CN107973935A - 一种改性白炭黑及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种改性白炭黑及其制备方法，涉及一种炭黑及其制备方法；该方法包括在具备升温功能的反应器中，加入白炭黑、升温至50～150℃下，快速搅拌，0.25～8小时内加入硅烷偶联剂接枝于白炭黑表面，得到一次改性白炭黑。然后在该温度下，快速搅拌，0.25～8小时内加入环氧基银杏酚，使硅烷偶联剂的氨基与环氧基进行反应，引入长碳链的烷基，并且银杏酚结构中还有两个双键，使本发明的制备方法所制得的改性白炭黑的与有机聚合物相容性好，混入橡胶中还能与橡胶相互交联，增加橡胶的强度。

Description

一种改性白炭黑及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种改性白炭黑及其制备方法，特别是涉及一种改性白炭黑及其制备方法。
背景技术
白炭黑是粉末状水合无定型二氧化硅或硅酸的俗称。按生产方法通常分为沉淀法白炭黑和气相法白炭黑。无论是沉淀法还是气相法白炭黑，构成颗粒的最基本单元都是二氧化硅原生粒子 (primary particle)。原生粒子外形为球形，表面能极大，粒径一般在 10纳米-10微米 左右，( 按生产工艺不同而定 )。
白炭黑，特别是沉淀法白炭黑，主要用于橡胶补强，尤其是轮胎胎面胶的补强。多年的实践和研究表明，如果能提高白炭黑在橡胶中的初始分散和最终分散，则可以带来轮胎滚动阻力的降低、抗湿滑性以及耐磨性的提高，制备出高性能绿色轮胎。然而，白炭黑在轮
胎应用中遇到的最主要的问题是 ：目前的市售产品很难在橡胶中均匀分散至颗粒径较小的聚集体。一方面，因为在传统的橡胶混炼设备中，分散白炭黑聚集体的机械剪切力，由于混合体系的粘度因生热而下降，使得剪切力不能有效地传递到聚集体上 ；另一方面，白炭黑的极性表面和非极性橡胶分子之间的极低的相互作用力，使得被机械力分散的白炭黑聚集体倾向于再次往一起团聚，形成大聚集体。这两点都导致难以制造出白炭黑在橡胶中均匀分散的复合体。
针对白炭黑应用存在的问题，可行的办法是，对白炭黑进行适当的表面改性，使其与橡胶之间的相互作用增加，自团聚力降低。目前学术界和工业界都选择对白炭黑表面进行硅烷偶联剂改性。CN 101555363 公开了一种偶联剂改性白炭黑产品及工艺 ：将白炭黑120℃真空干燥去除水分后，将偶联剂用乙醇稀释后喷淋于白炭黑上，然后在低速捏合机中搅拌混合完成偶联剂表面改性。CN 101798473 公开了一种类似改性工艺，用乙醇、丙醇或水稀释的偶联剂喷雾于白炭黑，适当温度下使偶联剂与白炭黑表面羟基发生缩合反应 ；CN102220036 提出一种制备硅烷偶联剂改性白炭黑产品及方法，它将偶联剂溶于醇类有机溶剂中，调节溶液的 pH 值，配制成偶联剂的溶胶溶液，然后将超声或剪切分散后的白炭黑与该溶胶混合反应，控制反应条件得到改性白炭黑。CN101942233A 公开的方法解决了无机纳米粒子分散不彻底或分散后二次团聚的问题，获得的 PET 纳米复合浆料的分散性能好、性质稳定。
综上所述，以上现有技术中均涉及到对白炭黑进行表面改性的问题，所述白炭黑表面改性是依赖于硅烷偶联剂与白炭黑表面的缩合反应将偶联剂键接到白炭黑表面，都是一次改性白炭黑，还没有二次改性白炭黑的报导；其共同存在的问题是在改性的白炭黑中没有引入长碳链的有机物来增加与橡胶的相容性，并且也没有引入能与橡胶交联的C=C来提高橡胶的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性白炭黑及其制备方法，本发明经过试验摸索，寻找到了新的合成工艺路线和优化的实验条件，制得的改性白炭黑的与有机聚合物相容性好，混入橡胶中还能与橡胶相互交联，增加橡胶的强度。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种改性白炭黑，所述含硅烷偶联剂与白炭黑的质量比例为 1 ～ 20 ：100；
