[发明专利]制备包覆有二氧化硅的碳物种的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备部分或完全包覆有二氧化硅的碳物种的方法。

背景技术

碳物种(特别是炭黑)和二氧化硅是公知的通常用于增强基于二烯弹性体的轮胎组合物的增强填料。

在轮胎，特别是与地面接触的橡胶组合物配方(称为胎面)的制造领域中，通常寻求相互矛盾的性能，如车辆运行、滚动阻力、干和湿抓地力以及磨损之间的最佳可能的折衷方案。

已知炭黑在橡胶复合物中具有很好的增强能力，而二氧化硅本身能够获得改进的滞后性质，即，橡胶组合物的降低的滞后性。因此，需要一种在橡胶组合物中提供二氧化硅的滞后水平和炭黑的增强特性的填料。

这就是某些文献，如公开WO98/13428和EP711805B1公开了用于合成由至少部分包覆有二氧化硅的炭黑组成的新型增强填料的方法的原因。

这里试图提供另一更经济的方法，该方法使得能够更好地控制二氧化硅在炭黑上的沉积。特别是，这里期望提供一种方法，该方法使得能够控制沉积的二氧化硅的量，所述沉积的二氧化硅的量使得能够部分或完全包覆碳物种。

发明内容

申请人公司已经发现，这些目的可以通过使用沉积在碳物种表面上的阳离子表面活性剂来实现，二氧化硅沉积在所述表面活性剂上。

因此，本发明的主题是一种用于制备部分或完全包覆有二氧化硅的炭黑的方法，包括以下步骤：

-在水性介质中，使得碳物种与一种或多种阳离子表面活性剂接触，

-使用碱性试剂，将悬浮液的反应介质的pH调节为8至10的pH，

-将一种或多种碱金属硅酸盐加入到所得到的反应介质中，同时保持反应介质的pH在8和10之间。

附图说明

图1示意性地表示完全包覆有二氧化硅的碳物种。

图2示意性地表示部分包覆有二氧化硅的碳物种。

图3示意性地表示部分包覆有二氧化硅的另一碳物种。

图4和5表示二氧化硅的位能分布曲线、或可包覆有二氧化硅或可不包覆有二氧化硅的多种碳物种的位能分布曲线。

具体实施方式

在本发明的含义内，表述“碳物种”被理解为在其主体中仅包含碳原子不考虑杂质的颗粒物，其被理解为在表面上可有其他原子。

碳物种选自(其并非是穷举的)炭黑、天然和合成石墨、碳纤维、石墨烯、富勒烯、乙炔黑和碳纳米管。

所有常规用于轮胎的炭黑(“轮胎级”炭黑)适合作为炭黑。在这些“轮胎级”炭黑中，更特别地提及100、200或300系列(ASTM级)的增强炭黑，例如N115、N134、N234、N326、N330、N339、N347或N375炭黑，或者，取决于目标应用，更高的500、600或700系列的炭黑，例如N550、N660、N683或N772炭黑(ASTM级)。

一种或多种阳离子表面活性剂通常选自十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基胺、1-戊烷磺酸钠一水合物、ethonium、decamethoxine、十四烷基三甲基溴化铵、癸基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、氢氧化四甲铵、十二烷基溴化吡啶鎓、十六烷基氯化吡啶鎓。

优选地，阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。

阳离子表面活性剂在碳物种的表面的存在使得二氧化硅在该表面上有效沉淀。

在不存在阳离子表面活性剂的情况下，产率(有效的二氧化硅含量/目标二氧化硅含量)小于10％。在存在阳离子表面活性剂的情况下，二氧化硅沉淀并沉积在碳物种上。对于大于或等于0.1分子阳离子表面活性剂/nm²的阳离子表面活性剂的量，产率大于80％。

然而，阳离子表面活性剂的量必须不能太大。事实上，如果引入的阳离子表面活性剂没有被完全吸附在碳物种的表面上，其在介质中形成胶束，并且二氧化硅将围绕这些胶束沉淀并形成共沉淀的二氧化硅。

阳离子表面活性剂的添加量为有利地使得所述碳物种的BET比表面积的阳离子电荷密度为0.05至2阳离子电荷/nm²碳物种。

因此，所述一种或多种阳离子表面活性剂优选以如下的量存在：0.1至1.5，优选0.5至1.5分子表面活性剂/nm²碳物种的BET比表面积。

有利地，在70℃和90℃之间的温度下加热的同时，使得碳物种与一种或多种阳离子表面活性剂接触。

在使得碳物种与一种或多种阳离子表面活性剂接触之后，使用碱性试剂将pH调节为8至10，优选8.5至9.5的pH。通常使用碱金属氢氧化物，例如氢氧化钠来调整pH。