一種原位功能化改性白炭黑的制備方法
【專利摘要】一種原位功能化改性白炭黑的制備方法，涉及一種炭黑的制備方法，本發(fā)明是一種用羥基羧酸酯改性白炭黑的新方法，利用羥基羧酸酯對(duì)白炭黑進(jìn)行功能化改性，生產(chǎn)易分散優(yōu)質(zhì)白炭黑，本發(fā)明的內(nèi)容是利用水玻璃溶液和去離子水配制一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水玻璃溶液、配制一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的有機(jī)酸，并加入氯化鈉作為穩(wěn)定劑，恒定溫下攪拌均勻，在恒溫?cái)嚢璧耐瑫r(shí)，滴加有機(jī)酸，調(diào)節(jié)pH為7時(shí)，加入羥基羧酸酯和催化劑，繼續(xù)反應(yīng)一定時(shí)間；最后將沉淀物過(guò)濾、洗滌、干燥、粉碎即得白炭黑。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：原料廉價(jià)易得，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)出的白炭黑粒徑小，分散性好，整體性能優(yōu)于傳統(tǒng)沉淀法白炭黑，單位產(chǎn)品能耗及生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種原位功能化改性白炭黑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種炭黑的制備方法，特別是涉及一種原位功能化改性白炭黑的制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 白炭黑是一種白色無(wú)定形結(jié)構(gòu)的微細(xì)粉末，其密度、分散性、化學(xué)性質(zhì)、耐熱性、可 燃性及電絕緣等性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)，白炭黑應(yīng)用廣泛，主要應(yīng)用于橡膠、制藥、造紙、油墨、塑 料及涂料等領(lǐng)域。
[0003] 近年來(lái)，由于沉淀法白炭黑生產(chǎn)成本增大，白炭黑市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。為了降低生 產(chǎn)成本，在市場(chǎng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位，國(guó)內(nèi)企業(yè)一直在尋求理想硅源以生產(chǎn)白炭黑。目前，制備 白炭黑的原料已從傳統(tǒng)的硅烷和水玻璃擴(kuò)展到無(wú)機(jī)非金屬礦，并進(jìn)一步發(fā)展到工業(yè)廢棄物 和生物原料，無(wú)機(jī)非金屬礦制備白炭黑是一項(xiàng)新技術(shù)，我國(guó)非金屬礦資源非常豐富，但在 開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中有許多非晶態(tài)白炭黑并未得到很好的利用。充分利用無(wú)機(jī)非金屬礦、工業(yè) 廢渣和生物資源，不僅可以降低白炭黑的生產(chǎn)成本，而且能提高資源利用率和經(jīng)濟(jì)。
[0004] 由于歐盟標(biāo)簽法的限定，我國(guó)乃至世界輪胎行業(yè)需要大量?jī)?yōu)質(zhì)白炭黑用以降低輪 胎的滾動(dòng)阻力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)油和降低排放的目標(biāo)，但目前白炭黑添加橡膠中需要較多的偶 聯(lián)劑，增加成本，而且導(dǎo)致橡膠耐磨性降低的弊端，為此需要進(jìn)一步對(duì)白炭黑進(jìn)行改性，提 高與橡膠結(jié)合的緊密度。
