[发明专利]一种硅烷基硫化金属化合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机化合物领域，具体涉及一种含硅的有机化合物添加剂及其制备。 

背景技术

白炭黑是橡胶工业中一种重要的补强填料，1992年法国米其林公司将大量白炭黑用于轿车轮胎胎面胶，制造了第1代节能环保轮胎，成为“绿色轮胎”。绿色轮胎的滚动阻力比普通轮胎减少20％左右，并具有生热低、抗撕裂和抗湿滑性好的特点。但是由于白炭黑粒径小、易飞扬和聚集，在橡胶中不易分散，因此限制了白炭黑的应用。 

白炭黑的分散性及其他性能的发挥就必须与硅烷偶联剂并用，可以说硅烷偶联剂是继白炭黑成为橡胶补强剂之后发展起来的一种新型助剂，硅烷偶联剂可以有效地将白炭黑填料与橡胶分子有机地结合起来，提高橡胶制品的加工性能和力学性能，典型的是市售的Si69和Si75。使用硅烷偶联剂作为分散剂来改善白炭黑的分散性，解决了白炭黑与胶料的亲和性，改善了胶料的加工性能，提高胶料的定伸应力、拉伸强度、撕裂强度及耐磨性。同时，含硫类硅烷偶联剂(如Si69、Si75)作为含硫给予体，可以参与橡胶的交联反应，在胶料加工过程中既可以起到偶联剂的作用，又可以起到硫化活化剂的作用。 

硫磺是不饱和橡胶，如天然橡胶(NR)、顺丁橡胶(BR)和丁苯橡胶(SBR)最常用的硫化剂。天然橡胶与硫磺之间的交联反应离不开氧化锌的活化作用，氧化锌在硫化前期与硬脂酸发生化学反应生成硬脂酸锌，与硫化促进剂的含硫或含氮官能团形成配位活性前驱体，催化硫分子的插入开环，从而引发硫原子与不饱和橡胶分子链中的双键和烯丙位的活泼氢原子脱氢化学交联；在硫化后期氧化锌残留在橡胶中， 并没有综合利用，给环境带来了污染。随着低碳经济时代的到来，锌污染得到越来越高的重视，开发氧化锌的替代产品受到橡胶加工助剂领域越来越多的重视。 

目前国内用以替代氧化锌的硫化活化剂产品主要有纳米氧化锌、有机锌等。纳米氧化锌，由于纳米氧化锌具有粒径小和比表面积大的特点，使锌含量增加，可起减量效果，但必须解决纳米氧化锌在纯态和橡胶中的团聚倾向才能真正发挥其效果。有机锌化合物，如双甲基对苯二甲酸二锌、丙烯酸锌等产品，结构中引入有机成分，减少了有机锌化合物中的锌含量(从原来的80％降至40％、30％、25％甚至20％)，有机锌和普通氧化锌相比具有锌含量和重金属含量低，密度低，防老化性能好的特点。有机锌可提高胶料的交联密度，增强橡胶的强度，稳控硫化过程，不降低橡胶物理性能，还可提高其拉伸强度及断裂伸长率，可大幅度提高橡胶的耐热老化性能。同时，有机锌表现出更好的环保型，锌元素的减少可减轻重金属对环境的污染。 

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明的目的是提出一种集偶联剂、补强剂和硫化活化剂为一体的硅烷基硫化金属化合物。本发明提供的硅烷基硫化金属化合物，在胶料硫化过程中既可以起到活化作用，提高胶料硫化速度；又可以作为补强剂、偶联剂改善无机填料与橡胶大分子的相容性，提高无机填料(如白炭黑)的分散性能，改善胶料的加工性能和力学性能。 

本发明的另一目的是提出所述硅烷基硫化金属化合物的制备方法。 

实现本发明上述目的技术方案为： 

一种硅烷基硫化金属化合物，其结构通式为： 

式中，M为Zn、Cu、Fe中的一种，R₁、R₂互相独立地为乙基或丙基，R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈互相独立地选自H、甲基、乙基中的一种。 

一种制备所述的硅烷基硫化金属化合物的方法，包括以下步骤： 

步骤1.称取含硫硅烷溶解到有机溶剂A中， 

所述含硫硅烷选自3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、2-巯基乙基三乙氧基硅烷、巯基甲基三甲氧基硅烷、巯基甲基三乙氧基硅烷、双(丙基三乙氧基硅烷)二硫化物、双(三乙氧基硅烷丙基)三硫化物、双(丙基三乙氧基硅烷)四硫化物、双(三乙氧基硅烷甲基)二硫化物、双(三乙氧基硅烷甲基)三硫化物、双(三乙氧基硅烷甲基)四硫化物中的一种或两种以上混合物； 

步骤2.称取脂肪酸金属盐溶解到有机溶剂B中，所述脂肪酸金属盐分子通式为R'-COOM，R'为氢或烃基，M为Zn、Cu、Fe中的一种； 

步骤3.将步骤2所得的溶液滴加到步骤1所得的溶液中，回流条件下搅拌反应1～6h， 

步骤4.停止搅拌，自然冷却到室温， 

步骤5.抽滤、洗涤、烘干。