CN112143258A - 一种含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑的制备方法及其应用 - Google Patents

一种含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及工业填料技术领域，针对硼酸与硅羟基反应活性差及聚硼硅氧烷结构难以控制的问题，公开了提供一种含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑的制备方法及其应用，包括以下步骤：（1）制备含硅氯键硼硅氧烷：在搅拌和氮气保护下，将硼酸、氯硅烷加入溶剂中反应得到含硅氯键硼硅氧烷；（2）含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑：在搅拌和氮气保护下，将步骤（1）反应后得到的含硅氯键硼硅氧烷加入亲水性白炭黑中，加热反应得到含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑。采用含硅氯键硼硅氧烷改性亲水白炭黑，硼氧键与白炭黑硅羟基发生配位作用，降低硅羟基结构化作用，硅氯键和硼氧键同时与白炭黑表面羟基作用，提升白炭黑改性效果。

Description

一种含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及工业填料技术领域，尤其涉及一种含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑的制备方法及其应用。
背景技术
白炭黑因其具有粒径小、比表面大、硬度高、耐热性好以及优异的补强性能而广泛应用于橡胶行业。依据不同制备方法，白炭黑可分为气相法和沉淀法两大类白炭黑。但是未经改性的白炭黑存在混炼困难、粉尘大、易结构化等缺点。白炭黑常用的改性剂有氯硅烷类、醇类、硅烷偶联剂、硅氧烷类(如环硅氧烷、羟基硅油等)。改性工艺有干法、湿法和热压法等。干法改性适用于小批量、多品种；热压改性存在能耗高、设备要求高、且改性不均一等不足；湿法具有改性剂用量少、改性均一度高等优点。氯硅烷类改性剂具有价格低廉，反应活性大，改性效果好等优点。
现有改性白炭黑对硅橡胶的主要作用是增强，其可以显著增强硅橡胶的拉伸强度、撕裂强度、硬度等力学性能，但难以明显提高硅橡胶的自粘性能。硅橡胶的自粘性主要通过添加硼酸、硼酸酯或聚硼硅氧烷等特种增粘剂来获得。硼酸或硼酸酯与有机硅材料相容性差，易析出潮解。
聚硼硅氧烷可采用硼酸、羟基乙烯基硅油和107硅橡胶为主要原料，通过硼酸与硅羟基脱水反应来制备(丘善棋等，硅橡胶自粘带的研制，有机硅材料2016,30(5),410-413)。硼酸与硅羟基反应活性差，导致需在150-160℃下捏合5h以上才能获得稳定性能优异的硅橡胶自粘带，制备条件苛刻，同时聚硼硅氧烷结构难以控制，易凝胶固化，产品重现性差。
发明内容
本发明是为了克服硼酸与硅羟基反应活性差及聚硼硅氧烷结构难以控制的问题，提供一种含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑的制备方法及其应用，本发明第一个目的在于提供一种能够有效提升硅橡胶自粘性能，且不会引发硅橡胶结构化的含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑制备方法，该方法具有制备工艺简单，产品重现性好等优点。本发明的第二个目的在于提供一种含有含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑的自粘性硅橡胶。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备含硅氯键硼硅氧烷：在搅拌和氮气保护下，将硼酸、氯硅烷加入溶剂中反应得到含硅氯键硼硅氧烷；
(2)制备含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑：在搅拌和氮气保护下，将步骤(1)反应后得到的含硅氯键硼硅氧烷加入亲水性白炭黑中，加热反应得到含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑。
本发明制备原理如下：首先通过硼酸、氯硅烷之间反应形成含硅氯键硼硅氧烷，通过调控硼酸以及氯硅烷摩尔配比，可以得到含有不同硅氯键含量的硼硅氧烷。
