CN114956094A - 白炭黑纳米分散液及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及材料改性技术领域，公开了一种白炭黑纳米分散液及其制备方法与应用。该制备白炭黑纳米分散液的方法，其特征在于，所述方法包括：(1)配置质量浓度为4‑22wt％的酸溶液；(2)在加热和搅拌条件下，将所述酸溶液加入至包含硅酸钠和表面改性剂的溶液中，进行搅拌，得到白炭黑纳米分散液。该方法采用硅酸钠和表面改性剂同时对白炭黑进行表面活性官能团修饰，进一步减少了白炭黑纳米颗粒的团聚，得到了稳定的白炭黑纳米分散液，该分散液可直接与乳聚丁苯胶乳直接混合，具有湿法混合优势。同时具有工艺过程容易控制，废水废气排放少，工艺环保等优势。

Description

白炭黑纳米分散液及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及材料改性技术领域，具体涉及一种白炭黑纳米分散液及其制备方法与应用。
背景技术
白炭黑是一种无毒、无定形纳米粉末状材料，其具有高比表面积、优异的电绝缘性能及稳定化学性能等特点，因而被广泛应用于橡胶、塑料、涂料、精细化工等研究领域。在橡胶工业中，随着“绿色轮胎”技术的推广，白炭黑作为橡胶基体的补强填料一方面可以降低轮胎的生热、滚动阻力和油耗，同时可获得优良的抗湿滑性能，成为补强效果仅次于炭黑的第二大填料。但是由于白炭黑表面含有大量的羟基及硅氧基，基团相邻的羟基容易形成氢键，且表面能高、易团聚，导致其在生产及应用过程中存在与橡胶相容性较差、分散困难、加工性能较差等系列问题。因此近年来针对白炭黑的表面改性以提高其在橡胶中的分散性成为研究热点。
为了改善白炭黑表面的性能，目前多采用硅烷偶联剂、接枝聚合物、表面活性剂及离子液体等对白炭黑表面进行化学改性，改性后的白炭黑的分散性能和补强性能显著提高。CN109734960A提出一种改性白炭黑在并用橡胶中的应用方法。首先依次用偶联剂、促进剂对白炭黑进行改性，得到改性白炭黑。再将填料促进剂改性的白炭黑和并用橡胶混合均匀，然后加入促进剂、硬脂酸、氧化锌和硫磺混炼，得到混合材料。最后将得到的混合材料进行硫化成型，得到并用橡胶复合材料。此方法能够改善促进剂改性的白炭黑在并用橡胶基体中的分散。但该工艺采用两段工艺对白炭黑进行改性，改性后的白炭黑需干燥，工艺流程较为复杂。CN110395737A提出一种沉淀法白炭黑的改性方法，采用快速高温火焰在气相过程中对白炭黑进行表面改性，以减少沉淀法白炭黑的吸附水和表面羟基，从而降低粉体的热失重，制得白炭黑。该工艺通过气体燃料与氧化剂燃烧产生600-1200℃的高温火焰，通过载气将沉淀法白炭黑粉体带入高温火焰。该方法对温度要求较高，需依靠特定工艺流程完成，且反应中需要气体燃料如氢气、甲烷、乙炔、丙烷等，工艺运行过程中危险系数较高。2019年，巴基斯坦研究员Asad M.Khan在《Journal of Molecular Liquids》第274卷第673页上报道了利用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵对白炭黑进行改性，SEM分析结果表明经表面活性剂覆盖后的二氧化硅样品表面具有明显的网状排布结构。
以上对白炭黑的改性研究都集中在对白炭黑纳米颗粒直接进行表面改性，针对白炭黑纳米粒子形成过程中的改性报道相对较少，尤其相关纳米级分散液方面的原位合成报道尚未有涉及。在湿法混炼技术中，当白炭黑与胶乳混合时，出现了以下问题：(1)白炭黑与胶乳混合时，白炭黑纳米颗粒出现了自聚现象，导致填充不均匀，分散性不好。(2)胶乳表面有机官能团阻止了白炭黑与橡胶分子链结合，致使白炭黑失活。(3)白炭黑与乳胶混合后，在放置过程中由于母胶的凝固出现了分离现象。
发明内容
