CN103333378A

CN103333378A - 白炭黑分散剂及其制备方法

Info

Publication number: CN103333378A
Application number: CN2013101956516A
Authority: CN
Inventors: 傅秀成
Original assignee: QINGDAO FUKAI RUBBER PLASTIC NEW MATERIALS Co Ltd
Current assignee: QINGDAO FUKAI RUBBER PLASTIC NEW MATERIALS Co Ltd
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2033-05-23
Also published as: CN103333378B

Abstract

本发明公开了一种白炭黑分散剂，包括：质量百分含量为40-60%的C8-C22脂肪酸、质量百分含量为5-25%的防护蜡、质量百分含量为10-28.8%的脂肪酸酯、质量百分含量为6-10%的无机填料和质量百分含量为0.96-5%抗氧剂。本发明还公开了一种白炭黑分散剂的制备方法，可以制备使白炭黑分散效果好的白炭黑分散剂。通过本发明得到的白炭黑分散剂为环保高分散性的无锌白炭黑分散剂，在橡胶混炼中可以改善填料和橡胶化学品在胶料中的分散性，尤其适合于改善含高活性白炭黑的胶料分散性，避免再凝聚，提高轮胎表面抗湿滑性能，能够避免锌作为重金属对环境带来的污染。

Description

白炭黑分散剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及分散剂领域，具体地说，涉及一种白炭黑分散剂及其制备方法。

背景技术

在现代社会，节能减排观念已日渐深入人心，根据相关数据全球10%的二氧化碳（2.6×106吨）排放来自于汽车，相当于1.1×1012升燃油，全球汽车的平均燃油效率只有10.4升/100km。影响汽车能耗的主要因素有：负重、轮胎滚动阻力、驱动摩擦、刹车、引擎能耗及空气阻力等。其中轮胎的主要影响因素是轮胎滚动阻力，这种因素对汽车能耗有15%到30%的不同程度的影响，能耗的产生主要是由于轮胎胶料是黏弹体，在运动过程中易于变形从而增加滚动阻力。

众所周知，在轮胎胎面胶中使用白炭黑和偶联剂可以改善轮胎的性能，即滚动阻力、磨耗和牵引性能。但是这种胶料的加工也是十分的困难，白炭黑颗粒细，补强效果好，但结团倾向也很严重，分散效果差。究其原因，不仅仅是因为粒子细表面能大，容易产生自聚，还因为白炭黑的高补强性来源于大量存在于表面的活性基团（羟基），这些基团的表面活性大，倾向于彼此集聚，导致难以分散。这种现象不仅加大了炼胶作业的难度，而且白炭黑中的某些活性基团往往还会减弱胶料中偶联剂（例如Si69，主要用来加强白炭黑与橡胶的结合）的作用，从而影响所得胶料的性能，而克服此类问题的最佳对策是配合特定的白炭黑专用分散剂。

锌皂类加工助剂是分散剂中最古老的的品种，它们主要用于轮胎工业的弹性体，能改善胶料的加工性能，而且价格合理。近年来，由于对环境问题的担忧，对胶料中的锌含量的深入研究越来越多。因为锌是一种重金属，对水下生物有潜在毒性。轮胎在正常使用过程中，通过磨耗产生的废胶粉把大量的锌散布到环境中。因此轮胎行业的发展趋势是减小轮胎的锌含量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有白炭黑分散剂为含锌分散剂，对环境不友好，因此本发明提供了一种白炭黑分散剂，使白炭黑的分散效果好。

本发明的技术方案如下：

一种白炭黑分散剂，包括：质量百分含量为40-60%的C8-C22脂肪酸、质量百分含量为5-25%的防护蜡、质量百分含量为10-28.8%的脂肪酸酯、质量百分含量为6-10%的无机填料和质量百分含量为0.96-5%抗氧剂。