而步骤(2)中亲水性白炭黑由于其表面通常含有一定量硅羟基，在硅橡胶中难分散，易造成硅橡胶结构化，需要对亲水性白炭黑进行疏水改性处理。因此现有技术通常采用氯硅烷、环硅氧烷、低分子量羟基硅油、烷氧基硅烷或硅氮烷作为白炭黑改性剂。这是由于白炭黑改性剂活性基团能够与白炭黑表面的羟基发生反应，使白炭黑由亲水性白炭黑改性为疏水性白炭黑，进而改善白炭黑在硅橡胶中的分散性，从而提高硅橡胶力学强度。本发明采用含硅氯键硼硅氧烷改性亲水白炭黑；含硅氯键硼硅氧烷不仅含有硅氯键，还含有硼氧键，其中反应活性极高的硅氯键能够与白炭黑表面羟基反应而将硼硅氧烷接枝到白炭黑表面，而硼氧键与白炭黑硅羟基发生配位作用，降低硅羟基结构化作用。相较氯硅烷单一改性反应，含硅氯键硼硅氧烷可提升白炭黑改性效果。
这种表面接枝了硼硅氧烷的白炭黑在加入到硅橡胶之后有以下有益效果：
(1)能够为白炭黑进行表面改性，增加白炭黑与硅橡胶之间的相容性，使得白炭黑与硅橡胶混合更加均匀，补强效果更加优异；(2)由于白炭黑表面含有硼硅氧烷，因此加入了这种白炭黑之后的硅橡胶具有良好自粘性；(3)与单独在硅橡胶中加入聚硼硅氧烷相比，通过本发明这种方法制备的白炭黑由于其羟基与硅橡胶中硅氧作用力降低，在加入到硅橡胶中后能够有效防止硅橡胶发生结构化。
与传统白炭黑改性方法不同，含硅氯键硼硅氧烷还可将硼原子、乙烯基、氢、苯基或三氟丙基引入白炭黑中，使得改性白炭黑具有一定的功能性。当含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑添加至硅橡胶中时，白炭黑中的硼原子可增加硅橡胶自粘性能，乙烯基、氢可参与交联反应，提升硅橡胶机械性能，苯基可提高硅橡胶的耐高低温性能，三氟丙基可提高硅橡胶耐油性能。
作为优选，所述步骤(1)中的氯硅烷为二甲基二氯硅烷、甲基氢二氯硅烷、甲基苯基二氯硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷、甲基三氟丙基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、丙基三氯硅烷、苯基三氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、三氯氢硅烷或者四氯化硅中的一种。
作为优选，所述溶剂为二氧六环、乙酸乙酯、氯仿、四氢呋喃、甲苯或者二甲苯中的一种。
作为优选，所述步骤(1)中氯硅烷中硅氯键与硼酸的摩尔比为4～6：1。
硼酸中B-OH基团与氯硅烷中Si-Cl键可发生脱氯化氢的缩合反应，生成硼硅氧烷。当氯硅烷中Si-Cl键与硼酸摩尔比大于3:1，可生成端基含Si-Cl的硼硅氧烷。改变Si-Cl键与硼酸摩尔比，可调控得到不同Si-Cl键含量的硼硅氧烷。
作为优选，所述步骤(1)所述步骤(1)中反应温度为20～50℃，反应时间为4～8h。
作为优选，所述步骤(2)中亲水性白炭黑为亲水性沉淀法白炭黑或亲水性气相法白炭黑，比表面积为200～380m2/g，白炭黑的比表面积越大，力学增强效果越好。
作为优选，所述步骤(2)中反应温度为30～70℃，反应时间为5～10h。适当增加反应时间，可提高反应程度。
作为优选，所述步骤(2)中硼酸与亲水性白炭黑质量比为5～10：100。
一种自粘性硅橡胶，包含所述含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑。
硅橡胶分子结构是非极性的，它本身完全没有自粘性。含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑含有硼原子，添加到硅橡胶后，硼原子与硅橡胶形成配位结构，具有自粘性能。硅橡胶的自粘性与硼含量密切相关，硼含量增加，自粘性增加。
作为优选，所述自粘性硅橡胶按照重量份数计包含下列成分：
甲基乙烯基硅橡胶生胶100份；所述含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑30～50份；2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷3份。
