CN105836749A

CN105836749A - 白炭黑改性方法和其应用

Info

Publication number: CN105836749A
Application number: CN201610198646.4A
Authority: CN
Inventors: 王志惠; 王生隆; 苏毅忠; 周成诗; 许兰兰
Original assignee: Shandong Rongnai Material Design Co Ltd
Current assignee: Shandong Rongnai Material Design Co Ltd
Priority date: 2016-04-01
Filing date: 2016-04-01
Publication date: 2016-08-10

Abstract

一种白炭黑改性方法和其应用，在镍系催化剂作用下使白炭黑颗粒表面进行碳纳米管包敷，得到白炭黑颗粒的表面为碳纳米管层的改性白炭黑，提高了在橡胶中分散性能，也提高了橡胶的硫化效率和补强性能,开辟了白炭黑在轮胎等橡胶行业应用新途径,能够有效降低轮胎滚动阻力、提高汽车能源利用率。

Description

白炭黑改性方法和其应用

一、技术领域

本发明涉及一种白炭黑改性方法和其应用，尤其是一种适应用于轮胎的白炭黑改性方法和其应用。

二、背景技术

白炭黑即二氧化硅，分子式为：SiO2•nH2O,由于白炭黑内部的聚硅氧和外表面存在的活性硅醇基及其吸附水，使其呈亲水性，在有机相中难以湿润和分散，因此白炭黑是一种重要的无机橡胶补强添加剂，在现有的普通白炭黑即未改姓，由于其表面存在羟基，其表面能较大，聚集体总是倾向于凝聚，因而其产品的应用性能受到影响，如在橡胶硫化体系中，不能很好的在橡胶中分散，从而降低了橡胶的硫化效率和补强性能。

三、发明内容

本发明的客体是一种白炭黑改性方法，

本发明的客体是一种用于改性方法得到的白炭黑的应用。

为了克服上述技术缺点，本发明的目的是提供一种白炭黑改性方法和其应用，因此提高了在橡胶中分散性能，也提高了橡胶的硫化效率和补强性能。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种白炭黑改性方法，其步骤是：使白炭黑与镍系催化剂反应，得到白炭黑颗粒的表面为碳纳米管层的改性白炭黑。

由于设计了白炭黑与镍系催化剂，在白炭黑颗粒表面形成碳纳米管层，不再只是用白炭黑，因此提高了在橡胶中分散性能，也提高了橡胶的硫化效率和补强性能。

本发明设计了，其步骤是：在白炭黑颗粒表面形成碳纳米管层的白炭黑与镍系催化剂的反应。

本发明设计了，其步骤是：

a、按照重量比例，白炭黑：镍系催化剂为1000：0.1-1，在白炭黑中加入镍系催化剂，通过搅拌的方式，把白炭黑中加入镍系催化剂均匀混合得到中间物；

b、将中间物放到反应釜中，注入99%氮气，保持反应釜的压力为1.8-2.2Kg/cm²、温度为1000-1400℃，反应120分钟得到改性白炭黑；

c、把改性白炭黑在自然环境中，自由释放48小时后，通过造粒得到成品改性白炭黑。

本发明设计了，其步骤是：

a、按照重量比例，白炭黑：镍系催化剂为1000：0.26，在白炭黑中加入镍系催化剂，通过搅拌的方式，把白炭黑中加入镍系催化剂均匀混合得到中间物；

b、将中间物放到反应釜中，注入99%氮气，保持反应釜的压力为2.1Kg/cm²、温度为1400℃，反应120分钟得到改性白炭黑；

一种用于改性方法得到的白炭黑的应用，在制作轮胎的橡胶原料中，按照重量比例10-100%，改性白炭黑替代炭黑。

在本技术方案中，镍基催化剂一般是指雷尼镍又译兰尼镍，是一种由带有多孔结构的镍铝合金的细小晶粒组成的固态异相催化剂，它最早由美国工程师莫里·雷尼在植物油的氢化过程中，作为催化剂而使用。其制备过程是把镍铝合金用浓氢氧化钠溶液处理，在这一过程中，大部分的铝会和氢氧化钠反应而溶解掉，留下了很干燥的活化后的雷尼镍.具有大小不一的微孔。这样雷尼镍表面上是细小的灰色粉末，但从微观角度上，粉末中的每个微小颗粒都是一个立体多孔结构，这种多孔结构使得它的表面积大大增加，极大的表面积带来的是很高的催化活性，这就使得雷尼镍作为一种异相催化剂被广泛用于有机合成和工业生产的氢化反应中。我们所说的骨架镍，原料是镍铝合金，用氢氧化钠处理该合金：

