CN108129695A - 一种绿色轮胎用功能性白炭黑的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种绿色轮胎用功能性白炭黑的制备方法，采用硅酸钠与硫酸进行反应，通过巯基硅烷偶联剂改性得到陈化浆料，再经压滤、洗涤、制浆、离心喷雾干燥后制得绿色轮胎用功能性白炭黑；在反应过程中匀速加入质量分数为22％‑25％的硫酸并搅拌，当硅酸钠溶液反应至pH值为4.5‑5.0后陈化；所述巯基硅烷偶联剂按陈化浆料体积的5‑10％加入。本发明制得的绿色轮胎用功能性白炭黑能使轮胎制品具有低滚动阻力、高的操控性能和耐磨性，使轮胎更加安全环保，节能耐用。
Description
技术领域
本发明涉及无机化工材料白炭黑的制备方法，具体涉及一种绿色轮胎用功能性白炭黑的制备方法。
背景技术
沉淀水合二氧化硅又称白炭黑，作为一种高活性的补强填充材料，因其特殊的表面结构和独特的物理化学特性，广泛应用于橡胶、油漆、饲料等诸多领域。白炭黑在橡胶领域中的用量达到总量的70％以上，功能性白炭黑主要运用于绿色轮胎，随着全球对绿色轮胎的需求量不断增加，此类白炭黑的需求量也随之增加。绿色轮胎用功能性白炭黑是一种经过化学表面改性的高附加值产品材料，它可以提高轮胎的操控性能，安全环保，节能耐用。在轮胎胶料中使用改性白炭黑代替传统的白炭黑时，可提高汽车的燃油效率和轮胎的牵引力，并使胎面耐磨性提高。
发明内容
本发明目的是提供一种绿色轮胎用功能性白炭黑的制备方法，解决传统白炭黑作为填充剂应用于轮胎中时存在分散性差、运用性能低的问题。
为实现以上目的，发明一种绿色轮胎用功能性白炭黑的制备方法，采用硅酸钠与硫酸进行反应，通过加入巯基硅烷偶联剂充分反应后得到陈化浆料，再经压滤、洗涤、制浆、离心喷雾干燥后制得绿色轮胎用功能性白炭黑；具体操作步骤如下：
(1)将硅酸钠溶液和硫酸进行反应：硅酸钠溶液浓度为0.08-0.15mol/L，在反应过程中匀速加入质量分数为22％-25％的硫酸并搅拌，反应温度为75-80℃，反应时间70-80min，搅拌频率为37～45Hz，当硅酸钠溶液反应至pH值为4.5-5.0后陈化10-15min制得陈化浆料；
(2)改性：将步骤(1)制得的陈化浆料按陈化浆料体积的5-10％加入巯基硅烷偶联剂进行反应，反应时间10-15min，继续陈化15-20min；
(3)将步骤(2)得到的陈化浆料进行压滤及洗涤：陈化后的稀浆料采用隔膜式压滤机进行固液分离，形成滤饼后用水洗涤至硫酸盐质量比含量≤1.5％；
(4)滤饼制浆：滤饼输送至制浆系统中，经高速剪切搅拌形成均匀的浆液，浆料质量比浓度18～25％；
(5)浆料干燥：浆料经离心喷雾干燥，干燥温度为450～580℃，干燥后可得绿色轮胎用功能性白炭黑。
上述绿色轮胎用功能性白炭黑的制备方法具有以下技术特点和有益效果：
一是通过控制反应过程的硫酸流率和反应时间使pH值达到要求，从而控制白炭黑颗粒大小及支链结构，使白炭黑的平均粒径分布集中，提高白炭黑补强效果的稳定性；二是反应中加入改性剂巯基硅烷偶联剂，利用改性剂与白炭黑表面硅羟基反应，消除或减少硅羟基的含量使白炭黑表面由亲水变为疏水，同时能有效解决白炭黑因表面羟基作用出现的团聚现象，提高白炭黑在胶料中的分散性和加工性能；三是巯基硅烷偶联剂还能与橡胶相结合，进一步增加白炭黑与橡胶的交联密度。绿色轮胎用功能性白炭黑的以上特性能使轮胎制品具有低滚动阻力，高的操控性能和耐磨性，使轮胎更加安全环保，节能耐用。此外，本发明原料易得，过程易控制，不需增加设备，在原有白炭黑生产装置上就可生产，产品用于绿色轮胎制品中，具有很好的经济和社会效益。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明一种绿色轮胎用功能性白炭黑的制备方法做进一步详细说明。
实施例1
本发明一种绿色轮胎用功能性白炭黑的制备方法的具体操作步骤如下：
1)、将硅酸钠溶液和硫酸进行反应；硅酸钠溶液浓度为0.10mol/L，在反应过程中匀速加入质量分数为23％的硫酸并搅拌，反应温度为76℃，反应时间70min，搅拌频率为38Hz，当硅酸钠溶液反应至pH值为4.6时陈化10min，制得陈化浆料；
2)、将步骤1)制得的陈化浆料加入浆料体积6％的巯基硅烷偶联剂进行反应，反应时间10min，陈化12min；
3)、将步骤2)得到的陈化浆料进压滤及洗涤：陈化后的稀浆料采用隔膜式压滤机进行固液分离，形成滤饼后用水洗涤至硫酸盐质量比含量1.2％；
4)、滤饼制浆；滤饼输送至制浆系统中，经高速剪切搅拌形成均匀的浆液，浆料质量比浓度19％；