所述甲基乙烯基硅橡胶生胶为同时含有端乙烯基与侧乙烯基的聚二甲基硅氧烷，分子量为45～80万，乙烯基重量含量为0.1～0.2％；所述自粘硅橡胶加工工艺为将甲基乙烯基硅橡胶生胶100份、含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑30～50份加入捏合机中，并在60℃真空度-0.09MPa下脱水、捏合2h，冷却后制得混炼胶。室温下，将2，5～二甲基～2，5～二(叔丁基过氧基)己烷3份与上述混炼胶在开炼机上薄通开炼3次。将薄通后混炼胶在平板硫化机中170℃下硫化30分钟，制得自粘性硅橡胶。
变化含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑用量，可制备系列不同硼含量，不同自粘性能，同时具有优异机械力学性能的硅橡胶。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)提供一种含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑的制备方法及其应用，本发明采用含硅氯键硼硅氧烷改性亲水白炭黑，硼氧键与白炭黑硅羟基发生配位作用，降低硅羟基结构化作用，含硅氯键硼硅氧烷中硅氯键和硼氧键同时与白炭黑表面羟基作用，提升白炭黑改性效果；
(2)表面接枝了硼硅氧烷的白炭黑在加入到硅橡胶中，能够为白炭黑进行表面改性，增加白炭黑与硅橡胶之间的相容性，使得白炭黑与硅橡胶混合更加均匀，不仅可以达到良好的补充增强效果，同时还可以显著提高硅橡胶自粘性能；
(3)与单独在硅橡胶中加入聚硼硅氧烷相比，通过本发明这种方法制备的白炭黑由于其羟基与硅橡胶中硅氧作用力降低，在加入到硅橡胶中后能够有效防止硅橡胶发生结构化；
(4)利用本发明技术可以简单地制备新型的多功能白炭黑填料，以达到同时改善硅橡胶力学性能和自粘性能的功效制备工艺简单，产品重现性好。
附图说明
图1是含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑红外光谱图。
图2是含硅氯键硼硅氧烷改性前后白炭黑在水中分散对比图(a为改性后，b为改性前)。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1
1.制备含硅氯键硼硅氧烷
将10.0g(0.16mol)硼酸放入配三通阀，恒压滴液漏斗反应瓶中，抽真空通氮气三次。将51.3g甲苯和41.3g(0.32mol)二甲基二氯硅烷注入反应瓶中，在50℃下搅拌反应4h。
2.制备含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑
在搅拌和氮气保护下，将步骤(1)得到的反应混合物，加入到100g亲水气相法白炭黑(比表面积300m2/g)中。加热体系至70℃，搅拌反应5h，蒸除甲苯和过量二甲基二氯硅烷，得到140g含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑。
3.制备自粘性硅橡胶
将100份甲基乙烯基硅橡胶(分子量50万，乙烯基重量含量0.2％)、50份步骤(2)制备含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑加入捏合机中，并在60℃真空度-0.09MPa下脱水、捏合2h，冷却后制得混炼胶。室温下，将3份2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷与上述混炼胶在开炼机上薄通开炼3次。将薄通后混炼胶在平板硫化机中170℃下硫化30分钟，制得自粘性硅橡胶。
本实施例制备含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑的红外吸收光谱(FT-IR)见图1。从图1可知，3219cm-1为Si-OH吸收峰，2959cm-1为C-H振动伸缩吸收峰，1324～1376cm-1为B-O吸收峰，1250cm-1为Si-Me吸收峰，1051cm-1为Si-O吸收峰，881cm-1吸收峰为Si-O-B键吸收峰，679～836cm-1为Si-C吸收峰。说明制备产品为硼硅氧烷改性白炭黑，分子结构符合预期。
图2为本实施例含硅氯键硼硅氧烷改性前后白炭黑在水中分散对比图。图2中(a)为改性后白炭黑在水中分散图，(b)为改性前白炭黑在水中分散图。从图2可以看出，白炭黑在改性前，疏水性差，亲水性强，全部分散在水中。经含硅氯键硼硅氧烷改性后，白炭黑具有优异的疏水性能，全部漂浮在水面，在水中没有分散。
本实施例制备得到的硫化硅橡胶材料的力学性能和自粘性能测试数据见表1。