2Ni-Al+2NaOH+2H₂O=2Ni+2NaAlO₂+3H₂

雷尼镍主要用于不饱和化合物，如烯烃，炔烃，腈，二烯烃，芳香烃，含羰基的物质，乃至具有不饱和键的高分子的氢化反应。使用雷尼镍进行氢化有时甚至不需要特意加入氢气，仅凭活化后的雷尼镍中吸附的大量氢气即可完成反应。反应后得到的是顺位氢化产物。另外，雷尼镍也可以用于杂原子-杂原子键的还原。除了作为催化剂加氢，雷尼镍还将充当试剂参与有机含硫化合物如硫缩酮的脱硫生成烃类的反应。镍催化剂呈现出很高的加氢活性，由于其催化活性好，机械强度高，对毒物不敏感，导热性好等优点，不仅应用于各种不饱和烃的加氢，而且也是脱氢、氧化脱卤、脱硫等某些转化过程中的良好催化剂，使用于石油、化工、制药、油脂、香料、双氧水、合成纤维，特别是在山梨醇、木糖醇、麦芽糖醇等工业上得到了广泛应用。

本发明的技术效果在于：对于轮胎，轮胎是汽车最重要部件之一，汽车在行驶过程中由于动力传动、摩擦等原因会使轮胎产生较大滚动阻力，较大的轮胎滚动阻力也会消耗更多的汽车动力，为此，降低轮胎滚动阻力就成为了轮胎行业的课题，改性白炭黑由于解决了其在橡胶中的分散、导热等问题，可以使白炭黑在轮胎中的用量大幅度提高，按重量份数能够代替炭黑的百分比来计量，可以从普通白炭黑的≤10%到改性白炭黑的100%代替，相应轮胎滚动阻力系数可以降低3—3.5个单位，反映到汽车上可以使汽车的油耗或能耗降低4%--7%。

在本技术方案中，在白炭黑颗粒表面形成碳纳米管层为重要技术特征，在白炭黑改性方法和其应用的技术领域中，具有新颖性、创造性和实用性，在本技术方案中的术语都是可以用本技术领域中的专利文献进行解释和理解。

四、具体实施方式

根据审查指南，对本发明所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语应当理解为不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

一种白炭黑改性方法，下面结合实施例，对本发明进一步描述，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。第一个实施例，

其步骤是：

a、按照重量比例，白炭黑：催化剂（镍系催化剂）为1000：0.1，在白炭黑中加入催化剂（镍系催化剂），通过搅拌的方式，把白炭黑中加入催化剂（镍系催化剂）均匀混合得到中间物；

b、将中间物放到反应釜中，注入99%氮气，保持反应釜的压力为1.8Kg/cm²、温度为1000℃，反应120分钟得到改性白炭黑；

第二个实施例，

其步骤是：

a、按照重量比例，白炭黑：催化剂（镍系催化剂）为1000： 1，在白炭黑中加入催化剂（镍系催化剂），通过搅拌的方式，把白炭黑中加入催化剂（镍系催化剂）均匀混合得到中间物；

b、将中间物放到反应釜中，注入99%氮气，保持反应釜的压力为2.2Kg/cm²、温度为1400℃，反应120分钟得到改性白炭黑；

第三个实施例，

其步骤是：

a、按照重量比例，白炭黑：催化剂（镍系催化剂）为1000：0.1-1，在白炭黑中加入催化剂（镍系催化剂），通过搅拌的方式，把白炭黑中加入催化剂（镍系催化剂）均匀混合得到中间物；

第四个实施例，

其步骤是：

a、按照重量比例，白炭黑：催化剂（镍系催化剂）为1000：0.45，在白炭黑中加入催化剂（镍系催化剂），通过搅拌的方式，把白炭黑中加入催化剂（镍系催化剂）均匀混合得到中间物；

b、将中间物放到反应釜中，注入99%氮气，保持反应釜的压力为2.0Kg/cm²、温度为1200℃，反应120分钟得到改性白炭黑；

第五个实施例，

其步骤是：

a、按照重量比例，白炭黑：催化剂（镍系催化剂）为1000：0.26，在白炭黑中加入催化剂（镍系催化剂），通过搅拌的方式，把白炭黑中加入催化剂（镍系催化剂）均匀混合得到中间物；

