[发明专利]一种粒径可控的具有核壳结构的疏水白炭黑的制备方法

说明书

本发明属于白炭黑领域，公开了一种粒径可控的具有核壳结构的疏水白炭黑的制备方法。本发明所述的制备方法包括：配制硅酸钠溶液，并在其中加入酸性催化剂，调节体系的PH值在10～10.5之间，反应20～35min，继续添加酸性催化剂，调节体系的PH值在3.5～4.6之间，反应40～60min后加入疏水改性剂，并加入共溶剂，然后在50～80℃反应1～12h，再通过压滤、洗涤、干燥得到核壳结构的疏水白炭黑。本发明通过白炭黑与疏水改性剂共缩合的方法降低了白炭黑表面的羟基数量，降低了干燥过程中白炭黑之间的聚集，从而实现了粒径可控、疏水性好、高比表、高吸油白炭黑的制备。

技术领域

本发明涉及白炭黑领域，具体是涉及一种粒径可控的具有核壳结构的疏水白炭黑的制备方法。

背景技术

由于二氧化硅在橡胶中可以起到类似炭黑的补强作用而且它的颜色是白色的，所以被称为白炭黑。目前制备白炭黑的方法主要两种：沉淀法和气相法，由于气相法生产工艺复杂、成本高、产量低，因此目前国内所有生产白炭黑的方法仍然以沉淀法为主。

由于白炭黑的化学性质稳定、绿色无毒、耐高温、具有很高的比表面积，因此白炭黑广泛应用于橡胶工业、涂料、油漆、消泡剂、工程塑料中充当填充剂和增强剂。白炭黑一般在聚合物材料中作为添加剂来使用，但是白炭黑在使用中存在以下问题：(1)白炭黑与聚合物材料的相容性较差，在共混过程中容易出现相分离；(2)白炭黑表面含有大量的硅羟基，导致其具有很高的表面能，白炭黑之间容易聚集形成更大的白炭黑颗粒，导致白炭黑在聚合物材料中形成应力集中，进而降低了材料本身的性能和使用寿命；(3)沉淀法制备的白炭黑的粒径太大，一般都达到了10μm以上；(4)白炭黑表面大量的羟基不仅会影响其与橡胶的相容性，还会导致橡胶的硫化时间增加，生产效率降低。这些问题限制了白炭黑的应用领域。

目前常见的改性方法主要分为两种：一种是物理改性，即利用白炭黑表面的多孔性、高比表面积的特性，在白炭黑表面吸附一层有机物；另一种是化学改性，即通过将白炭黑表面的硅羟基与化学表面修饰剂反应，通过降低白炭黑表面羟基的数量，使白炭黑具有疏水性。由于物理改性制备的疏水白炭黑持久性差，而且制备的疏水白炭黑粒径较大，因此应用前景较差。

目前通过化学改性制备疏水白炭黑主要是通过硅烷偶联剂、含有功能端基的硅油等作为改性剂，通过物理研磨法，或者先将白炭黑分散在合适的溶剂中再进行表面接枝改性。但是这两种方法存在制备流程较为复杂、后处理复杂、容易造成环境污染的缺点，且改性后的白炭黑粒径并没有明显变化，依旧达到十几微米至几十微米。而目前关于小粒径白炭黑的制备方法主要是通过气相法来制备，但是气相法技术门槛比较高，国内市场基本被外资企业所垄断。国内大部分企业是通过物理研磨的方法来制备小粒径白炭黑，物理研磨一般分为湿法研磨和干法研磨，湿法研磨需要在白炭黑中加入分散剂，在干燥过程中白炭黑依旧会出现聚集，而且会引入杂质；干法研磨改性的主要缺点是很难在白炭黑表面处理均一化，而且会消耗大量的改性剂，使用的设备复杂昂贵，会大幅度增加企业的生产成本。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供了一种粒径可控的具有核壳结构的疏水白炭黑的制备方法，该方法具有流程简洁、绿色环保、容易大规模应用等优点。

为达到本发明的目的，本发明粒径可控的具有核壳结构的疏水白炭黑的制备方法包括以下步骤：

(1)在反应釜中配制硅酸钠溶液；

(2)在硅酸钠溶液中加入酸性催化剂，调节体系的PH值在10-10.5之间，反应温度为50-90℃，搅拌速度为30-100rpm，反应20-35min，然后继续添加酸性催化剂，调节体系的PH值在3.5-4.6之间，反应40-60min，即得到白炭黑的悬浮液；

(3)在上述悬浮液中加入疏水改性剂RSi(OR₁)₃，并加入共溶剂，然后在50-80℃反应1-12h即得到疏水白炭黑的悬浮液；