本发明的目的是为了克服传统湿法混炼中存在的上述的问题，提供一种白炭黑纳米分散液及其制备方法与应用，该方法采用硅酸钠和表面改性剂同时对白炭黑进行表面活性官能团修饰，进一步减少了白炭黑纳米颗粒的团聚，得到了稳定的白炭黑纳米分散液，该分散液可直接与乳聚丁苯胶乳直接混合，具有湿法混合优势。同时具有工艺过程容易控制，废水废气排放少，工艺环保等优势。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种制备白炭黑纳米分散液的方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)配置质量浓度为4-22wt％的酸溶液；
(2)在加热和搅拌条件下，将所述酸溶液加入至包含硅酸钠和表面改性剂的溶液中，进行搅拌，得到白炭黑纳米分散液。
本发明第二方面提供上述方法制备得到的白炭黑纳米分散液。
本发明第三方面提供上述白炭黑纳米分散液在湿法混炼中的应用。
通过上述技术方案，本发明所提供的白炭黑纳米分散液及其制备方法与应用获得以下有益的效果：
本发明原位法合成白炭黑纳米分散液的原料价廉易得，制备工艺简单，操作简便，腐蚀性低，成本低廉，环境友好。在原有传统沉淀法制备白炭黑基础上，对合成体系进行了改进优化。本发明制备的白炭黑纳米分散液不需要额外处理，可直接与乳聚丁苯胶乳湿法混合，传统湿法工艺复合技术是先将预先处理过的炭黑、白炭黑等填料制成水分散体，在液相中与橡胶胶乳充分混合。传统的湿法工艺难点在于如何减少纳米填料的团聚作用，提高炭黑、白炭黑等填料水分散体的分散性。本发明阐述的原位合成法得到的白炭黑纳米分散液具有良好的分散性及稳定性，解决了传统湿法工艺中的白炭黑在水体中难分散的问题，且无需经过额外加工处理，可直接与乳聚丁苯胶乳湿法混合，液-液体系混合充分且效率高。
进一步地，由本发明所提供的白炭黑纳米分散液与橡胶胶乳经湿法混炼得到的混炼胶中，白炭黑在橡胶基体中的具有优异的分散性，由该混炼胶制得的硫化胶具有低的生热。
附图说明
图1是本发明实施例1制得白炭黑纳米分散液的扫描电镜图；
图2是本发明实施例1制得白炭黑纳米分散液的透射电镜图；
图3是本发明实施例8制得的白炭黑纳米分散液的扫描电镜图；
图4是硅酸钠、实施例1-2制得的白炭黑纳米分散液的红外光谱图。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供一种制备白炭黑纳米分散液的方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)配置质量浓度为4-22wt％的酸溶液；
(2)在加热和搅拌条件下，将所述酸溶液加入至包含硅酸钠和表面改性剂的溶液中，进行搅拌，得到白炭黑纳米分散液。
本发明中，采用上述方法制备白炭黑纳米分散液时，在酸性条件下，硅酸钠原位生成白炭黑，与此同时，表面改性剂的存在，能够使得由硅酸钠生成白炭黑以及表面修饰同时进行，减少了分散液中白炭黑纳米颗粒的团聚，得到了稳定的白炭黑纳米分散液。由此获得的白炭黑分散液够直接与胶乳，例如乳聚丁苯胶乳直接混合以制备白炭黑/橡胶复合材料，能够显著改善白炭黑在橡胶基体中的分散性。
根据本发明，所述酸溶液的浓度为5-20wt％。
根据本发明，所述酸溶液选自硫酸溶液、盐酸溶液、硝酸溶液和磷酸溶液中的至少一种，优选为硫酸溶液。
根据本发明，所述硅酸钠与所述表面改性剂的质量比为1:0.005-0.2。
本发明中，当硅酸钠与表面改性剂的用量满足上述范围时，能够进一步提高白炭黑纳米分散液中白炭黑的分散性，进而使得白炭黑纳米分散液的稳定性得到显著地改善，将该白炭黑纳米分散液与橡胶胶乳进行湿法混炼得到的橡胶性能的综合性能得到提升。进一步地，所述硅酸钠与表面改性剂的质量比优选为1:0.05-0.15。
根据本发明，所述表面改性剂选自偶联剂和/或表面活性剂。
根据本发明，所述硅烷偶联剂选自KH550、KH570、KH747和Si69中的至少一种。
根据本发明，表面活性剂选自阴离子表面活性剂和/或阳离子表面活性剂，优选为十二烷基磺酸钠和/或十六烷基三甲基溴化铵。
根据本发明，所述加热的温度为70-95℃，优选为75-90℃。
本发明，所述加热可以由本领域中常规的加热装置提供，例如水浴锅。
根据本发明，所述搅拌的条件包括：搅拌的转速为300-1000rpm，优选为500-800rpm；搅拌的时间为0.5-3h，优选为1-2h。
