CN105860589B - 一种原位功能化改性白炭黑的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种原位功能化改性白炭黑的制备方法，涉及一种炭黑的制备方法，本发明是一种用羟基羧酸酯改性白炭黑的新方法，利用羟基羧酸酯对白炭黑进行功能化改性，生产易分散优质白炭黑，本发明的内容是利用水玻璃溶液和去离子水配制一定质量分数的水玻璃溶液、配制一定质量分数的有机酸，并加入氯化钠作为稳定剂，恒定温下搅拌均匀，在恒温搅拌的同时，滴加有机酸，调节pH为7时，加入羟基羧酸酯和催化剂，继续反应一定时间；最后将沉淀物过滤、洗涤、干燥、粉碎即得白炭黑。本发明的优点是：原料廉价易得，工艺简单，生产出的白炭黑粒径小，分散性好，整体性能优于传统沉淀法白炭黑，单位产品能耗及生产成本低等优点。

Description

一种原位功能化改性白炭黑的制备方法

技术领域

本发明涉及一种炭黑的制备方法，特别是涉及一种原位功能化改性白炭黑的制备方法。

背景技术

白炭黑是一种白色无定形结构的微细粉末，其密度、分散性、化学性质、耐热性、可燃性及电绝缘等性能优越等优点，白炭黑应用广泛，主要应用于橡胶、制药、造纸、油墨、塑料及涂料等领域。

近年来,由于沉淀法白炭黑生产成本增大,白炭黑市场竞争十分激烈。为了降低生产成本, 在市场中占据优势地位,国内企业一直在寻求理想硅源以生产白炭黑。目前,制备白炭黑的原料已从传统的硅烷和水玻璃扩展到无机非金属矿,并进一步发展到工业废弃物和生物原料，无机非金属矿制备白炭黑是一项新技术，我国非金属矿资源非常丰富, 但在开发利用过程中有许多非晶态白炭黑并未得到很好的利用。充分利用无机非金属矿、工业废渣和生物资源,不仅可以降低白炭黑的生产成本, 而且能提高资源利用率和经济。

由于欧盟标签法的限定，我国乃至世界轮胎行业需要大量优质白炭黑用以降低轮胎的滚动阻力，进而实现节油和降低排放的目标，但目前白炭黑添加橡胶中需要较多的偶联剂，增加成本，而且导致橡胶耐磨性降低的弊端，为此需要进一步对白炭黑进行改性，提高与橡胶结合的紧密度。

常见的白炭黑矿物质硅源主要有：硅灰石、煤矸石、蛋白石、硬质高岭土、高岭土、埃洛石、硅藻土、膨润土、蛇纹石、石英砂、粉煤灰、黄磷矿、海泡石等。把这些矿石经过粉碎后，采用酸浸或碱浸，再经过调节 pH，过滤，干燥等步骤，即可制得符合标准的白炭黑。大量实验表明，该法生产的白炭黑一方面成本低，比沉淀法的成本还低，但是产品的质量较差，本发明是在非金属矿物的制备白炭黑的基础上，进一步对白炭黑进行功能化改性，控制羟基羧酸酯的用量，达到对白炭黑改性的目的，以降低二氧化硅表面的能态，提高其在聚合物中的分散性和相容性，使其有更广泛的用途。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原位功能化改性白炭黑的制备方法，该方法以羟基羧酸酯对白炭黑进行功能化改性，提高了白炭黑粒度及其分散性，提高产品与橡胶的结合能力，降低动态生热，进而获得高性能的橡胶复合材料。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种原位功能化改性白炭黑的制备方法，所述方法包括以下过程：

首先，利用无机矿石制备水玻璃并除杂再稀释浓度，如，水玻璃溶液稀释或浓缩至质量浓度为25%-35%，添加稳定剂，稳定剂的质量浓度为1%-6%；然后在有机酸酸化处理的反应温度为70℃-85℃下均匀缓慢滴加有机酸进行酸化处理，直至PH为7时停止滴加；加入功能改性剂和催化剂，加入改性剂反应2h-5h，陈化，将沉淀物经过滤、洗涤、干燥、粉碎即得产品。

