[发明专利]并用AEO和硅烷偶联剂改性白炭黑及其与橡胶复合的方法

说明书

并用AEO和硅烷偶联剂改性白炭黑及其与橡胶复合的方法涉及将AEO(脂肪族聚氧乙烯醚)应用于配合硅烷偶联剂湿法改性白炭黑领域。利用AEO两亲性及其能够接枝于白炭黑的特性，以期能够达到使难溶于水的硅烷偶联剂在水相中直接改性白炭黑的目的。与传统的硅烷偶联剂在水相中改性白炭黑的方法相比，该方法避免了大量有机溶剂的使用，节约了白炭黑改性成本，显著降低了在改性过程中产生的VOC排放，有利于环境保护。该改性方法的特征在于，引入了白炭黑质量1％‑100％的AEO及白炭黑质量1％‑100％的硅烷偶联剂改性白炭黑。改性后的白炭黑能够用多种方法与橡胶复合，所制得的复合材料中白炭黑分布均匀，动态力学性能及强度较现有的湿法改性白炭黑/橡胶复合材料有明显提升。

技术领域

本申请涉及无机纳米粉体改性技术领域，更具体的涉及一种白炭黑有机化改性及其与橡胶复合的方法。

背景技术

白炭黑是硅酸盐和无定形硅酸的总称，是一种组成可用SiO₂·nH₂O表示的多孔性物质，其物理形态为白色粉末状，又称为水合二氧化硅。其一次颗粒粒径在10-40nm之间，比表面积值在20-360m²·g^-1之间，DBP测试值在1.4-2.6cm³·g^-1之间。白炭黑是橡胶领域中一种常用的补强填料，其能在提升胶料的物理机械性能的同时，能够有效降低胶料滞后，作为填料这些特性在制备节能环保的“绿色轮胎”胎面胶中是难以替代的。因此，使用白炭黑作为补强体系制备的橡胶复合材料逐渐受到人们的重视，近年来，白炭黑在补强橡胶方面的用量几乎每年都在增长。但因白炭黑的表面存在大量的硅羟基，使其具有亲水性和易于自聚的特性，这使其在水中易于团聚，而且与高分子材料结合性能不佳。因此，白炭黑想要在橡胶基体中高份数添加时，需要加入改性剂对其表面改性，以此降低白炭黑在有机基体中的团聚，同时增强白炭黑与橡胶的相容性。通常，应用于白炭黑的改性剂是能够与白炭黑表面上的大量硅羟基发生反应的化学物质，其中，以Si-69为代表的硅烷偶联剂在白炭黑/橡胶复合材料的制备中应用最为广泛。硅烷偶联剂的通式表示为RSiX₃，其中X表示烷氧基，R为有机官能团；烷氧基团通过水解能够得到羟基，该羟基能够与白炭黑表面的硅羟基反应，而有机官能团通常是能够与橡胶分子链在硫化过程中反应的基团；以此实现了硅烷偶联剂在白炭黑与橡胶基体间的桥接作用。然而，硅烷偶联剂中的烷氧基形式复杂，部分烷氧基团在纯水中也难以水解(如乙氧基)，另一部分烷氧基团虽易于水解，但是存在强烈的自聚(如甲氧基)，因此将硅烷偶联剂其应用于白炭黑水相改性中，通常要通过加入有机溶剂，调节PH值的方式来控制其水解与自聚，这导致其使用条件十分复杂。而AEO(脂肪醇聚氧乙烯醚)，结构式为CH₃(CH₂)_m(OCH₂CH₂)_nOH(m的值在3-20之间，n的值在3-15之间)，作为一种非离子型表面活性剂，同时具有亲水与疏水基团，因此其能够良好的溶于水中，并将不易溶于水的硅烷偶联剂包覆住，形成悬浮液滴。同时，实验证实AEO末端具有羟基基团，能够和白炭黑表面的硅羟基反应。因此，在AEO具有的包覆硅烷偶联剂及与白炭黑反应两大特性作用下，能够实现硅烷偶联剂直接接触白炭黑表面的目的，以此克服了硅烷偶联剂不水解或者水解后快速自聚的问题。

本发明并用AEO和硅烷偶联剂湿法改性白炭黑，实现了高份数白炭黑在橡胶基体中填充并良好分散，同时显著提升了橡胶材料的强度及动态性能。

发明内容

本发明引入了AEO，并使其与硅烷偶联剂并用，实现了硅烷偶联剂在纯水中，不加其他有机溶剂的情况下改性白炭黑，并使改性后的白炭黑能与橡胶良好复合。

1.并用AEO和硅烷偶联剂改性白炭黑及其与橡胶复合的方法，步骤如下：

1)制备并用AEO和硅烷偶联剂改性的有机化白炭黑浆液：AEO为脂肪醇聚氧乙烯醚的简称；