对比例1
与实施例1不同的是，在制备自粘性硅橡胶中，将50份含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑改为50份二甲基二氯硅烷改性白炭黑，其余条件相同。
将100份甲基乙烯基硅橡胶(分子量50万，乙烯基重量含量0.2％)、50份二甲基二氯硅烷改性白炭黑(比表面积300m2/g)加入捏合机中，并在60℃真空度-0.09MPa下脱水、捏合2h，冷却后制得混炼胶。室温下，将3份2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷与上述混炼胶在开炼机上薄通开炼3次。将薄通后混炼胶在平板硫化机中170℃下硫化30分钟，制得硅橡胶。
本对比例制备得到的硫化硅橡胶材料力学性能和自粘性测试数据见表1。
对比例2
与实施例1不同的是，在制备自粘性硅橡胶中，将50份含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑改为50份二甲基二氯硅烷改性白炭黑，同时单独加入了与实施例1中同等硼含量聚硼硅氧烷(采用硼酸与羟基硅油制备)，其余条件相同。
将100份甲基乙烯基硅橡胶(分子量50万，乙烯基重量含量0.2％)、50份二甲基二氯硅烷改性白炭黑(比表面积300m2/g)、10份含硼聚硅氧烷(硼质量分数为6.3％)加入捏合机中，并在60℃真空度-0.09MPa下脱水、捏合2h，冷却后制得混炼胶。室温下，将3份2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷与上述混炼胶在开炼机上薄通开炼3次。将薄通后混炼胶在平板硫化机中170℃下硫化30分钟，制得硅橡胶。
本对比例制备得到的硫化硅橡胶材料的力学性能和自粘性测试数据见表1。
实施例2
1.制备含硅氯键硼硅氧烷
将5.0g(0.08mol)硼酸放入配三通阀，恒压滴液漏斗反应瓶中，抽真空通氮气三次。将78.8g乙酸乙酯和34.4g(0.18mol)甲基苯基二氯硅烷注入反应瓶中，在20℃下搅拌反应8h。
2.制备含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑
在搅拌和氮气保护下，将步骤(1)得到的反应混合物，加入到100g亲水沉淀法白炭黑(比表面积200m2/g)中。加热体系至30℃，搅拌反应10h，蒸除乙酸乙酯和过量甲基苯基二氯硅烷，得到135g含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑。
3.制备自粘性硅橡胶
将100份甲基乙烯基硅橡胶(分子量45万，乙烯基重量含量0.10％)、45份步骤(2)制备的含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑加入捏合机中，并在60℃真空度-0.09MPa下脱水、捏合2h，冷却后制得混炼胶。室温下，将3份2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷与上述混炼胶在开炼机上薄通开炼3次。将薄通后混炼胶在平板硫化机中170℃下硫化30分钟，制得自粘性硅橡胶。
本实施例制备含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑的红外光谱图中吸收峰如下，3220cm-1为Si-OH吸收峰，2960cm-1为C-H振动伸缩吸收峰，1600cm-1为Si-Ph吸收峰，1325～1375cm-1为B-O吸收峰，1250cm-1为Si-Me吸收峰，1050cm-1为Si-O吸收峰，880cm-1吸收峰为Si-O-B键吸收峰，679～836cm-1为Si-C吸收峰。说明制备产品为硼硅氧烷改性白炭黑，分子结构符合预期。
本实施例含硅氯键硼硅氧烷改性前后白炭黑在水中分散有显著不同。亲水性白炭黑在改性前，疏水性差，亲水性强，全部分散在水中。经含硅氯键硼硅氧烷改性后，白炭黑具有优异的疏水性能，全部漂浮在水面，在水中没有分散。
本实施例制备得到的硫化硅橡胶材料的力学性能和自粘性测试数据见表1。
实施例3
1.制备含硅氯键硼硅氧烷
将6.2g(0.1mol)硼酸放入配三通阀，恒压滴液漏斗反应瓶中，抽真空通氮气三次。将54.1g四氢呋喃和29.9g(0.2mol)甲基三氯硅烷注入反应瓶中，在40℃下搅拌反应6h。