所述的一种原位功能化改性白炭黑的制备方法，所述有机酸选自甲酸，乙酸，丙酸，乙二酸，丙二酸的一种或多种。

所述的一种原位功能化改性白炭黑的制备方法，所述有机酸的质量浓度为10%-20%。

所述的一种原位功能化改性白炭黑的制备方法，所述功能改性剂羟基羧酸酯选自单硬脂酸甘油酯，柠檬酸甘油酯，单乙酸甘油酯，油酸甘油酯的一种或多种。

所述的一种原位功能化改性白炭黑的制备方法，所述羟基羧酸酯的质量浓度为1%-10%。

所述的一种原位功能化改性白炭黑的制备方法，所述催化剂对甲苯磺酸的质量浓度为0.1%-0.8%。

本发明的优点与效果是：

本发明原料来源广泛，价格低廉，提高了无机矿物生产白炭黑的质量，可提高高分子复合材料强度、降低动态生热，并且工艺简单，设备要求低，容易实现工业化生产。

附图说明

图1改性白炭黑与未改性白炭黑橡胶复合材料拉伸强度比较图；

图2改性白炭黑与未改性白炭黑橡胶复合材料断裂伸长率比较图；

图3改性白炭黑与未改性白炭黑橡胶复合材料耐磨性比较图；

图4改性白炭黑与未改性白炭黑橡胶复合材料动态升温比较图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

本发明的实施过程：将无机矿物沸石粉末与烧碱混合，制得水玻璃溶液，对水玻璃溶液进行净化除杂，稀释并加入稳定剂，利用丙酸调节pH，然后加入羟基羧酸酯和催化剂，继续反应一定时间；最后将沉淀物过滤、洗涤、干燥、粉碎即得白炭黑。具体生产方法包括以下步骤：

（1）利用无机矿石制备水玻璃并除杂再稀释到合适浓度，添加稳定剂，然后均匀缓慢滴加有机酸进行酸化处理，直至PH为7时停止滴加。

（2）加入羟基羧酸酯和催化剂，对白炭黑进行功能化改性，陈化。

（3）将沉淀物经过滤、洗涤、干燥、粉碎即得产品。

实施例1

取100g的沸石粉末置于三口瓶。配制质量浓度为3.5mol/L的NaOH溶液，按摩尔比SiO2:NaOH=1:2与粉末进行混合，在120℃的温度下并不断搅拌反应2.5h，制得硅酸钠溶液,加入50ml的无水乙醇，利用水玻璃溶液和去离子水配制一定质量浓度为35%的水玻璃溶液并加入2%的稳定剂，在70℃恒定温下搅拌均匀，配制质量浓度为15%的丙酸，在恒温搅拌的同时，以恒定滴定速度缓慢滴加酸，至PH值为7时停止滴加，然后加入质量浓度6%羟基羧酸酯和0.4%催化剂，继续反应3h，陈化，然后进行抽滤、用无水乙醇洗涤5次，并在80℃的件下干燥24h，即得产品白炭黑。经检测，制得白炭黑分散性较好，样品拥有白炭黑的特征峰，粒度较小。

实施例2

将NR与白炭黑和其它橡胶助剂在开炼机上进行混炼，配方如表1，停放6-8个小时后，在150℃下用橡胶硫化仪测定混炼胶硫化曲线和硫化时间，室温下停放混炼胶24小时后，在150℃下用平板硫化仪进行平板硫化，制备试样，对其进行拉伸性能和动态性能测试。

经检测，制得白炭黑在橡胶中分散性较好，拉伸强度，拉断伸长率比普通沉淀法白炭黑都有很大程度的提高，并且滚动阻力也相应的减小。

表1 炼胶配方

组分	含量（份）
		天然橡胶	100
硬脂酸	2
		氧化锌	4
防老剂4010NA	2
		炭黑	15
偶联剂KH-570	1
		改性与未改性白炭黑	0~50
硫黄	2.5
		NOBS	1.5
TMTD	0.3

Claims (3)

1.一种原位功能化改性白炭黑的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下过程：

首先，利用无机矿石制备水玻璃并除杂再稀释浓度，水玻璃溶液稀释或浓缩至质量浓度为25%-35%，添加稳定剂，稳定剂的质量浓度为1%-6%；

然后在有机酸酸化处理的反应温度为70℃-85℃下均匀缓慢滴加有机酸进行酸化处理，直至p H为7时停止滴加；加入功能改性剂和催化剂，加入改性剂反应2h-5h，陈化，将沉淀物经过滤、洗涤、干燥、粉碎即得产品；

所述的功能改性剂为羟基羧酸酯，羟基羧酸酯选自单硬脂酸甘油酯，柠檬酸甘油酯，单乙酸甘油酯，油酸甘油酯的一种或多种；

所述羟基羧酸酯的质量浓度为1%-10%；

所述催化剂为对甲苯磺酸，对甲苯磺酸的质量浓度为0.1%-0.8%。

2.根据权利要求1所述的一种原位功能化改性白炭黑的制备方法，其特征在于，所述有机酸选自甲酸，乙酸，丙酸，乙二酸，丙二酸的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种原位功能化改性白炭黑的制备方法，其特征在于，所述有机酸的质量浓度为10%-20%。