[发明专利]一种二茂铁基疏水改性炭黑及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及改性炭黑技术领域，尤其涉及一种二茂铁基疏水改性炭黑及其制备方法。

背景技术

炭黑是橡胶制品的重要补强剂和填充剂，能够提高橡胶的机械性能，全球炭黑总量的60%以上用于橡胶工业，是橡胶工业中仅次于橡胶居于第二位的重要原料。炭黑对橡胶的增强作用主要取决于炭黑的性质，如粒径大小、聚集体形态以及粒子的表面化学性质等，炭黑粒子越细，结构性越高，增强效果越好，但是炭黑为高表面能物质，亲水性好，与疏水性的有机物吸附性弱，炭黑粒子间容易团聚，在高分子基体中的分散性差。

橡胶及其橡胶制品在长期储存或使用过程中会出现裂纹、发脆、发白、发粘、变硬等老化现象，用于电子产品的减震橡胶材料在热氧环境中的极易老化，若不提高其抗热氧化能力，将会极大的影响橡胶材料的性能，甚至丧失使用性能。在橡胶材料老化过程中温度是加速老化的重要因素，以炭黑作为补强材料的橡胶产品往往导热系数偏低，内部蓄积的热量得不到及时的散发，导致温度升高，加速材料老化。

发明内容

本发明为了弥补已有技术的缺陷，提供一种二茂铁基疏水改性炭黑及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种二茂铁基疏水改性炭黑，炭黑表面接枝或键合有二茂铁衍生物，所述的二茂铁衍生物为二茂铁醛酮类化合物或者二茂铁羧酸类化合物。

所述的改性炭黑的粒径为100nm-100μm。

所述的二茂铁醛酮类化合物为二茂铁甲醛、3-二茂铁基丙烯醛、1，2-二甲酰基二茂铁、(4-甲酰苯基)二茂铁、八甲基甲酰基二茂铁、α-氧代-1，1′-三亚甲基二茂铁、1，1′-二乙酰基二茂铁、苯甲酰基二茂铁、1，1′-二(3-氰丙酰基)二茂铁、苯乙酰基二茂铁、(2-甲氧基苯甲酰基)二茂铁、1，1′-二(乙酰乙酰基)二茂铁、1-乙酰基-1′-对氯苯甲酰基二茂铁、1-二茂铁基-3-苯基-2-丙烯-1-酮、3-二茂铁基-1-苯基-2-丙烯-1-酮、(2，4-二甲氧基苯甲酰基)二茂铁、1，1′-二(丙酰乙酰基)二茂铁、双二茂铁甲酮、2-乙酰基联二茂铁、1，1′-二(五氟苯甲酰基)二茂铁、1，2-双二茂铁酰基乙烷、1，3-双(二茂铁甲叉)丙酮、1′-乙酰基-2，2-双二茂铁基丙烷或1，1′-二(苯酰乙酰基)二茂铁。

所述的二茂铁羧酸类化合物为二茂铁甲酸、2-羟基二茂铁甲酸、二茂铁乙酸、二茂铁硫基乙酸、3-二茂铁基丙烯酸、二茂铁丙酸、二茂铁甲硫基乙酸、二茂铁丁酸，二茂铁戊酸、2，2-二甲基-3-二茂铁基丙酸、1，1′-二茂铁二丙酸、1，2-二茂铁二甲酸酐、1，1，-二茂铁二乙酸酐、二茂铁甲酸酐、1，1′二茂铁二甲酸二甲酯、3-二茂铁基丙烯酸乙酯、4，4-双二茂铁基戊酸甲酯、二茂铁甲酰胺、二茂铁甲酰胲或乙酰氨基二茂铁。

所述的一种二茂铁基疏水改性炭黑的制备方法，包括以下步骤：

（1）炭黑表面改性：将炭黑经强酸羧化处理5-10h，然后在羧化后的炭黑表面接枝硅烷偶联剂，再将接枝硅烷偶联剂的炭黑投入醇溶液中水解，得羟基化炭黑；

（2）接枝/键合二茂铁衍生物：先将羟基化炭黑与溶剂按照1：（10-50）的重量比搅拌混合均匀备用，再将二茂铁衍生物与溶剂混合，配制成浓度为1-20%的溶液，然后将两种溶液体系混合，调节体系pH值为2-3，在冰浴或者30-50℃条件下搅拌反应1-3h，反应结束后过滤，所得物料水洗至中性后投入浓度为1-10%的硼氢化钠甲醇溶液中，搅拌反应1-2h后过滤，滤物经除杂、干燥，即完成炭黑改性处理。

所述步骤（2）中的溶剂为甲醇、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜中的一种或几种的混合物。

所述步骤（2）中的羟基化炭黑溶液体系与二茂铁衍生物溶液体系的体积比为1：（0.01-0.1）。

本发明利用二茂铁醛酮类衍生物或二茂铁羧酸类衍生物良好的疏水性和良好的相容性和反应活性，与经过硅烷偶联剂接枝水解后羟基化的炭黑进行接枝/键合反应，将二茂铁基引入到炭黑表面，有效的改善了炭黑的固有缺陷，获得了具有良好疏水性、分散性、流变性，其受热分解产物还可以提高炭黑的导热性，同时其还具有抑烟、阻燃等效果，是一种功能化的炭黑填料，其在橡胶补强过程中能有效的提高橡胶的抗热老化能力，对橡胶的增韧补强效果更加显著，其生产制备简单，使用的溶剂均可回收利用，适合工业化生产。

具体实施方式

实施例1