CN103725048A - 一种用于子午胎面胶的硬质炭黑的湿法改性制备方法 - Google Patents

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陈占勋
陈文新
吴明生
王宏
董著才
武勇
陈忠斌
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Abstract

本发明公开了一种硬质炭黑采用界面活化剂改性组分在湿法造粒工艺条件下制备生产改性炭黑的方法。本技术的特点是：改性组分形成水乳状，绿色环保且与炭黑连续生产同步进行，方便操控和产业化实施运行；改性过程与在线生产同时进行，可以达到原位（in-situ）改性初生态炭黑的初衷目标和理想效果。改性炭黑容易在混炼胶中分散，且使炭黑在基质胶中团粒结构尺寸大幅度下降，即炭黑的分散度提高，分布均化度改善，因此其硫化胶的性能得到改进，尤其是胎面胶的耐磨性有较明显提高。本发明的改性炭黑是炭黑生产领域的开拓性进展，也提升了子午轮胎的使用耐久性。

Description

一种用于子午胎面胶的硬质炭黑的湿法改性制备方法
技术领域
本发明涉及一种硬质炭黑在线生产中的改性技术，尤其涉及一种用于子午胎面胶的硬质炭黑的湿法改性制备方法。
背景技术
美国阿克隆大学的研究者探索并发现炭黑补强橡胶已有近百年的历史，作为橡胶制品的补强剂或者填料的炭黑一直使用至今，人们虽然一直未间断研究开发它，旨在进一步改善炭黑的补强作用，特别是改善轮胎胎面胶的耐磨性能，但仍未有较大进展。
值得一提的是王梦皎博士发明了双相炭黑（CSDPF），即炭黑与白炭黑在反应炉内生成核壳结构作填料，是填料制备领域的标志性进展。另外，莱茵化学有限公司（Rhein Chemie Co.）生产的莱茵散系列橡胶加工改性助剂，可以提高炭黑在混炼胶中的分散性，也得到市场的广泛应用；青岛昂记橡塑科技有限公司生产的“模得丽”、“胶易素”橡胶加工助剂，可以降低混炼胶的门尼粘度，提高密炼操作的加工性能，也得到橡胶制品用户的认可。
国内的发明专利报导了全钢子午胎的橡胶改质剂的制备，它是将改质剂作为胎面混炼胶组分在炼制混炼胶时加入，可以理解为“干法改性工艺”，可以有助于炭黑团聚体的颗粒度变小，但因非炭黑生产“在线”改性，其改性作用仅起到“治标”，尚不能达到“治本”的效果。
从文献和市场信息看，虽然有多种橡胶加工助剂，也旨在提高填料的加工性和分散性，但皆未从根本上解决炭黑的聚集和团聚难题。本发明的前期探索研究结果发现：生产硬质炭黑的原生态粒径分布在几十纳米范围，是名符其实的纳米材料，因其很强的表面能致使其团聚，在混炼胶中已呈现出几个微米和十几微米的团聚体分布，严重地影响它与基质胶的结合与分散，当然也影响它对橡胶的补强作用。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种用于子午胎面胶的硬质炭黑的湿法造粒改性制备方法，它使得炭黑的分散度提高，分布均化度改善，也提升了子午轮胎的使用耐久性。
本发明是这样来实现的，一种用于子午胎面胶的硬质炭黑的湿法改性制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：（1） 改性体系的乳化：乳化釜设夹层热水温控: 65℃—85℃，搅拌电机为无级变速型，搅浆结构需使乳液产生稳流，釜内乳液产生上下左右交叉流动；改性组分的非离子的水乳浓度为5％—15％；（2）计量与雾喷：采用泵送，改性乳液流量通过流量计、变送器及调节阀实现自动控制，并与炭黑流量相匹配，可使改性体系组分占炭黑质量的0.5％—2.0％间进行调节，改性体系与在线生产炭黑雾喷式混合；（3）改性炭黑的湿法造粒：改性体系的乳液雾喷于造粒机中；炭黑与改性乳液、粘合剂和水混合，通过机械作用使炭黑成粒状；（4）干燥与脱水：载有改性组分的含水炭黑颗粒按生产线上的脱水、干燥工艺进行；脱水与干燥过程中干燥机烟气温度变化范围：200℃—1100℃；造粒与脱水过程中时间范围：40min—50min。所述的改性组分为亲油/亲水、非离子、多官能团的界面活性剂。所述的改性体系包括硼酸脂、铝酸酯、鈦酸酯、硅烷、磷酸酯及其复配体，它采用水乳化，其中含助乳化体系。所述的改性体系使用了种类包含超细无机粒子和晶须的载体。
本发明的技术效果是：本发明优化选择出一种多功能界面活化体系，使它以乳液形态雾喷到在线生产的硬质炭黑上，在炭黑初生态粒子未能进一步团聚之前进行包覆和活化改性，然后进行湿法造粒。改性后的炭黑在混炼胶中的分散得到明显的改善，胎面硫化胶的耐磨性也有较大幅度提高。
具体实施方式
实施例一、
一种用于子午胎面胶的硬质炭黑的湿法改性制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
（1） 改性体系的乳化：乳化釜设夹层热水温控: 65℃，搅拌电机为无级变速型，搅浆结构需使乳液产生稳流，釜内乳液产生上下左右交叉流动；改性组分的非离子的水乳浓度为5％；
（2）计量与雾喷：采用泵送，改性乳液流量通过流量计、变送器及调节阀实现自动控制，并与炭黑流量相匹配，使改性体系组分占炭黑质量的0.5％，改性体系与在线生产炭黑雾喷式混合；
（3）改性炭黑的湿法造粒：改性体系的乳液雾喷于造粒机中；炭黑与改性乳液、粘合剂和水混合，通过机械作用使炭黑成粒状；
（4）干燥与脱水：载有改性组分的含水炭黑颗粒按生产线上的脱水、干燥工艺进行；脱水与干燥过程中干燥机烟气温度变化范围：200℃；造粒与脱水过程中时间范围：40min。
所述的改性组分为亲油/亲水、非离子、多官能团的界面活性剂。所述的改性体系包括硼酸脂、铝酸酯和鈦酸酯，它采用水乳化，其中含助乳化体系。所述的改性体系使用了种类为晶须的载体。
实施例二、
一种用于子午胎面胶的硬质炭黑的湿法改性制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
（1） 改性体系的乳化：乳化釜设夹层热水温控: 85℃，搅拌电机为无级变速型，搅浆结构需使乳液产生稳流，釜内乳液产生上下左右交叉流动；改性组分的非离子的水乳浓度为15％；
（2）计量与雾喷：采用泵送，改性乳液流量通过流量计、变送器及调节阀实现自动控制，并与炭黑流量相匹配，可使改性体系组分占炭黑质量的2.0％，改性体系与在线生产炭黑雾喷式混合；
（3）改性炭黑的湿法造粒：改性体系的乳液雾喷于造粒机中；炭黑与改性乳液、粘合剂和水混合，通过机械作用使炭黑成粒状；
（4）干燥与脱水：载有改性组分的含水炭黑颗粒按生产线上的脱水、干燥工艺进行；脱水与干燥过程中干燥机烟气温度变化范围：1100℃；造粒与脱水过程中时间范围：50min。
所述的改性组分为亲油/亲水、非离子、多官能团的界面活性剂。所述的改性体系包括硼酸脂、磷酸酯及其复配体，它采用水乳化，其中含助乳化体系。所述的改性体系使用了种类为晶须的载体。
实施例三、
一种用于子午胎面胶的硬质炭黑的湿法改性制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
（1） 改性体系的乳化：乳化釜设夹层热水温控: 75℃，搅拌电机为无级变速型，搅浆结构需使乳液产生稳流，釜内乳液产生上下左右交叉流动；改性组分的非离子的水乳浓度为10％；
（2）计量与雾喷：采用泵送，改性乳液流量通过流量计、变送器及调节阀实现自动控制，并与炭黑流量相匹配，可使改性体系组分占炭黑质量的1.5％，改性体系与在线生产炭黑雾喷式混合；
（3）改性炭黑的湿法造粒：改性体系的乳液雾喷于造粒机中；炭黑与改性乳液、粘合剂和水混合，通过机械作用使炭黑成粒状；
（4）干燥与脱水：载有改性组分的含水炭黑颗粒按生产线上的脱水、干燥工艺进行；脱水与干燥过程中干燥机烟气温度变化范围：800℃；造粒与脱水过程中时间范围：45min。
所述的改性组分为亲油/亲水、非离子、多官能团的界面活性剂。所述的改性体系包括鈦酸酯、硅烷、磷酸酯及其复配体，它采用水乳化，其中含助乳化体系。所述的改性体系使用了种类为超细无机粒子的载体。