根据本发明，步骤(2)中，采用蠕动泵将所述酸溶液滴加至包含硅酸钠和表面改性剂的溶液中。
本发明中，采用蠕动泵将硫酸溶液逐滴加入包含硅酸钠和表面改性剂的溶液中，能够实现白炭黑表面修饰以及生成速率之间的平衡，在原位生成白炭黑的同时即实现对白炭黑表面的修饰改性，以实现对制得的白炭黑纳米颗粒表面的均匀修饰改性，改善白炭黑纳米分散液的稳定性。
根据本发明，所述蠕动泵的转速为10-50rpm，优选为20-40rpm。
根据本发明，所述方法还包括：步骤(2)中，所述酸溶液的加入量使得包含硅酸钠和表面改性剂的溶液的pH值至7-8。
本发明第二方面提供由上述方法制备得到的白炭黑纳米分散液。
根据本发明，所述白炭黑纳米分散液的固含量为5-25wt％。
本发明第三方面提供上述白炭黑纳米分散液在湿法混炼中的应用。
根据本发明，所述湿法混炼包括以下步骤：将所述白炭黑纳米分散液与橡胶胶乳进行搅拌混合，经干燥得到混炼胶。
本发明中，所述橡胶胶乳可以为本领域中常规的橡胶胶乳，例如乳聚丁苯胶乳。
本发明中，所述橡胶胶乳的固含量为18-25wt％。
根据本发明，所述白炭黑纳米分散液与所述橡胶胶乳的用量使得，混炼胶中白炭黑与橡胶的质量比为20-80:100。
根据本发明，所述搅拌的条件包括：搅拌的转速为300-1000rpm，搅拌的时间为0.5-3h。
进一步地，所述搅拌的条件包括：搅拌的转速为500-800rpm，搅拌的时间为1-2h。
本发明中，所述湿法混炼还包括：在白炭黑纳米分散液和橡胶胶乳的混合溶液中添加絮凝剂的步骤。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，
SiO2的粒径经过TEM表征测得；
SiO2的表观形貌采用SEM和TEM进行表征；
SiO2的表面官能团采用FI-IR进行表征；
橡胶样品的门尼粘度采用GT-7080-S2型门尼粘度计进行测定，按GB/T1232.1-2000测定，测试温度为100℃；
乳聚丁苯胶乳，固含量为21.1wt％，中国石化齐鲁分公司橡胶厂；
实施例以及对比例所用其他原料均为市售品。
实施例1
用量筒量取20mL浓硫酸，配成10wt％硫酸稀溶液待用。再分别称取30g硅酸钠溶液、3g KH550加入至0.8L去离子水中，再将上述混合液置于95℃恒温水浴中。在机械搅拌条件下，使用蠕动泵(转速10rpm)将硫酸溶液加入到硅酸钠及KH550混合溶液中，待混合体系pH为7时停止加入硫酸，持续恒温95℃搅拌2h，得到白炭黑纳米分散液SA1，其固含量为5.1wt％，SiO2的粒径为20-25nm。
白炭黑纳米分散液SA1的SEM和TEM如图1-2所示，FI-IR图如图4所示，从图1-2可以看出，原位制备的白炭黑纳米粒径在15-20nm左右，具有排列整齐的纳米团簇结构；具体的，图1的扫描电镜图表明白炭黑的表面由细小的SiO2颗粒堆积而成；图2的透射电镜照片表明白炭黑的纳米颗粒的粒径约为15-20nm。
称取上述白炭黑纳米分散液添加至乳聚丁苯胶乳在机械搅拌条件下强力混合2小时。在上述混合体系中加入10mL，2wt％絮凝剂CA-2，经过滤、70℃真空干燥箱内烘干备用，得到白炭黑丁苯橡胶JA1，其中，白炭黑纳米分散液和乳聚丁苯胶乳的用量使得制得的白炭黑丁苯橡胶中，白炭黑与丁苯橡胶的质量比为30：100，白炭黑丁苯橡胶JA1的门尼粘度如表1所示。
实施例2：
用量筒量取20mL浓硫酸，配成10wt％硫酸稀溶液待用。分别称取90g硅酸钠、9gKH550加入至0.4L去离子水中，并将其置于95℃水浴锅中。在机械搅拌条件下，利用蠕动泵(转速10rpm)将10wt％硫酸逐滴加入至上述溶液中，反应过程中溶液逐渐变浑浊，待混合体系中溶液pH达7.0时停止加入硫酸。保持90℃恒温继续搅拌2h，得到白炭黑纳米分散液SA2，其固含量为10.4wt％。
称取上述白炭黑纳米分散液添加至乳聚丁苯胶乳在机械搅拌条件下强力混合2小时。在上述混合体系中加入10mL，2wt％絮凝剂CA-2，经过滤、70℃真空干燥箱内烘干备用，得到白炭黑丁苯橡胶JA2，其中，白炭黑纳米分散液和乳聚丁苯胶乳的用量使得制得的白炭黑丁苯橡胶中，白炭黑与丁苯橡胶的质量比为30：100，白炭黑丁苯橡胶JA2的门尼粘度如表1所示。