2.制备含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑
在搅拌和氮气保护下，将步骤(1)得到的反应混合物，加入到100g亲水沉淀法白炭黑(比表面积280m2/g)中。加热体系至50℃，搅拌反应8h，蒸除四氢呋喃和过量甲基三氯硅烷，得到120g含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑。
3.制备自粘性硅橡胶
将100份甲基乙烯基硅橡胶(分子量70万，乙烯基重量含量0.15％)、40份步骤(2)制备含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑加入捏合机中，并在60℃真空度-0.09MPa下脱水、捏合2h，冷却后制得混炼胶。室温下，将3份2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷与上述混炼胶在开炼机上薄通开炼3次。将薄通后混炼胶在平板硫化机中170℃下硫化30分钟，制得自粘性硅橡胶。
本实施例制备含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑的红外光谱图中吸收峰如下，3220cm-1为Si-OH吸收峰，2955cm-1为C-H振动伸缩吸收峰，1325～1375cm-1为B-O吸收峰，1249cm-1为Si-Me吸收峰，1050cm-1为Si-O吸收峰，880cm-1吸收峰为Si-O-B键吸收峰，675～835cm-1为Si-C吸收峰。说明制备产品为硼硅氧烷改性白炭黑，分子结构符合预期。
本实施例含硅氯键硼硅氧烷改性前后白炭黑在水中分散有显著不同。亲水性白炭黑在改性前，疏水性差，亲水性强，全部分散在水中。经含硅氯键硼硅氧烷改性后，白炭黑具有优异的疏水性能，全部漂浮在水面，在水中没有分散。
本实施例制备得到的硫化硅橡胶材料的力学性能和自粘性测试数据见表1。
实施例4
1.制备含硅氯键硼硅氧烷
将7.5g(0.12mol)硼酸放入配三通阀，恒压滴液漏斗反应瓶中，抽真空通氮气三次。将85g二甲苯和63.3g(0.3mol)甲基三氟丙基二氯硅烷注入反应瓶中，在30℃下搅拌反应7h。
2.制备含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑
在搅拌和氮气保护下，将步骤(1)得到的反应混合物，加入到100g亲水气相法白炭黑(比表面积320m2/g)中。加热体系至60℃，搅拌反应7h，蒸除二甲苯和过量甲基三氟丙基二氯硅烷，得到142g含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑。
3.制备自粘性硅橡胶
将100份甲基乙烯基硅橡胶(分子量60万，乙烯基重量含量0.18％)、35份步骤(2)制备含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑加入捏合机中，并在60℃真空度-0.09MPa下脱水、捏合2h，冷却后制得混炼胶。室温下，将3份2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷与上述混炼胶在开炼机上薄通开炼3次。将薄通后混炼胶在平板硫化机中170℃下硫化30分钟，制得自粘性硅橡胶。
本实施例制备含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑的红外光谱图中吸收峰如下，3230cm-1为Si-OH吸收峰，2971cm-1为C-H振动伸缩吸收峰，1444cm-1为C-F吸收峰，1325～1375cm-1为B-O吸收峰，1260cm-1为Si-Me吸收峰，1053cm-1为Si-O吸收峰，880cm-1吸收峰为Si-O-B键吸收峰，675～835cm-1为Si-C吸收峰。说明制备产品为硼硅氧烷改性白炭黑，分子结构符合预期。
本实施例含硅氯键硼硅氧烷改性前后白炭黑在水中分散有显著不同。亲水性白炭黑在改性前，疏水性差，亲水性强，全部分散在水中。经含硅氯键硼硅氧烷改性后，白炭黑具有优异的疏水性能，全部漂浮在水面，在水中没有分散。
本实施例制备得到的硫化硅橡胶材料的力学性能和自粘性测试数据见表1。
实施例5
1.制备含硅氯键硼硅氧烷