Claims (4)

1.一种用于子午胎面胶的硬质炭黑的湿法改性制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
（1） 改性体系的乳化：乳化釜设夹层热水温控: 65℃—85℃，搅拌电机为无级变速型，搅浆结构需使乳液产生稳流，釜内乳液产生上下左右交叉流动；改性组分的非离子的水乳浓度为5％—15％；
（2）计量与雾喷：采用泵送，改性乳液流量通过流量计、变送器及调节阀实现自动控制，并与炭黑流量相匹配，可使改性体系组分占炭黑质量的0.5％—2.0％间进行调节，改性体系与在线生产炭黑雾喷式混合；
（3）改性炭黑的湿法造粒：改性体系的乳液雾喷于造粒机中；炭黑与改性乳液、粘合剂和水混合，通过机械作用使炭黑成粒状；
（4）干燥与脱水：载有改性组分的含水炭黑颗粒按生产线上的脱水、干燥工艺进行；脱水与干燥过程中干燥机烟气温度变化范围：200℃—1100℃；造粒与脱水过程中时间范围：40min—50min。
2.如权利要求1所述的一种用于子午胎面胶的硬质炭黑的湿法改性制备方法，其特征在于，所述的改性组分为亲油/亲水、非离子、多官能团的界面活性剂，其中一种界面活性剂结构通式如下：
Figure 570919DEST_PATH_IMAGE002
R1: 为羟甲基
R2：为C18脂肪醇基
R3：为乙醇胺
N1：为有机官能团
N2：为有机官能团
M： 为中心原子。
3.如权利要求1所述的一种用于子午胎面胶的硬质炭黑的湿法造粒改性制备方法，其特征在于，所述的改性体系包括硼酸脂、铝酸酯、鈦酸酯、硅烷、磷酸酯及其复配体，它采用水乳化，其中含助乳化体系。
4.如权利要求1或3所述的一种用于子午胎面胶的硬质炭黑的湿法改性制备方法，其特征在于，所述的改性体系使用了种类包含超细无机粒子和晶须的载体。
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