实施例3：
配置10wt％硫酸稀溶液待用。称取0.9g十六烷基三甲基溴化铵溶于3L去离子水中，再加入180g硅酸钠溶液。将上述混合液置于95℃恒温水浴锅中。在机械搅拌条件下将5wt％硫酸溶液经蠕动泵(转速10rpm)加入到混合液中，待体系pH为8时停止加入硫酸。持续95℃恒温继续搅拌1.0h，得到表面活性剂体系白炭黑纳米分散液SA3，其固含量为15.2wt％。
称取上述白炭黑纳米分散液添加至乳聚丁苯胶乳在机械搅拌条件下强力混合2小时。在上述混合体系中加入10mL，2wt％絮凝剂CA-2，经过滤、70℃真空干燥箱内烘干备用，得到白炭黑丁苯橡胶JA3，其中，白炭黑纳米分散液和乳聚丁苯胶乳的用量使得制得的白炭黑丁苯橡胶中，白炭黑与丁苯橡胶的质量比为30：100，白炭黑丁苯橡胶JA3的门尼粘度如表1所示。
实施例4
配置10wt％硫酸稀溶液待用。称取1.8g十六烷基三甲基溴化铵溶于2L去离子水中，再加入180g硅酸钠溶液。将上述混合液置于95℃恒温水浴锅中。在机械搅拌条件下将10wt％硫酸溶液经蠕动泵(转速10rpm)加入到混合液中，待体系pH为8时停止加入硫酸。持续95℃恒温继续搅拌1h，得到表面活性剂体系白炭黑纳米分散液SA4，其固含量为18.9wt％。
称取上述白炭黑纳米分散液添加至乳聚丁苯胶乳在机械搅拌条件下强力混合2小时。在上述混合体系中加入10mL，2wt％絮凝剂CA-2，经过滤、70℃真空干燥箱内烘干备用，得到白炭黑丁苯橡胶JA4，其中，白炭黑纳米分散液和乳聚丁苯胶乳的用量使得制得的白炭黑丁苯橡胶中，白炭黑与丁苯橡胶的质量比为30：100，白炭黑丁苯橡胶JA4的门尼粘度如表1所示。
实施例5
配置10wt％硫酸稀溶液待用。称取1800g硅酸钠溶液、180g KH550加入到4L去离子水中。将上述混合液置于95℃恒温水浴锅中，在机械搅拌条件下将15wt％硫酸溶液经蠕动泵(转速10rpm)加入到混合液中，待体系pH为7.5时停止加入硫酸。持续95℃恒温继续搅拌3h，得到白炭黑纳米分散液SA5，其固含量为20.1wt％。
称取上述白炭黑纳米分散液添加至乳聚丁苯胶乳在机械搅拌条件下强力混合2小时。在上述混合体系中加入10mL，2wt％絮凝剂CA-2，经过滤、70℃真空干燥箱内烘干备用，得到白炭黑丁苯橡胶JA5，其中，白炭黑纳米分散液和乳聚丁苯胶乳的用量使得制得的白炭黑丁苯橡胶中，白炭黑与丁苯橡胶的质量比为30：100。白炭黑丁苯橡胶JA5的门尼粘度如表1所示。
实施例6
用量筒量取20mL盐酸，配成10wt％盐酸稀溶液待用。再分别称取30g硅酸钠溶液、3g KH550加入至0.8L去离子水中，再将上述混合液置于95℃恒温水浴中。在机械搅拌条件下，使用蠕动泵(转速10rpm)将盐酸稀溶液加入到硅酸钠及KH550混合溶液中，待混合体系pH为7时停止加入盐酸，持续恒温95℃搅拌2h，得到白炭黑纳米分散液SA6，其固含量为4.5wt％。
按照实施例1的方法制备白炭黑丁苯橡胶，制得白炭黑丁苯橡胶JA6，白炭黑丁苯橡胶JA6的门尼粘度如表1所示。
实施例7
用量筒量取20mL浓硫酸，配成10wt％硫酸稀溶液待用。再分别称取30g硅酸钠溶液、0.09g KH550加入至0.8L去离子水中(硅酸钠与表面改性剂的质量比为1：0.003)，再将上述混合液置于95℃恒温水浴中。在机械搅拌条件下，使用蠕动泵(转速10rpm)将硫酸溶液加入到硅酸钠及KH550混合溶液中，待混合体系pH为7时停止加入硫酸，持续恒温95℃搅拌2h，得到白炭黑纳米分散液SA7，其固含量为4.8wt％，放置24小时后SA7样品有明显分层现象。
按照实施例1的方法制备白炭黑丁苯橡胶，制得白炭黑丁苯橡胶JA7，白炭黑丁苯橡胶JA7的门尼粘度如表1所示。
实施例8