[0005] 常見(jiàn)的白炭黑礦物質(zhì)硅源主要有:硅灰石、煤矸石、蛋白石、硬質(zhì)高嶺土、高嶺土、 埃洛石、硅藻土、膨潤(rùn)土、蛇紋石、石英砂、粉煤灰、黃磷礦、海泡石等。把這些礦石經(jīng)過(guò)粉碎 后，采用酸浸或堿浸，再經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)PH，過(guò)濾，干燥等步驟，即可制得符合標(biāo)準(zhǔn)的白炭黑。大量 實(shí)驗(yàn)表明，該法生產(chǎn)的白炭黑一方面成本低，比沉淀法的成本還低，但是產(chǎn)品的質(zhì)量較差， 本發(fā)明是在非金屬礦物的制備白炭黑的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)白炭黑進(jìn)行功能化改性，控制羥 基羧酸酯的用量，達(dá)到對(duì)白炭黑改性的目的，以降低二氧化硅表面的能態(tài)，提高其在聚合物 中的分散性和相容性，使其有更廣泛的用途。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種原位功能化改性白炭黑的制備方法，該方法以羥基羧 酸酯對(duì)白炭黑進(jìn)行功能化改性，提高了白炭黑粒度及其分散性，提高產(chǎn)品與橡膠的結(jié)合能 力，降低動(dòng)態(tài)生熱，進(jìn)而獲得高性能的橡膠復(fù)合材料。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 一種原位功能化改性白炭黑的制備方法，所述方法包括以下過(guò)程： 首先，利用無(wú)機(jī)礦石制備水玻璃并除雜再稀釋濃度，如，水玻璃溶液稀釋或濃縮至質(zhì)量 濃度為25%_35%，添加穩(wěn)定劑，穩(wěn)定劑的質(zhì)量濃度為1%_6%;然后在有機(jī)酸酸化處理的反應(yīng)溫 度為70 °C-85 °C下均勻緩慢滴加有機(jī)酸進(jìn)行酸化處理，直至PH為7時(shí)停止滴加；加入功能改 性劑和催化劑，加入改性劑反應(yīng)2h-5h，陳化，將沉淀物經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥、粉碎即得產(chǎn)品。
[0008] 所述的一種原位功能化改性白炭黑的制備方法，所述有機(jī)酸選自甲酸，乙酸，丙 酸，乙二酸，丙二酸的一種或多種。
[0009] 所述的一種原位功能化改性白炭黑的制備方法，所述有機(jī)酸的質(zhì)量濃度為10%-20% 〇
[0010] 所述的一種原位功能化改性白炭黑的制備方法，所述功能改性劑羥基羧酸酯選自 單硬脂酸甘油酯，檸檬酸甘油酯，單乙酸甘油酯，油酸甘油酯的一種或多種。
[0011] 所述的一種原位功能化改性白炭黑的制備方法，所述羥基羧酸酯的質(zhì)量濃度為 1%-10%〇
[0012] 所述的一種原位功能化改性白炭黑的制備方法，所述催化劑對(duì)甲苯磺酸的質(zhì)量濃 度為 0·1%-0·8%。
[0013] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是： 本發(fā)明原料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，提高了無(wú)機(jī)礦物生產(chǎn)白炭黑的質(zhì)量，可提高高分子復(fù) 合材料強(qiáng)度、降低動(dòng)態(tài)生熱，并且工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備要求低，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1改性白炭黑與未改性白炭黑橡膠復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度比較圖； 圖2改性白炭黑與未改性白炭黑橡膠復(fù)合材料斷裂伸長(zhǎng)率比較圖； 圖3改性白炭黑與未改性白炭黑橡膠復(fù)合材料耐磨性比較圖； 圖4改性白炭黑與未改性白炭黑橡膠復(fù)合材料動(dòng)態(tài)升溫比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0016] 本發(fā)明的實(shí)施過(guò)程:將無(wú)機(jī)礦物沸石粉末與燒堿混合，制得水玻璃溶液，對(duì)水玻璃 溶液進(jìn)行凈化除雜，稀釋并加入穩(wěn)定劑，利用丙酸調(diào)節(jié)PH，然后加入羥基羧酸酯和催化劑， 繼續(xù)反應(yīng)一定時(shí)間；最后將沉淀物過(guò)濾、洗滌、干燥、粉碎即得白炭黑。具體生產(chǎn)方法包括以 下步驟： (1)利用無(wú)機(jī)礦石制備水玻璃并除雜再稀釋到合適濃度，添加穩(wěn)定劑，然后均勻緩慢滴 加有機(jī)酸進(jìn)行酸化處理，直至PH為7時(shí)停止滴加。
[0017] (2)加入羥基羧酸酯和催化劑，對(duì)白炭黑進(jìn)行功能化改性，陳化。