二次改性所用的原料为环氧基银杏酚，其结构通式如下：
含硫硅烷偶联剂用通式YSiX3表示；式中，Y为非水解基团，包括链烷基，以及末端带有NH2、SH、等能与环氧加成的官能团的烃基， X为可水解基团，包括OMe, OEt, OC2H4OCH3,OSiMe3, 及OAc。
一种改性白炭黑的制备方法，所述方法包括以下制备过程：
在具备升温功能的反应器中，加入白炭黑、升温至50 ～150℃下，快速搅拌，0.25～8小时内加入硅烷偶联剂接枝于白炭黑表面，得到一次改性白炭黑。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
本发明单体的合成反应式如下：
其步骤如下：
在具备升温功能的反应器中，加入白炭黑、升温至50 ～150℃下，快速搅拌，0.25～8小时内,将硅烷偶联剂溶解于无水乙醇中,喷淋于白炭黑表面，升温至200℃继续反应1小时,得到一次改性白炭黑。然后在50 ～150℃下，快速搅拌，0.25～8小时内加入环氧基银杏酚，加完环氧基银杏酚后升温至200℃继续反应1小时，使硅烷偶联剂的氨基与环氧基进行反应，引入长碳链的烷基，得到二次改性白炭黑。
实施例1
在具备升温功能的反应器中，加入气相法白炭黑（卡博特公司生产）100克、升温至150℃，搅拌8小时,将5.5克硅烷偶联剂KH550(NH2CH2CH2CH2Si(OC2H5)3) 溶解于无水乙醇中,喷淋于白炭黑表面，升温至200℃继续反应1小时,得到一次改性白炭黑。甲醇值为35.
实施例2
在具备升温功能的反应器中，加入沉淀法白炭黑100克、升温至150℃，搅拌8小时,将5.0克硅烷偶联剂KH550(NH2CH2CH2CH2Si(OC2H5)3) 溶解于无水乙醇中,喷淋于白炭黑表面，升温至200℃继续反应1小时,得到一次改性白炭黑。甲醇值为32.
实施例3
在具备升温功能的反应器中，加入气相法白炭黑（卡博特公司生产）100克、升温至150℃，搅拌8小时,将6.5克硅烷偶联剂KH602) 溶解于无水乙醇中,喷淋于白炭黑表面，升温至200℃继续反应1小时,得到一次改性白炭黑。甲醇值为34.
实施例4
在具备升温功能的反应器中，加入沉淀法白炭黑100克、升温至150℃，搅拌8小时,将5.7克硅烷偶联剂KH602) 溶解于无水乙醇中,喷淋于白炭黑表面，升温至200℃继续反应1小时,得到一次改性白炭黑。甲醇值为30.
实施例5
取上述得到的一次改性白炭黑100克。然后在120℃下，快速搅拌，0.25～8小时内加入环氧基银杏酚7.5克，加完环氧基银杏酚后升温至180℃继续反应1小时，使硅烷偶联剂的氨基与环氧基进行反应，引入长碳链的烃基（含双键可交联），得到二次改性白炭黑。甲醇值为58.
说明：甲醇值是衡量白炭黑改性效果的重要指标，甲醇值越高改性效果越好，即改性白炭黑在有机聚合物中相容性好和分散性好。

Claims (2)

1.一种改性白炭黑，其特征在于， 所述含硅烷偶联剂与白炭黑的质量比例为 1 ～ 20：100；
二次改性所用的原料为环氧基银杏酚，其结构通式如下：
；含硫硅烷偶联剂用通式YSiX3表示；式中，Y为非水解基团，包括链烷基，以及末端带有NH2、SH、等能与环氧加成的官能团的烃基， X为可水解基团，包括OMe, OEt, OC2H4OCH3, OSiMe3, 及OAc。
2.一种改性白炭黑的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下制备过程：
在具备升温功能的反应器中，加入白炭黑、升温至50 ～150℃下，快速搅拌，0.25～8小时内加入硅烷偶联剂接枝于白炭黑表面，得到一次改性白炭黑。
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