用量筒量取20mL浓硫酸，配成10wt％硫酸稀溶液待用。再分别称取30g硅酸钠溶液、7.5g KH550加入至0.8L去离子水中(硅酸钠与表面改性剂的质量比为1：0.25)，再将上述混合液置于95℃恒温水浴中。在机械搅拌条件下，使用蠕动泵(转速10rpm)将硫酸溶液加入到硅酸钠及KH550混合溶液中，待混合体系pH为7时停止加入硫酸，持续恒温95℃搅拌2h，得到白炭黑纳米分散液SA8，其固含量为5.3wt％。
白炭黑纳米分散液SA8的SEM扫描电镜结果如图3所示，当改性剂用量增多时，多个二氧化硅球形粒子被改性剂包裹，失去原有的球形形貌，形成不规则块状结构。
按照实施例1的方法制备白炭黑丁苯橡胶，制得白炭黑丁苯橡胶JA8，白炭黑丁苯橡胶JA8的门尼粘度如表1所示。
实施例9
用量筒量取20mL浓硫酸，配成10wt％硫酸稀溶液待用。再分别称取30g硅酸钠溶液、3g KH550加入至0.8L去离子水中，再将上述混合液置于60℃恒温水浴中。在机械搅拌条件下，使用蠕动泵(转速10rpm)将硫酸溶液加入到硅酸钠及KH550混合溶液中，待混合体系pH为7时停止加入硫酸，持续恒温60℃搅拌2h，得到白炭黑纳米分散液SA9，其固含量为0.39wt％，产量低。
按照实施例1的方法制备白炭黑丁苯橡胶，制得白炭黑丁苯橡胶JA9，白炭黑丁苯橡胶JA9的门尼粘度如表1所示。
对比例1
用量筒量取20mL浓硫酸，配成3wt％硫酸稀溶液待用。再分别称取30g硅酸钠溶液、3g KH550加入至0.8L去离子水中，再将上述混合液置于95℃恒温水浴中。在机械搅拌条件下，使用蠕动泵(转速10rpm)将硫酸溶液加入到硅酸钠及KH550混合溶液中，待混合体系pH为7时停止加入硫酸，持续恒温95℃搅拌2h，得到白炭黑纳米分散液D1，其固含量为0.84wt％，固含量低。
按照实施例1的方法制备白炭黑丁苯橡胶，制得白炭黑丁苯橡胶JD1，白炭黑丁苯橡胶JD1的门尼粘度如表1所示。
对比例2
用量筒量取20mL浓硫酸，配成25wt％硫酸稀溶液待用。再分别称取30g硅酸钠溶液、3g KH550加入至0.8L去离子水中，再将上述混合液置于95℃恒温水浴中。在机械搅拌条件下，使用蠕动泵(转速10rpm)将硫酸溶液加入到硅酸钠及KH550混合溶液中，待混合体系pH为7时停止加入硫酸，持续恒温95℃搅拌2h，得到白炭黑纳米分散液D2，其固含量为5.3wt％，白炭黑纳米分散液D2的SEM扫描电镜结果表明其粒径分布不均匀。
按照实施例1的方法制备白炭黑丁苯橡胶，制得白炭黑丁苯橡胶JD2，白炭黑丁苯橡胶JD2的门尼粘度如表1所示。
对比例3
称取51g市售白炭黑样品、3g KH550加入至0.8L去离子水中，再将上述混合液置于95℃恒温水浴中，在机械搅拌条件下得到成白炭黑分散液D3，固含量为5.1％。
按照实施例1的方法制备白炭黑丁苯橡胶，制得白炭黑丁苯橡胶JD3，白炭黑丁苯橡胶JD3的门尼粘度如表1所示。
对比例4
用量筒量取20mL浓硫酸，配成10wt％硫酸稀溶液待用。再称取30g硅酸钠溶液加入至0.8L去离子水中，将上述硅酸钠稀溶液置于95℃恒温水浴中。在机械搅拌条件下，使用蠕动泵(转速10rpm)将硫酸溶液加入到硅酸钠溶液中，待混合体系pH为7时停止加入硫酸，持续恒温95℃搅拌2h，得到白炭黑纳米分散液D4，其固含量为5.1wt％。
按照实施例1的方法制备白炭黑丁苯橡胶，制得白炭黑丁苯橡胶JD4，白炭黑丁苯橡胶JD4的门尼粘度如表1所示。
对比例5
用量筒量取20mL浓硫酸，配成10wt％硫酸稀溶液待用。再分别称取30g硅酸钠溶液、3g KH550加入至0.8L去离子水中，将上述硅酸钠稀溶液置于室温水浴中。在机械搅拌条件下，使用蠕动泵(转速10rpm)将硫酸溶液加入到硅酸钠及KH550混合溶液中，待混合体系pH为7时停止加入硫酸，持续室温搅拌2h，得到白炭黑纳米分散液D5，其固含量为0.72wt％。
按照实施例1的方法制备白炭黑丁苯橡胶，制得白炭黑丁苯橡胶JD5，白炭黑丁苯橡胶JD5的门尼粘度如表1所示。
表1
样品 门尼粘度(M)
JA1 115
JA2 108
JA3 118
JA4 110
JA5 113
JA6 123
JA7 124
JA8 119
JA9 121
JD1 129
JD2 125
JD3 133
JD4 139
JD5 132