将9.3g(0.15mol)硼酸放入反应瓶中，抽真空通氮气三次。将78g二氧六环和34g(0.2mol)四氯化硅注入反应瓶中，在50℃下搅拌反应6.5h。
2.制备含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑
在搅拌和氮气保护下，将步骤(1)得到的反应混合物，加入到100g亲水气相法白炭黑(比表面积380m2/g)中。加热体系至40℃，搅拌反应8.5h，蒸除二氧六环和过量四氯化硅，得到125g含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑。
3.制备自粘性硅橡胶
将100份甲基乙烯基硅橡胶(分子量75万，乙烯基重量含量0.15％)、30份步骤(2)制备含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑加入捏合机中，并在60℃真空度-0.09MPa下脱水、捏合2h，冷却后制得混炼胶。室温下，将3份2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷与上述混炼胶在开炼机上薄通开炼3次。将薄通后混炼胶在平板硫化机中170℃下硫化30分钟，制得自粘性硅橡胶。
本实施例制备含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑的红外光谱图中吸收峰如下，3225cm-1为Si-OH吸收峰，1320～1370cm-1为B-O吸收峰，1050cm-1为Si-O吸收峰，885cm-1吸收峰为Si-O-B键吸收峰。说明制备产品为硼硅氧烷改性白炭黑，分子结构符合预期。
本实施例含硅氯键硼硅氧烷改性前后白炭黑在水中分散有显著不同。亲水性白炭黑在改性前，疏水性差，亲水性强，全部分散在水中。经含硅氯键硼硅氧烷改性后，白炭黑具有优异的疏水性能，全部漂浮在水面，在水中没有分散。
本实施例制备得到的硫化硅橡胶材料的力学性能和自粘性测试数据见表1。
实施例6
1.制备含硅氯键硼硅氧烷
将8.1g(0.13mol)硼酸放入反应瓶中，抽真空通氮气三次。将63.2g氯仿和29.1g(0.18mol)乙烯基三氯硅烷注入反应瓶中，在30℃下搅拌反应5h。
2.制备含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑
在搅拌和氮气保护下，将步骤(1)得到的反应混合物，加入到100g亲水气相法白炭黑(比表面积380m2/g)中。加热体系至35℃，搅拌反应9h，蒸除氯仿和过量乙烯基三氯硅烷，得到130g含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑。
3.制备自粘性硅橡胶
将100份甲基乙烯基硅橡胶(分子量80万，乙烯基重量含量0.16％)、40份步骤(2)制备含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑加入捏合机中，并在60℃真空度-0.09MPa下脱水、捏合2h，冷却后制得混炼胶。室温下，将3份2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷与上述混炼胶在开炼机上薄通开炼3次。将薄通后混炼胶在平板硫化机中170℃下硫化30分钟，制得自粘性硅橡胶。
本实施例制备含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑的红外光谱图中吸收峰如下，3220cm-1为Si-OH吸收峰，2960cm-1为C-H振动伸缩吸收峰，1400cm-1为Si-Vi吸收峰，1325～1375cm-1为B-O吸收峰，1050cm-1为Si-O吸收峰，882cm-1吸收峰为Si-O-B键吸收峰，675～835cm-1为Si-C吸收峰。说明制备产品为硼硅氧烷改性白炭黑，分子结构符合预期。
本实施例含硅氯键硼硅氧烷改性前后白炭黑在水中分散有显著不同。亲水性白炭黑在改性前，疏水性差，亲水性强，全部分散在水中。经含硅氯键硼硅氧烷改性后，白炭黑具有优异的疏水性能，全部漂浮在水面，在水中没有分散。
本实施例制备得到的硫化硅橡胶材料的力学性能和自粘性测试数据见表1。
表1硅橡胶力学性能和自粘性能
Figure BDA0002632813110000091