进一步：所述C8-C22脂肪酸选自羟基脂肪酸、牛羊油脂肪酸、猪油脂肪酸、大豆油脂肪酸、菜籽油脂肪酸、蓖麻油脂肪酸、花生油脂肪酸和棕榈油脂肪酸中的一种或多种。

进一步，所述羟基脂肪酸包括：顺式-12-羟基十八-烯-9-酸、12-羟基硬脂酸、单羟基十八酸、单羟基二十二酸和双羟基十八酸。

进一步：所述防护蜡选自石蜡和/或者聚乙烯蜡。

进一步：所述脂肪酸酯选自季戊四醇四硬脂酸酯、蜂蜡、棕榈蜡、单甘油硬脂酸酯、双甘油硬脂酸酯、三甘油硬脂酸酯中的一种或多种。

进一步：所述无机填料选自碳酸钙、硫酸钙和活化土中的一种或多种。

进一步：所述抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。

进一步，所述白炭黑分散剂为：质量百分含量为60%的12-羟基硬脂酸、质量百分含量为5%的58#蜡、质量百分含量为28%的季戊四醇四硬脂酸酯、质量百分含量为6%的碳酸钙以及质量百分含量为1%的2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚；或者，质量百分含量为52%的棕榈油脂肪酸和牛羊油脂肪酸的混合C8-C22脂肪酸、质量百分含量为25%的58#蜡、质量百分含量为10%的季戊四醇四硬脂酸酯、质量百分含量为8%的碳酸钙以及质量百分含量为5%的2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚；或者，质量百分含量为48.1%的棕榈油脂肪酸和豆油脂肪酸的混合C8-C22脂肪酸、质量百分含量为14.4%的58#蜡和聚乙烯蜡的混合防护蜡、质量百分含量为28.8%的棕榈蜡、质量百分含量为7.7%的碳酸钙和硫酸钙的混合无机填料以及质量百分含量为0.96%的2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚；或者，质量百分含量为40%的花生油脂肪酸和豆油脂肪酸的混合C8-C22脂肪酸、质量百分含量为22%的58#蜡和聚乙烯蜡的混合防护蜡、质量百分含量为25%的棕榈蜡、质量百分含量为10%的碳酸钙和活化土的混合无机填料以及质量百分含量为3%的2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。

本发明所要解决的另一技术问题是现有白炭黑分散剂的制备方法制备的白炭黑分散剂为含锌分散剂，对环境不友好，因此本发明提供了一种白炭黑分散剂的制备方法，可以制备使白炭黑的分散效果好的无锌白炭黑分散剂。

本发明的另一技术方案如下：

一种白炭黑分散剂的制备方法，包括：将C8-C22脂肪酸置于反应器中，在100-110℃下搅拌加热，然后加入防护蜡和脂肪酸酯，待物料完全融化后继续搅拌15分钟，加入无机填料和抗氧剂继续搅拌15分钟，冷却到室温放料得到所述白炭黑分散剂；所述白炭黑分散剂包括：质量百分含量为40-60%的C8-C22脂肪酸、质量百分含量为5-25%的防护蜡、质量百分含量为10-28.8%的脂肪酸酯、质量百分含量为6-10%的无机填料和质量百分含量为0.96-5%抗氧剂。

本发明的技术效果如下：

1、本发明的白炭黑分散剂为环保高分散性的无锌白炭黑分散剂，是一种对环境友好的分散剂，在制备过程中也没有使用含锌原料，制备工艺环保，并且可以达到与锌皂类分散剂相当的分散效果。