由图4所示的硅酸钠、白炭黑纳米分散液SA1以及白炭黑纳米分散液SA2的红外光谱图可以看出KH550、KH570分子已经成功接枝到白炭黑的表面。
由表1可以看出，与传统湿法混炼得到的样品JD3相比较，利用本发明得到的样品(JA1，JA2，JA3，JA4，JA5)的门尼粘度均低于JD3，表明本发明提出的白炭黑分散液在丁苯胶乳中的分散性优于传统湿法。通过对样品JD4及JD5的门尼粘度的结果分析可知，表面改性剂及白炭黑的合成温度是影响白炭黑分散性的重要因素。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种制备白炭黑纳米分散液的方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)配置质量浓度为4-22wt％的酸溶液；
(2)在加热和搅拌条件下，将所述酸溶液加入至包含硅酸钠和表面改性剂的溶液中，进行搅拌，得到白炭黑纳米分散液。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述酸溶液的浓度为5-20wt％；
优选地，所述酸溶液选自硫酸溶液、盐酸溶液、硝酸溶液和磷酸溶液中的至少一种，优选为硫酸溶液。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述硅酸钠与所述表面改性剂的质量比为1:0.005-0.2，优选为1:0.05-0.15。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述表面改性剂选自偶联剂和/或表面活性剂；
优选地，所述硅烷偶联剂选自KH550、KH570、KH747和Si69中的至少一种；
优选地，所述表面活性剂选自阴离子表面活性剂和/或阳离子表面活性剂，优选为十二烷基磺酸钠和/或十六烷基三甲基溴化铵。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，步骤(2)中，所述加热的温度为70-95℃，优选为75-90℃；
所述搅拌的条件包括：搅拌的转速为300-1000rpm，优选为500-800rpm；搅拌的时间为0.5-3h，优选为1-2h。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，步骤(2)中，采用蠕动泵将所述酸溶液滴加至包含硅酸钠和表面改性剂的溶液中；
优选地，所述蠕动泵的转速为10-50rpm，优选为20-40rpm。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，所述方法还包括：步骤(2)中，所述酸溶液的加入量使得包含硅酸钠和表面改性剂的溶液的pH值至7-8。
8.由权利要求1-7中任意一项所述的方法制备得到的白炭黑纳米分散液。
9.根据权利要求8所述的白炭黑纳米分散液，其中，所述白炭黑纳米分散液的固含量为5-25wt％。
10.权利要求8或9所述的白炭黑纳米分散液在湿法混炼中的应用。
11.根据权利要求10所述的应用，其中，所述湿法混炼包括以下步骤：将所述白炭黑纳米分散液与橡胶胶乳进行搅拌混合，经干燥得到混炼胶；
优选地，所述白炭黑纳米分散液与所述橡胶胶乳的用量使得，混炼胶中白炭黑与橡胶的质量比为20-80:100；
优选地，所述搅拌的条件包括：搅拌的转速为600-1200rpm，搅拌的时间为0.5-3h。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116693944A (zh) * 2023-04-13 2023-09-05 山东宝力科技有限公司 一种耐磨轮胎胶料组合物及其制备方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3969295A (en) * 1973-12-21 1976-07-13 Elektrokemiska Aktiebolaget Aqueous latex material to be used for production of reinforced plastics and binders and method for producing the same