5)、浆料干燥；浆料经下离心喷雾干燥，干燥温度为500℃，制得质量合格的绿色轮胎用功能性白炭黑。
实施例2
本发明一种绿色轮胎用功能性白炭黑的制备方法的具体操作步骤如下：
1)、将硅酸钠溶液和硫酸进行反应；硅酸钠溶液浓度为0.12mol/L,在反应过程中匀速加入质量分数为24％的硫酸并搅拌，反应温度为78℃，反应时间75min，搅拌频率为41Hz，当硅酸钠溶液反应至pH值为4.8时陈化12min，制得陈化浆料；
2)、将步骤1)制得的陈化浆料加入浆料体积8％的巯基硅烷偶联剂进行反应，反应时间12min，陈化15min；
3)、将步骤2)得到的陈化浆料进压滤及洗涤：陈化后的稀浆料采用隔膜式压滤机进行固液分离，形成滤饼后用水洗涤至硫酸盐质量比含量1.3％；
4)、滤饼制浆；滤饼输送至制浆系统中，经高速剪切搅拌形成均匀的浆液，浆料质量比浓度20％；
5)、浆料干燥；浆料经下离心喷雾干燥，干燥温度为510℃，制得质量合格的绿色轮胎用功能性白炭黑。
以上两个实例制得的白炭黑产品性能指标与我公司原有技术制备的绿色轮胎用高分散ZC-HD165白炭黑对比分析见表1：
表1 各产品综合化学指标对比
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | ZC-HD165 |
| BET，m2/g | 171 | 168 | 175 |
| CTAB，m2/g | 150 | 147 | 158 |
| 吸油值，cm3/g | 2.12 | 2.10 | 2.32 |
| pH(5％悬浮物) | 6.8 | 6.8 | 6.7 |
| 硫酸钠，％ | 1.5 | 1.3 | 1.4 |
| 加热减量，％ | 5.4 | 5.5 | 5.5 |
| 灼烧减量，％ | 10.2 | 10.8 | 4.4 |
注：同等配方条件下测试。从表1可以看出，两个实施例的大部分化学指标与ZC-HD165白炭黑相近，其中灼烧减量差异大，证明实施例中的巯基硅烷偶联剂与白炭黑相结合，在高温下挥发出。
两实施例与ZC-HD165高分散白炭黑进行静态性能和动态性能对比，测试结果见表2：
表2 产品性能指标对比
注：同等配方条件下测试。0℃tanδ表征抗湿滑性，0℃tanδ越高抗湿滑性越好；60℃tanδ表征滚动阻力，60℃的tanδ越低则滚动阻力越低。
从表2可见，两个实施例制得的绿色轮胎用功能性白炭黑的静态性能均明显优于ZC-HD165。从动态性能看，本发明制得的产品具有更低的滚动阻力；0℃下的tanδ值相近，表明功能性白炭黑与高分散白炭黑具有相似的抗湿滑能力；而阿克隆磨耗则本发明制得的产品优于高分散白炭黑。
从上述两个实施例可以看出，本发明的绿色轮胎用功能性白炭黑均提高了硫化胶的拉伸强度、撕裂强度和定伸应力。同时使胎面胶具有优越的动态性能，能使轮胎制品具有低滚动阻力，高的操控性能和耐磨性，使轮胎更加安全环保，节能耐用。
最后应说明的是：本发明并不限于上述实施例，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原理之内对上述实施例所记载的技术方案进行修改或者对其中部分技术特征进行等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种绿色轮胎用功能性白炭黑的制备方法，其特征是：采用硅酸钠与硫酸进行反应，通过加入巯基硅烷偶联剂充分反应后得到陈化浆料，再经压滤、洗涤、制浆、离心喷雾干燥后制得绿色轮胎用功能性白炭黑；具体操作步骤如下：
(1)将硅酸钠溶液和硫酸进行反应：硅酸钠溶液浓度为0.08-0.15mol/L，在反应过程中匀速加入质量分数为22％-25％的硫酸并搅拌，反应温度为75-80℃，反应时间70-80min，搅拌频率为37～45Hz，当硅酸钠溶液反应至pH值为4.5-5.0后陈化10-15min制得陈化浆料；
(2)改性：将步骤(1)制得的陈化浆料按陈化浆料体积的5-10％加入巯基硅烷偶联剂进行反应，反应时间10-15min，继续陈化15-20min；
(3)将步骤(2)得到的陈化浆料进行压滤及洗涤：陈化后的稀浆料采用隔膜式压滤机进行固液分离，形成滤饼后用水洗涤至硫酸盐质量比含量≤1.5％；
(4)滤饼制浆：滤饼输送至制浆系统中，经高速剪切搅拌形成均匀的浆液，浆料质量比浓度18～25％；
(5)浆料干燥：浆料经离心喷雾干燥，干燥温度为450～580℃，干燥后可得绿色轮胎用功能性白炭黑。
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