[发明专利]一种双相裂解炭黑/白炭黑复合填料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于裂解炭黑改性领域，具体涉及一种双相裂解炭黑/白炭黑复合填料及其制备方法。

背景技术

填料种类的选择是决定橡胶复合材料最终性能的关键因素之一。应用于橡胶材料补强的填料(例如炭黑和白炭黑)均为纳米材料，因此其具有纳米材料的大多数特性，例如自由基效应，强吸附效应，不饱和价效应，电子隧道效应等。然而，不同填料填充的橡胶复合材料所表现出的各项性能却截然不同，在橡胶工业，平衡并提升橡胶复合材料的综合性能是推进填料发展的主要驱动力。

废旧轮胎的处理有翻新、再生、燃烧等很多种，其中热解炭黑是废旧轮胎在无氧或者少量氧气存在的条件下高温裂解所得到的固体产物，裂解炭黑填料用于橡胶制品在生产成本、能源消耗、环境保护等方面，与传统补强剂炭黑、白炭黑相比，具有很大的优势。但是这种由高温热解法得到的热解炭黑与普通工业炭黑相比，表面炭质沉淀多，活性低，表面灰分高，表面空隙少，所以其粉体性能、表面性能与一般补强炭黑有一定的差距，这就决定了裂解炭黑的补强性能不是很强，并不能直接利用到橡胶中去，需要通过表面处理技术，采用物理、化学的方法将裂解炭黑进行改性处理，可提高裂解炭黑的利用价值，拓展裂解炭黑的应用领域，提高裂解炭黑的应用层次，达到环保目的。裂解炭黑CBp的主要组成与工业炭黑HAF(N330)、FEF(N550)的成分对比如下表1所示，因此，裂解炭黑的改性及应用方面的工作势在必行。

表1 裂解炭黑与工业炭黑N330、N550的组成对比

发明内容

为解决裂解炭黑的补强性能较差的技术问题，本发明提供了一种双相裂解炭黑/白炭黑复合填料及其制备方法，采用物理、化学的方法对裂解炭黑进行改性，制备具有核壳结构的裂解炭黑-白炭黑双相复合填料。

一种双相裂解炭黑/白炭黑复合填料的制备方法，包括如下步骤：

1)对裂解炭黑进行物理改性：采用机械方法将裂解炭黑粉碎，得到裂解炭黑粉末；

2)对裂解炭黑进行化学改性：将上述裂解炭黑粉末放入氧化剂中进行氧化反应，在裂解炭黑粒子的表面产生含氧基团；

3)制备裂解炭黑-白炭黑核壳双相填料：将上述改性后的裂解炭黑分散到溶剂中，加入有机硅进行反应，在改性后的裂解炭黑的表面生成二氧化硅，经洗涤、干燥后得到本发明的双相裂解炭黑/白炭黑复合填料。

进一步的，所述步骤(1)中机械方法为气流磨、超音速气流粉碎或微波辅助。

进一步的，所述步骤(1)中裂解炭黑粉末的粒径为0.2-3um。

进一步的，所述步骤(2)中氧化剂为过氧化氢、硝酸、臭氧或硫酸，所述氧化反应时间为0.5-48h。

进一步的，所述步骤(2)中将裂解炭黑粉末与氧化剂进行反应，所述裂解炭黑与氧化剂的摩尔比为1:2-5，反应时间为24-36h，得到表面羧酸化的裂解炭黑。

进一步的，所述步骤(2)中将表面羧酸化的裂解炭黑与亚硫酰氯进行反应，所述表面羧酸化的裂解炭黑与亚硫酰氯的用量比为1g：20-40ml，反应时间为3-36h，得到酞氯化的裂解炭黑；然后在氢气保护下，加入乙二醇或丙三醇，反应24h，生成表面羟基化的裂解炭黑；所述乙二醇或丙三醇与亚硫酰氯的用量相同。

进一步的，所述步骤(3)中溶剂为酒精或水，所述裂解炭黑与溶剂的用量比为1g/10-100ml。

进一步的，所述步骤(3)中有机硅为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯；所述裂解炭黑与有机硅的用量比例为1g/1-20ml。

进一步的，所述步骤(3)中加入有机硅反应2-48h，生成二氧化硅的厚度为0.05-0.5um。

本发明还提供了一种双相裂解炭黑/白炭黑复合填料的制备方法得到的双相裂解炭黑/白炭黑复合填料。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明采用物理、化学的方法对裂解炭黑进行改性，制备具有核壳结构的裂解炭黑-白炭黑双相复合填料，内层核结构为炭黑，外层壳结构为二氧化硅。这种具有核壳结构的双相填料，不仅可以有效防止传统二氧化硅纳米颗粒的团聚现象发生，还可以具有炭黑填料的优秀性能。

附图说明

图1.本发明的双相裂解炭黑/白炭黑复合填料的制备方法流程示意图；

图2.未经处理的裂解炭黑红外图；

图3.经过表面羟基化后的裂解炭黑红外图；

图4.本发明的双相裂解炭黑/白炭黑复合填料的电镜照片。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。