶的制备方法，包括以下步骤：

11、（1）按质量份数，将天然橡胶塑炼至包辊后加入改性木质素、炭黑、白炭黑、硅烷偶联剂、硬脂酸、氧化锌、防老剂、微晶蜡和抗硫化返原剂混合均匀，进行混炼，得到混炼胶；

12、（2）按质量份数，将混炼胶、促进剂和硫化剂混合，迅速排胶并出片，得到改性橡胶。

13、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

14、（1）本发明的橡胶通过引入一定量的改进木质素，以及调整偶联剂、碱的用量，显著提高了木质素在橡胶中的分散性和相容性，使其有效替代部分炭黑，所得橡胶制品力学性能与橡胶引入纯炭黑相当，具有环保与经济价值。

15、（2）本发明的合成橡胶相比于同组分炭黑白炭黑合成橡胶，拉伸撕裂性能相近，伸长率得到提高；具体性能为邵a硬度：57，拉伸强度：21.8mpa，伸长率：476%，撕裂强度：69mpa。

16、（3）本发明的改性木质素在橡胶中的应用方法，分散性较好，易整合到现有生产流程，加工性能良好。

1.一种改性橡胶，其特征在于，包括如下质量份数的组分：天然橡胶100份，改性木质素10~20份，炭黑35~45份，白炭黑5~15份，防老剂4~5份，硬脂酸0.5~2份，微晶蜡0.5~2份，氧化锌5~10份，硅烷偶联剂2~5份，抗硫化返原剂0.5~3份，促进剂1~1.5份和硫化剂2~3份。

2.根据权利要求1所述的改性橡胶，其特征在于，所述改性木质素的粒径为200~500目，ph值为7~9，灰分含量≤5%。

3.根据权利要求1所述的改性橡胶，其特征在于，所述改性木质素的制备方法，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的改性橡胶，其特征在于，所述木质素分散液的质量分数为40~45%；步骤（1）中碱溶液的质量分数为5~7%；步骤（1）中碱溶液为氢氧化钠溶液；

5.根据权利要求3所述的改性橡胶，其特征在于，所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷；所述溶剂包括乙醇；步骤（2）中碱溶液为氢氧化钠溶液；所述氢氧化钠溶液的ph为9~11；步骤（2）中碱溶液和硅烷偶联剂的质量比为1:0.1~1；所述硅烷偶联剂和溶剂的质量比为1:3~5；

6.根据权利要求3所述的改性橡胶，其特征在于，步骤（3）中碱性木质素溶液和水解硅烷偶联剂的质量比为7.5~8:1；

7.根据权利要求1所述的改性橡胶，其特征在于，所述炭黑的比表面积为70~90m2/g，吸碘值为75~85g/kg；所述白炭黑为气相法白炭黑；所述白炭黑的比表面积为150~380m2/g。

8.根据权利要求1所述的改性橡胶，其特征在于，所述硅烷偶联剂为双-[3-(三乙氧基硅)-丙基]四硫化物；

9.权利要求1~8任一项所述的改性橡胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述塑炼的温度为50~80℃；步骤（1）中混炼是持续混炼达到120℃进行排胶，得到混炼胶；步骤（2）中混合的温度为50~80℃。