[发明专利]一种白炭黑橡胶补强剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及橡胶补强剂，尤其是涉及一种白炭黑橡胶补强剂及其制备方法。

背景技术

白炭黑即水合二氧化硅，它具有良好的分散性、补强性、消光性、增稠性等，因此被广泛应用于橡胶、塑料、涂料、造纸、油墨、日用化工等行业，是化工行业最热门的产品之一。白炭黑作为橡胶工业的重要补强剂，其比表面积大、粒径小，表面有较多的自由羟基，这些自由羟基能够与橡胶分子形成物理或化学结合，从而达到补强的效果。近十几年来，由于欧洲和北美对环保和节能的要求日益严格，将白炭黑用于轮胎胎面，可以显著降低轮胎的滚动阻力，同时又能保持较好的抗冰滑性和抗湿滑性。1981年Rhone Poulenc公司申请了轮胎用高分散性白炭黑专利；1991年人们提出“绿色轮胎”的概念；1992年，米其林公司率先制造出全用白炭黑的“绿色轮胎”，其滚动阻力较一般轮胎降低30%，节油及减少汽车废气效果显著；而后易分散或高分散性白炭黑普及。但是由于传统白炭黑品种的分散性不好，配用白炭黑的胎面胶，虽然滚动阻力比配用炭黑的低，但其耐磨性能却比配用炭黑的差得多。为了适应绿色轮胎快速发展对白炭黑的要求，国外几家主要制造商都已经生产供应、并仍在进一步研究开发分散性较好的白炭黑产品。目前，白炭黑已经发展了以下三代产品:第一代是传统的或被称为“标准”的白炭黑品种。第二代被称为易分散性白炭黑(Easy Dispersible Silica,简称EDS)。第三代被称为高分散性白炭黑(High Dispersible Silica，简称HDS)，分散性和补强性更好（参见专利文献：EP0607253A1,WO2004065299A1,EP1577264A1,US5403570,US5547502,US7494636,US7628971等）。在工业上生产白炭黑的方法主要有液相沉淀法和气相法（CVD）。沉淀法以水玻璃和无机酸为原料，经沉淀反应、老化、洗涤、干燥和造粒得到白炭黑产品，该生产工艺简单、原料便宜易得，所需设备投入少、能耗相对较低，是国内企业普遍采用的方法。但是，沉淀法制备得到的白炭黑产品分散性不足，难以达到轮胎橡胶或高档硅橡胶的使用要求，存在结构化严重、补强效果差、易黄变等问题，需要通过其他工艺的控制才能制备得到高分散性的白炭黑，而这些技术主要垄断于国外企业。气相法是采用四氯化硅为原料，在高温下反应生产二氧化硅，所得产品粒径小、纯度高、性能优越，但是该生产方法设备投入大、能耗高、生产效率较低，因此产品价格较为昂贵，不利于气相白炭黑的普及应用。自上世纪五十年代，我国就开始工业化生产二氧化硅，由于生产技术水平的提高和其他行业的需求带动，国内沉淀二氧化硅的产量和品种发展迅猛，目前，我国沉淀二氧化硅的产能已经突破百万吨，品种多达几十种。虽然我国是沉淀二氧化硅的生产大国，生产的产品不仅满足国内需求，还有相当部分出口到东南亚等国家，但是主要都是一些中低档的二氧化硅产品，对于一些高档二氧化硅如轮胎胎面胶补强剂、高档硅橡胶补强剂等都需要从国外进口，并且呈现逐年增长的趋势。因此，开发并生产自有的高分散性橡胶补强剂是国内企业面临的机遇与挑战。