经过第五个实施例得到的改性白炭黑，经过试验测定，在不同种类橡胶制品中能够提高对应橡胶制品强度提高9%，耐撕裂提高60%，且可以100%取代炭黑，能够有效降低轮胎滚动阻力40%，如在高性能轿车轮胎的使用中使轮胎滚动阻力系数为6.08，试验测定结果表明其效果最好，成本也最经济。

一种白炭黑改性方法的其它方式的实施例：

实施一：

2000g普通沉淀法白炭黑，加入2g纳米镍催化剂，均匀搅拌，加入2L反应釜，通入99%工业氮气，通入压力为2Kg/cm²并燃烧，120分钟，取出，停放48小时，造粒、包装。

实施二：

50Kg普通沉淀法白炭黑，加入50g纳米镍催化剂，均匀搅拌，加入2L反应釜，通入99%工业氮气，通入压力为2Kg/cm²并燃烧，120分钟，取出，停放48小时，造粒、包装。

实施三：

50Kg普通沉淀法白炭黑，加入10g纳米镍催化剂，均匀搅拌，加入2L反应釜，通入99%工业氮气，通入压力为2Kg/cm²并燃烧，120分钟，取出，停放48小时，造粒、包装。

一种用于改性方法得到的白炭黑的应用，

第一个实施例，在制作轮胎的橡胶原料中，按照重量比例10%，改性白炭黑替代炭黑。

第二个实施例，在制作轮胎的橡胶原料中，按照重量比例100%，改性白炭黑替代炭黑。

第三个实施例，在制作轮胎的橡胶原料中，按照重量比例50%，改性白炭黑替代炭黑。

本发明得到的改性白炭黑，在轮胎等橡胶制品中具有良好的分散性、相容性，经过试验测定，在不同种类橡胶制品中能够提高对应橡胶制品强度提高5%以上，耐撕裂提高30%以上，且可以100%取代炭黑，能够有效降低轮胎滚动阻力10%--40%，如在高性能轿车轮胎的使用中使轮胎滚动阻力系数从8.8降低到6.08。

本发明具有下特点：

1、由于设计了白炭黑与镍系催化剂，在白炭黑颗粒表面形成碳纳米管层，不再只是用白炭黑，因此提高了在橡胶中分散性能，也提高了橡胶的硫化效率和补强性能。

2、由于设计了白炭黑与镍系催化剂，改良了轮胎的性能。

3、由于设计了镍系催化剂，简化了碳纳米管层的化学工艺，同时形成的碳纳米管层的效果最好。

4、由于设计了对结构形状进行了数值范围的限定，使数值范围为本发明的技术方案中的技术特征，不是通过公式计算或通过有限次试验得出的技术特征，试验表明该数值范围的技术特征取得了很好的技术效果。

5、由于设计了本发明的技术特征，在技术特征的单独和相互之间的集合的作用，通过试验表明，本发明的各项性能指标为现有的各项性能指标的至少为1.7倍，通过评估具有很好的市场价值。

还有其它的与在白炭黑颗粒表面形成碳纳米管层的相同或相近似的技术特征都是本发明的实施例之一，并且以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为满足专利法、专利实施细则和审查指南的要求，不再对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合的实施例都进行描述。

上述实施例只是本发明所提供的白炭黑改性方法和其应用的一种实现形式，根据本发明所提供的方案的其他变形，增加或者减少其中的成份或步骤，或者将本发明用于其他的与本发明接近的技术领域，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种白炭黑改性方法，其特征是：其步骤是：使白炭黑与镍系催化剂反应，得到白炭黑颗粒的表面为碳纳米管层的改性白炭黑。

2.根据权利要求1所述的白炭黑改性方法，其特征是：其步骤是：在白炭黑颗粒表面形成碳纳米管层的白炭黑与镍系催化剂的反应。

3.根据权利要求1所述的白炭黑改性方法，其特征是：其步骤是：

4.根据权利要求3所述的白炭黑改性方法，其特征是：其步骤是：

5.一种用于改性方法得到的白炭黑的应用，其特征是：在制作轮胎的橡胶原料中，按照重量比例10-100%，改性白炭黑替代炭黑。