2、本发明的白炭黑分散剂在橡胶混炼中可以降低胶料混炼和加工时的粘度，使填充白炭黑的丁苯、顺丁橡胶并用的胎面胶易于加工。

3、本发明的白炭黑分散剂在橡胶混炼中可以改善填料和橡胶化学品在胶料中的分散性，尤其适合于改善含高活性白炭黑的胶料分散性，避免再凝聚，提高轮胎表面抗湿滑性能。

4、本发明的白炭黑分散剂在橡胶混炼中可以提高拉伸强度、磨耗和增强耐老化性能。

5、本发明的白炭黑分散剂在橡胶混炼中具有容易脱模和防止模具污染的作用。

6、本发明的白炭黑分散剂在橡胶混炼中可以防止橡胶制品回弹并具有防静电作用。

具体实施方式

实施例1白炭黑分散剂制备

300kg的12-羟基硬脂酸加入到反应釜中，搅拌加热至100-110℃，然后加入58#蜡25kg和季戊四醇四硬脂酸酯140kg。待物料完全融化后继续搅拌15分钟后，加入碳酸钙30kg和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚5kg继续搅拌15分钟。冷却到室温放料得到白炭黑分散剂。整个过程无废渣废水产生。

实施例2白炭黑分散剂制备

260kg混合C8-C22脂肪酸加入到反应釜中，其中，该混合C8-C2脂肪酸包括130kg棕榈油脂肪酸和130kg牛羊油脂肪酸，搅拌加热至100-110℃，然后加入58#蜡125kg和季戊四醇四硬脂酸酯50kg。待物料完全融化后继续搅拌15分钟后，加入碳酸钙40kg和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚25kg继续搅拌15分钟。冷却到室温放料得到白炭黑分散剂。整个过程无废渣废水产生。

实施例3白炭黑分散剂制备

250kg混合C8-C22脂肪酸加入到反应釜中，其中，该混合C8-C22脂肪酸包括150kg棕榈油脂肪酸和100kg豆油脂肪酸，搅拌加热至100-110℃，然后加入混合防护蜡75kg和棕榈蜡150kg，其中，混合防护蜡包括50kg58#蜡和25kg聚乙烯蜡。待物料完全融化后继续搅拌15分钟后，加入碳酸钙和硫酸钙的混合无机填料40kg和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚5kg继续搅拌15分钟，其中，混合无机填料包括35kg碳酸钙和5kg硫酸钙。冷却到室温放料得到白炭黑分散剂。整个过程无废渣废水产生。

实施例4白炭黑分散剂制备

200kg混合C8-C22脂肪酸加入到反应釜中，其中，该混合C8-C22脂肪酸包括80kg花生油脂肪酸和120kg豆油脂肪酸，搅拌加热至100-110℃，然后加入混合防护蜡110kg和棕榈蜡125kg，其中，混合防护蜡包括80kg58#蜡和30kg聚乙烯蜡。待物料完全融化后继续搅拌15分钟后，加入碳酸钙和活化土的混合无机填料50kg和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚15kg继续搅拌15分钟，其中，混合无机填料包括25kg碳酸钙和25kg活化土。冷却到室温放料得到白炭黑分散剂。整个过程无废渣废水产生。

实施例5白炭黑分散剂的性能测试

观察实施例1～4得到的白炭黑分散剂的外观，均为浅白色到棕色颗粒。

测定实施例1～4得到的白炭黑分散剂的熔点，为50-70℃。

测定实施例1～4得到的白炭黑分散剂的灰分，灰分的质量百分含量为5-8%。

实施例6白炭黑分散剂在橡胶混炼中的效果测试

采用实施例1得到的白炭黑分散剂（记为FNS-920）进行混炼。将白炭黑分散剂进行混炼，并在混炼初期与填料一同加入。白炭黑分散剂的加入量为0.5-3phr。

混炼的橡胶配方如表1所示。配方1选用本发明的白炭黑分散剂，配方2选用锌皂作为白炭黑分散剂，配方3没有使用分散剂。

表1混炼的橡胶配方

胶料混炼过程的工艺参数如表2所示。

表2胶料混炼过程的工艺参数

胶料混炼的结果如表3所示。由表3可以看出，采用本发明的白炭黑分散剂混炼的胶料的门尼粘度较小，胶料易混炼均匀。

表3胶料混炼的结果

	1	2	3
				加工助剂	FNS-920	锌皂	0
门尼粘度ML(1+4)100℃	32	37	41

胶料流动性的测试结果如表4所示。热空气老化前后胶料的物理性能的测试结果如表5所示。压缩永久形变和粘弹性能的测试结果如表6所示。综合表3-表6的测试结果得到，采用本发明的白炭黑分散剂进行混炼得到的胶料的综合性能最好。