[0018] (3)將沉淀物經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥、粉碎即得產(chǎn)品。
[0019] 實(shí)施例1 取100g的沸石粉末置于三口瓶。配制質(zhì)量濃度為3.5mol/L的NaOH溶液，按摩爾比Si02: NaOH=I: 2與粉末進(jìn)行混合，在120°C的溫度下并不斷攪拌反應(yīng)2.5h，制得硅酸鈉溶液，加入 50ml的無(wú)水乙醇，利用水玻璃溶液和去離子水配制一定質(zhì)量濃度為35%的水玻璃溶液并加 入2%的穩(wěn)定劑，在70°C恒定溫下攪拌均勻，配制質(zhì)量濃度為15%的丙酸，在恒溫?cái)嚢璧耐瑫r(shí)， 以恒定滴定速度緩慢滴加酸，至PH值為7時(shí)停止滴加，然后加入質(zhì)量濃度6%羥基羧酸酯和 0.4%催化劑，繼續(xù)反應(yīng)3h，陳化，然后進(jìn)行抽濾、用無(wú)水乙醇洗滌5次，并在80°C的件下干燥 24h，即得產(chǎn)品白炭黑。經(jīng)檢測(cè)，制得白炭黑分散性較好，樣品擁有白炭黑的特征峰，粒度較 小。
[0020] 實(shí)施例2 將NR與白炭黑和其它橡膠助劑在開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行混煉，配方如表1，停放6-8個(gè)小時(shí)后，在 150°C下用橡膠硫化儀測(cè)定混煉膠硫化曲線和硫化時(shí)間，室溫下停放混煉膠24小時(shí)后，在 150°C下用平板硫化儀進(jìn)行平板硫化，制備試樣，對(duì)其進(jìn)行拉伸性能和動(dòng)態(tài)性能測(cè)試。
[0021] 經(jīng)檢測(cè)，制得白炭黑在橡膠中分散性較好，拉伸強(qiáng)度，拉斷伸長(zhǎng)率比普通沉淀法白 炭黑都有很大程度的提高，并且滾動(dòng)阻力也相應(yīng)的減小。 Γηη??? 豐 I
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種原位功能化改性白炭黑的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下過(guò)程： 首先，利用無(wú)機(jī)礦石制備水玻璃并除雜再稀釋濃度，如，水玻璃溶液稀釋或濃縮至質(zhì)量 濃度為25%-35%，添加穩(wěn)定劑，穩(wěn)定劑的質(zhì)量濃度為1%-6%;然后在有機(jī)酸酸化處理的反應(yīng)溫 度為70 °C-85 °C下均勻緩慢滴加有機(jī)酸進(jìn)行酸化處理，直至PH為7時(shí)停止滴加；加入功能改 性劑和催化劑，加入改性劑反應(yīng)2h-5h，陳化，將沉淀物經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥、粉碎即得產(chǎn)品。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原位功能化改性白炭黑的制備方法，其特征在于，所述有 機(jī)酸選自甲酸，乙酸，丙酸，乙二酸，丙二酸的一種或多種。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原位功能化改性白炭黑的制備方法，其特征在于，所述有 機(jī)酸的質(zhì)量濃度為10%_20%。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原位功能化改性白炭黑的制備方法，其特征在于，所述功 能改性劑羥基羧酸酯選自單硬脂酸甘油酯，檸檬酸甘油酯，單乙酸甘油酯，油酸甘油酯的一 種或多種。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原位功能化改性白炭黑的制備方法，其特征在于，所述羥 基羧酸酯的質(zhì)量濃度為1%_1〇%。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原位功能化改性白炭黑的制備方法，其特征在于，所述催 化劑對(duì)甲苯磺酸的質(zhì)量濃度為〇. 1%_〇. 8%。
【文檔編號(hào)】C09C3/04GK105860589SQ201610200222
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月1日
【發(fā)明人】方慶紅, 穆曉東
【申請(qǐng)人】沈陽(yáng)化工大學(xué)