CN111777875A - 一种降低轮胎滚动阻力的白炭黑 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低轮胎滚动阻力的白炭黑。该白炭黑为2‑氨基乙基硫酸氢酯改性的白炭黑。与现有白炭黑相比，本发明可提高白炭黑与橡胶的相溶性，而且表面引入的氨基可促进橡胶的硫化，从而显著降低橡胶的滚动阻力。

Description

一种降低轮胎滚动阻力的白炭黑
技术领域
本发明属于白炭黑领域，具体涉及一种降低轮胎滚动阻力的白炭黑。
背景技术
因轮胎滚动阻力造成的燃油消耗约占整个燃油消耗量的20％左右，降低轮胎的滚动阻力对于提高轮胎的燃油效率、减少温室气体排放是非常有利的，滚动阻力每下降10％，可使燃油消耗减少1-2％。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低轮胎滚动阻力的白炭黑。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种降低轮胎滚动阻力的白炭黑，该白炭黑为2-氨基乙基硫酸氢酯改性的白炭黑。
优选地，所述白炭黑的BET比表面积为50～500m2/g。
更优选地，所述白炭黑的BET比表面积为150～300m2/g。
原位制备上述2-氨基乙基硫酸氢酯改性的白炭黑的方法，包括以下步骤：
(1)将酸液加入硅酸钠溶液中，至体系的pH值呈酸性，反应一定时间；
(2)向步骤(1)的体系中加入硅酸钠溶液，至体系的pH值呈碱性后，加入2-氨基乙基硫酸氢酯，反应一定时间，得到2-氨基乙基硫酸氢酯改性的白炭黑。
优选地，所述酸液为硫酸或盐酸。
更优选地，所述硫酸的浓度为10～30wt％，所述盐酸的浓度为10～20wt％。
优选地，所述硅酸钠的模数为2～3.5，硅酸钠溶液的浓度为20～40wt％。
优选地，步骤(1)中，控制体系的pH值为3～6。
更优选地，步骤(1)中，控制体系的pH值为5～6。
优选地，步骤(1)中，反应时间为0.1～2小时。
更优选地，步骤(1)中，反应时间为0.5～1小时。
优选地，步骤(2)中，控制体系的pH值大于7，但不高于10。
更优选地，步骤(2)中，控制体系的pH值为7.5～8。
优选地，步骤(2)中，2-氨基乙基硫酸氢酯的用量为硅酸钠质量的1～10％。
优选地，步骤(2)中，反应时间为0.1～1小时。
2-氨基乙基硫酸氢酯改性的白炭黑的制备方法，包括以下步骤：在pH值不高于10的碱性条件下，白炭黑与2-氨基乙基硫酸氢酯反应，得到2-氨基乙基硫酸氢酯改性的白炭黑。
优选地，所述2-氨基乙基硫酸氢酯的用量为白炭黑质量的0.5～5％。
优选地，pH值为7.5～8。
优选地，反应时间为0.5～1小时。
2-氨基乙基硫酸氢酯(CAS:926-39-6，NH2C2H4OSO3H)在碱催化下，与白炭黑或水合二氧化硅表面的羟基反应：
白炭黑-OH+NH2C2H4OSO3H→白炭黑-OC2H4NH2
改性后，表面引入的乙基链段和具有反应活性的氨基可提高白炭黑与橡胶的相溶性和结合能力，而且表面引入的氨基可促进橡胶的硫化，从而显著降低橡胶的滚动阻力。
具体实施方式
以下结合本发明的优选实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
采用RSS-II型橡胶滚动阻力试验机测试添加白炭黑的硫化胶的滚动阻力。硫化胶按HG/T2404-2008混炼，配方为采用该标准表1中的1#配方。
实施例1
2-氨基乙基硫酸氢酯改性白炭黑的制备过程如下：
(1)配制硅酸钠溶液，硅酸钠的模数3.3，浓度为30wt％，一部分作为母液，另一部分用于pH值调节。
(2)在搅拌下，将浓度为30wt％的硫酸缓慢加入硅酸钠溶液中，至体系的pH值达到5，继续搅拌反应1小时；
(3)接着向体系中加入硅酸钠溶液，将体系的pH值调节至7.5左右后，按硅酸钠总质量的3％加入2-氨基乙基硫酸氢酯，反应30分钟后，经过滤、洗涤、干燥，得到2-氨基乙基硫酸氢酯改性的白炭黑。依GB/T19587-2017测定的BET比表面积为197m2/g。
对比例1
与实施例1的区别在于，步骤(3)中加入2-氨基乙基硫酸氢酯。
与对比例1相比，实施例1的白炭黑可使硫化胶的滚动阻力降低15％。
实施例2
2-氨基乙基硫酸氢酯改性白炭黑的制备过程如下：
(1)配制硅酸钠溶液，硅酸钠的模数2.3，浓度为40wt％，一部分作为母液，另一部分用于pH值调节。
(2)在搅拌下，将浓度为30wt％的硫酸缓慢加入硅酸钠溶液中，至体系的pH值达到5.5，继续搅拌反应1小时；
(3)接着向体系中加入硅酸钠溶液，将体系的pH值调节至8左右后，按硅酸钠总质量的2％加入2-氨基乙基硫酸氢酯，反应10分钟后，经过滤、洗涤、干燥，得到2-氨基乙基硫酸氢酯改性的白炭黑。BET比表面积为220m2/g。
对比例2
与实施例2的区别在于，步骤(3)中加入2-氨基乙基硫酸氢酯。
