[发明专利]高分散的橡胶配合剂用纳米白炭黑的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分散的橡胶配合剂用纳米白炭黑的制备方法，属于化工应用技术领域。

背景技术

直接制备的纳米白炭黑，是一种白色、无毒、无定形的微细粉末状硅化合物，具有多孔性、可分散性、质轻、化学性质稳定、耐高温、不燃烧、电绝缘性好等优异性能，可对橡胶起到增稠和补强作用。

但是纳米白炭黑内部的聚硅氧、表面的活性硅醇基及其对水的吸附，使其呈亲水性。而且，由于纳米白炭黑表面存在羟基，表面能较大，聚集体总倾向于凝聚。这些因素使纳米白炭黑在橡胶中难以大量分散，而限制了白炭黑在橡胶中的应用。因而如何提高纳米白炭黑的分散性是其在橡胶中广泛应用的首要问题。

目前纳米白炭黑的改性主要是以KH-硅烷偶联剂的无水乙醇溶液作为改性剂，经过改性后，纳米白炭黑的DBP吸油值虽然有所提高，分散性能得到改善，但改善仍然不显著，而且以无水乙醇作溶剂，生产成本很高，对环境有一定的污染。因此，如何显著改善纳米白炭黑的分散性，降低生产成本，成为纳米白炭黑在橡胶中广泛应用的瓶颈。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高分散的橡胶配合剂用纳米白炭黑的制备方法，经此方法改性后的纳米白炭黑，其DBP吸油值可显著提高，在橡胶中能较好分散，能极大地增强橡胶的强度，同时又不污染环境。

按照本发明提供的技术方案，所述高分散的橡胶配合剂用纳米白炭黑的制备方法，包括以下步骤：

(1)、将白炭黑分散于去离子中，充分分散形成反应体系，白炭黑与去离子水的质量比为1∶8～12；

(2)、向反应体系中滴加硅烷偶联剂水溶液，滴加速度为2～4ml/min，硅烷偶联剂水溶液的摩尔浓度为0.3～0.5mol/l，硅烷偶联剂水溶液的加入量为24～28ml/10g白炭黑；

(3)、加入硅烷偶联剂水溶液的反应体系在75～85℃下反应1小时20分钟到1小时40分钟得到纳米白炭黑。

制得的纳米白炭黑的DBP吸油值为3.2～35cm³/g。

所述DBP值是指在规定的试验条件下，1g白炭黑吸收邻苯二甲酸二丁酯(DBP，di-n-butyl phthalate)的体积(cm³)数。用来表征白炭黑的聚集程度。DBP值可以计算白炭黑聚集体之间的空隙体积，故是白炭黑聚集和附聚程度的量度。白炭黑用作橡胶填充剂时，其粒子的聚集程度影响白炭黑硫化胶的使用性能。

所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-570、硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-550。

所述硅烷偶联剂KH-570的化学名称：γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，可购自南京立派化工有限公司等。相当于美国联碳公司A-174、美国道康宁公司Z-6030、日本信越公司KBM-503、德国华克公司GF-31。是一种无色透明液体，沸点255℃，密度P25℃1.045g/cm³，折光率n25D1.429，闪点88℃，溶于甲苯、乙醚、卤代烃等有机溶剂，在酸性或碱性条件下水解。

硅烷偶联剂KH-560的化学名称：γ-(2.3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷，可购自湖北蓝天化工产品有限公司。

硅烷偶联剂KH-550(SG-Si1100)的化学名称：γ-氨丙基三乙氧基硅烷，英文名-Aminopropyltriethoxysilane，CAS编号：919-30-2。

本发明用低成本、无污染的溶剂来溶解改性剂，对纳米白炭黑进行改性，来极大地提高纳米白炭黑的DBP吸油值，显著改善纳米白炭黑的分散性；与现有的方法相比，可特别有效地提高纳米白炭黑的DBP吸油值，改善其在橡胶中的分散性，并降低生产成本。

具体实施方式

本发明将在以下的实施例中进一步阐述，但这并不应成为对发明范围的限制。本发明的白炭黑、硅烷偶联剂均为市售。

实施例1

30克市售纳米白炭黑分散于300ml去离子水中形成反应体系，将80ml摩尔浓度为0.3mol/l的硅烷偶联剂KH-570水溶液以3ml/min的速度逐滴加入到反应体系中，反应体系在80℃的水浴中反应1小时30分钟，其DBP吸油值可达到3.40cm³/g。

实施例2

将20克市售纳米白炭黑分散于160ml去离子水中，将50ml摩尔浓度为0.4mol/l的硅烷偶联剂KH-560的水溶液以2ml/min的速度逐滴加入到反应体系中，反应体系在75℃的水浴中反应1小时40分钟，其DBP吸油值可达到3.20cm3/g。

实施例3

将40克市售纳米白炭黑分散于480ml去离子水中，将98ml摩尔浓度为0.5mol/l的硅烷偶联剂KH-550水溶液以4ml/min的速度逐滴加入到反应体系中，反应体系在85℃的水浴中反应1小时20分钟，其DBP吸油值可达到3.50cm³/g。