CN102092721A (zh) * 2010-11-24 2011-06-15 陈君华 硫酸沉淀法制备纳米级白炭黑的方法
CN103803558A (zh) * 2013-12-20 2014-05-21 浙江中天氟硅材料有限公司 一种利用有机硅含尘尾气水解物制备沉淀法白炭黑的方法
CN104212108A (zh) * 2014-09-11 2014-12-17 南京江宁大工聚合物科学工程研究院 一种白炭黑湿法混炼胶的制备方法
CN105236429A (zh) * 2015-09-14 2016-01-13 安徽确成硅化学有限公司 一种超高分散白炭黑的制备方法
CN108101068A (zh) * 2017-12-28 2018-06-01 无锡恒诚硅业有限公司 一种高结构度、高补强白炭黑的制备方法及由其得到的白炭黑
CN108164754A (zh) * 2017-12-28 2018-06-15 无锡恒诚硅业有限公司 一种改性白炭黑的制备方法及由其得到的改性白炭黑
CN108584966A (zh) * 2018-06-22 2018-09-28 确成硅化学股份有限公司 一种高分散高补强性白炭黑的制备方法
CN111777774A (zh) * 2020-07-16 2020-10-16 株洲安宝麟锋新材料有限公司 湿法混炼胶料的无酸制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3969295A (en) * 1973-12-21 1976-07-13 Elektrokemiska Aktiebolaget Aqueous latex material to be used for production of reinforced plastics and binders and method for producing the same
CN102092721A (zh) * 2010-11-24 2011-06-15 陈君华 硫酸沉淀法制备纳米级白炭黑的方法
CN103803558A (zh) * 2013-12-20 2014-05-21 浙江中天氟硅材料有限公司 一种利用有机硅含尘尾气水解物制备沉淀法白炭黑的方法
CN104212108A (zh) * 2014-09-11 2014-12-17 南京江宁大工聚合物科学工程研究院 一种白炭黑湿法混炼胶的制备方法
CN105236429A (zh) * 2015-09-14 2016-01-13 安徽确成硅化学有限公司 一种超高分散白炭黑的制备方法
CN108101068A (zh) * 2017-12-28 2018-06-01 无锡恒诚硅业有限公司 一种高结构度、高补强白炭黑的制备方法及由其得到的白炭黑
CN108164754A (zh) * 2017-12-28 2018-06-15 无锡恒诚硅业有限公司 一种改性白炭黑的制备方法及由其得到的改性白炭黑
CN108584966A (zh) * 2018-06-22 2018-09-28 确成硅化学股份有限公司 一种高分散高补强性白炭黑的制备方法
CN111777774A (zh) * 2020-07-16 2020-10-16 株洲安宝麟锋新材料有限公司 湿法混炼胶料的无酸制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116693944A (zh) * 2023-04-13 2023-09-05 山东宝力科技有限公司 一种耐磨轮胎胶料组合物及其制备方法
CN116693944B (zh) * 2023-04-13 2024-04-19 山东宝力科技有限公司 一种耐磨轮胎胶料组合物及其制备方法

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