结论：由表1可见，相比于对比例1，实施例自粘性能得到明显改善，在硅橡胶自粘性能增加的同时，硅橡胶的力学增强效果优异，尤其是撕裂强度。同时与对比例2相比，与单独加入聚硼硅氧烷相比，通过本发明制备自粘硅橡胶力学强度与自粘性能也具有大幅上升。此结果表明，本发明所获得含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑以一定比例加入到硅橡胶后，不仅硅橡胶力学性能优异，而且能显著提高硅橡胶自粘性能，获得综合性能优异硅橡胶。
由实施例1-6及对比例1-2的数据可知，只有在本发明权利要求范围内的方案，才能够在各方面均能满足上述要求，得出最优化的方案，制备得到性能最优的含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑及其相关自粘性硅橡胶。而对于配比的改动、原料的替换/加减，或者加料顺序的改变，均会带来相应的负面影响。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备含硅氯键硼硅氧烷：在搅拌和氮气保护下，将硼酸、氯硅烷加入溶剂中反应得到含硅氯键硼硅氧烷；
（2）制备含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑：在搅拌和氮气保护下，将步骤（1）反应后得到的含硅氯键硼硅氧烷加入亲水性白炭黑中，加热反应得到含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑。
2.根据权利要求1所述的一种含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑的制备方法及其应用，其特征在于，所述步骤（1）中的氯硅烷为二甲基二氯硅烷、甲基氢二氯硅烷、甲基苯基二氯硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷、甲基三氟丙基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、丙基三氯硅烷、苯基三氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、三氯氢硅烷或者四氯化硅中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑的制备方法及其应用，其特征在于，所述溶剂为二氧六环、乙酸乙酯、氯仿、四氢呋喃、甲苯或者二甲苯中的一种。
4.根据权利要求1或2所述的一种含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑的制备方法及其应用，其特征在于，所述步骤（1）中氯硅烷中硅氯键与硼酸的摩尔比为4～6:1。
5.根据权利要求1所述的一种含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑的制备方法及其应用，其特征在于，所述步骤（1）中反应温度为20～50℃，反应时间为4～8h。
6.根据权利要求1所述的一种含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑的制备方法及其应用，其特征在于，所述步骤（2）中亲水性白炭黑为亲水性沉淀法白炭黑或亲水性气相法白炭黑，比表面积为200～380m2/g。
7.根据权利要求1所述的一种含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑的制备方法及其应用，其特征在于，所述步骤（2）中反应温度为30～70℃，反应时间为5～10h。
8.根据权利要求1或6所述的一种含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑的制备方法及其应用，其特征在于，所述步骤（2）中硼酸与亲水性白炭黑质量比为5～10:100。
9.一种自粘性硅橡胶，其特征在于，包含权利要求1~8中任意一项所述含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑。
10.根据权利要求9所述一种自粘性硅橡胶，其特征在于，所述自粘性硅橡胶按照重量份数计包含下列成分：
甲基乙烯基硅橡胶生胶 100份；所述含硅氯键硼硅氧烷改性白炭黑30～50份；2,5-二甲基-2,5-二己烷3份。
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