与对比例2相比，实施例2的白炭黑可使硫化胶的滚动阻力降低13％。
实施例3
2-氨基乙基硫酸氢酯改性白炭黑的制备过程如下：
(1)配制硅酸钠溶液，硅酸钠的模数3.5，浓度为32wt％，一部分作为母液，另一部分用于pH值调节。
(2)在搅拌下，将浓度为20wt％的硫酸缓慢加入硅酸钠溶液中，至体系的pH值达到4，继续搅拌反应0.5小时；
(3)接着向体系中加入硅酸钠溶液，将体系的pH值调节至7.5左右后，按硅酸钠总质量的5％加入2-氨基乙基硫酸氢酯，反应20分钟后，经过滤、洗涤、干燥，得到2-氨基乙基硫酸氢酯改性的白炭黑。BET比表面积为166m2/g。
对比例3
与实施例3的区别在于，步骤(3)中加入2-氨基乙基硫酸氢酯。
与对比例3相比，实施例3的白炭黑可使硫化胶的滚动阻力降低24％。
实施例4
2-氨基乙基硫酸氢酯改性白炭黑的制备过程如下：
(1)配制硅酸钠溶液，硅酸钠的模数3.0，浓度为30wt％，一部分作为母液，另一部分用于pH值调节。
(2)在搅拌下，将浓度为10wt％的硫酸缓慢加入硅酸钠溶液中，至体系的pH值达到6，继续搅拌反应1.5小时；
(3)接着向体系中加入硅酸钠溶液，将体系的pH值调节至9左右后，按硅酸钠总质量的1％加入2-氨基乙基硫酸氢酯，反应1小时后，经过滤、洗涤、干燥，得到2-氨基乙基硫酸氢酯改性的白炭黑。BET比表面积为274m2/g。
对比例4
与实施例1的区别在于，步骤(3)中加入2-氨基乙基硫酸氢酯。
与对比例4相比，实施例4的白炭黑可使硫化胶的滚动阻力降低11％。
实施例5
将未改性的沉淀法白炭黑(BET比表面积为110m2/g)分散于水中，用氢氧化钠调节pH值至8后，按白炭黑质量的1％加入2-氨基乙基硫酸氢酯，搅拌反应1小时，过滤，洗涤，干燥，得到2-氨基乙基硫酸氢酯改性的白炭黑。与改性前相比，改性后的白炭黑可使硫化胶的滚动阻力降低12％。
实施例6
将未改性的沉淀法白炭黑(BET比表面积为420m2/g)分散于水中，用氢氧化钠调节pH值至7.5后，按白炭黑质量的3％加入2-氨基乙基硫酸氢酯，搅拌反应1小时，过滤，洗涤，干燥，得到2-氨基乙基硫酸氢酯改性的白炭黑。与改性前相比，改性后的白炭黑可使硫化胶的滚动阻力降低18％。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种降低轮胎滚动阻力的白炭黑，其特征在于：所述白炭黑为2-氨基乙基硫酸氢酯改性的白炭黑。
2.根据权利要求1所述的白炭黑，其特征在于：所述白炭黑的BET比表面积为50～500m2/g，优选地，BET比表面积为150～300m2/g。
3.权利要求1所述白炭黑的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将酸液加入硅酸钠溶液中，至体系的pH值呈酸性，反应一定时间；
(2)向步骤(1)的体系中加入硅酸钠溶液，至体系的pH值呈碱性后，加入2-氨基乙基硫酸氢酯，反应一定时间，得到2-氨基乙基硫酸氢酯改性的白炭黑。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述酸液为硫酸或盐酸。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述硫酸的浓度为10～30wt％，所述盐酸的浓度为10～20wt％；
优选地，所述硅酸钠的模数为2～3.5，硅酸钠溶液的浓度为20～40wt％。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，控制体系的pH值为3～6，优选地，pH值为5～6；
优选地，反应时间为0.1～2小时，更优选地，反应时间为0.5～1小时。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，控制体系的pH值大于7，但不高于10，优选地，pH值为7.5～8。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，2-氨基乙基硫酸氢酯的用量为硅酸钠质量的1～10％，优选地，反应时间为0.1～1小时。
9.2-氨基乙基硫酸氢酯改性的白炭黑的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在pH值不高于10的碱性条件下，白炭黑与2-氨基乙基硫酸氢酯反应，得到2-氨基乙基硫酸氢酯改性的白炭黑。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述2-氨基乙基硫酸氢酯的用量为白炭黑质量的0.5～5％；优选地，pH值为7.5～8；优选地，反应时间为0.5～1小时。
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