表4胶料流动性的测试结果

表5热空气老化前后胶料的物理性能的测试结果

表6压缩永久形变和粘弹性能的测试结果

Claims

1.一种白炭黑分散剂，其特征在于，包括：质量百分含量为40-60%的C8-C22脂肪酸、质量百分含量为5-25%的防护蜡、质量百分含量为10-28.8%的脂肪酸酯、质量百分含量为6-10%的无机填料和质量百分含量为0.96-5%抗氧剂。

2.如权利要求1所述的白炭黑分散剂，其特征在于：所述C8-C22脂肪酸选自羟基脂肪酸、牛羊油脂肪酸、猪油脂肪酸、大豆油脂肪酸、菜籽油脂肪酸、蓖麻油脂肪酸、花生油脂肪酸和棕榈油脂肪酸中的一种或多种。

3.如权利要求2所述的白炭黑分散剂，其特征在于，所述羟基脂肪酸包括：顺式-12-羟基十八-烯-9-酸、12-羟基硬脂酸、单羟基十八酸、单羟基二十二酸和双羟基十八酸。

4.如权利要求1所述的白炭黑分散剂，其特征在于：所述防护蜡选自石蜡和/或者聚乙烯蜡。

5.如权利要求1所述的白炭黑分散剂，其特征在于：所述脂肪酸酯选自季戊四醇四硬脂酸酯、蜂蜡、棕榈蜡、单甘油硬脂酸酯、双甘油硬脂酸酯、三甘油硬脂酸酯中的一种或多种。

6.如权利要求1所述的白炭黑分散剂，其特征在于：所述无机填料选自碳酸钙、硫酸钙和活化土中的一种或多种。

7.如权利要求1所述的白炭黑分散剂，其特征在于：所述抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。

8.如权利要求1-7任一项所述的白炭黑分散剂，其特征在于，所述白炭黑分散剂为：

质量百分含量为60%的12-羟基硬脂酸、质量百分含量为5%的58#蜡、质量百分含量为28%的季戊四醇四硬脂酸酯、质量百分含量为6%的碳酸钙以及质量百分含量为1%的2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚；

或者，质量百分含量为52%的棕榈油脂肪酸和牛羊油脂肪酸的混合C8-C22脂肪酸、质量百分含量为25%的58#蜡、质量百分含量为10%的季戊四醇四硬脂酸酯、质量百分含量为8%的碳酸钙以及质量百分含量为5%的2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚；

或者，质量百分含量为48.1%的棕榈油脂肪酸和豆油脂肪酸的混合C8-C22脂肪酸、质量百分含量为14.4%的58#蜡和聚乙烯蜡的混合防护蜡、质量百分含量为28.8%的棕榈蜡、质量百分含量为7.7%的碳酸钙和硫酸钙的混合无机填料以及质量百分含量为0.96%的2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚；

或者，质量百分含量为40%的花生油脂肪酸和豆油脂肪酸的混合C8-C22脂肪酸、质量百分含量为22%的58#蜡和聚乙烯蜡的混合防护蜡、质量百分含量为25%的棕榈蜡、质量百分含量为10%的碳酸钙和活化土的混合无机填料以及质量百分含量为3%的2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。

9.一种白炭黑分散剂的制备方法，其特征在于，包括：

将C8-C22脂肪酸置于反应器中，在100-110℃下搅拌加热，然后加入防护蜡和脂肪酸酯，待物料完全融化后继续搅拌15分钟，加入无机填料和抗氧剂继续搅拌15分钟，冷却到室温放料得到所述白炭黑分散剂；所述白炭黑分散剂包括：质量百分含量为40-60%的C8-C22脂肪酸、质量百分含量为5-25%的防护蜡、质量百分含量为10-28.8%的脂肪酸酯、质量百分含量为6-10%的无机填料和质量百分含量为0.96-5%抗氧剂。