[发明专利]白炭黑改性方法

说明书

本发明属于橡胶补强剂的技术领域，并公开了一种白炭黑改性方法，包括以下步骤：硅烷偶联剂预水解、浆料配制、酸性低温吸附、碱性高温接枝、干燥。该白炭黑改性方法在提高硅烷偶联剂利用率和接枝率的前提下，大大提升了生产效率和白炭黑改性效果。

技术领域

本发明涉及橡胶补强剂的技术领域，具体涉及一种白炭黑改性方法。

背景技术

白炭黑属于一种非晶态水合二氧化硅，内部结构中含有部分结晶水，其分子式为SiO₂·nH₂O，密度介于2.319-2.653g·cm^-3，不溶于水，但是能与强碱发生反应。白炭黑原生颗粒大小因生产工艺(沉淀法和气相法)的不同介于10-40nm之间，原生颗粒形成聚集体的典型尺寸在100-200nm。

白炭黑疏松多孔，比表面积较大，化学性质稳定，耐高温、阻燃和绝缘性能优异，在橡塑复合材料、食品、涂料、合成树脂、催化剂等领域都有广泛应用。白炭黑因比表面积大，表面活性高，补强性能优越，全球约70％的白炭黑作为补强填料被用于橡胶工业。

在普通轮胎中每100份胶料中只能填充8-12份普通白炭黑，但高分散白炭黑却能加到40-80份。由此可见，白炭黑在橡胶内的分散性对其补强性能起到决定性作用。

白炭黑表面富含极性硅羟基、表面能较高，非常容易团聚，因此需要对其进行表面改性，促其分散。白炭黑改性中常用改性剂包括硅烷偶联剂、醇酯类改性剂、有机酸、有机盐类等。橡胶行业内最常用的是含硫类硅烷偶联剂，如双-(γ-三乙氧基硅丙基)四硫化物(Si69)、3-辛酰基硫代-1-丙基三乙氧基硅烷(NXT)、双-(γ-三乙氧基硅丙基)二硫化物(Si75)、MPTS等。

硅烷偶联剂改性白炭黑工艺主要包括湿法改性工艺、干法改性工艺和原位改性工艺。原位改性和干法改性虽然简化了白炭黑改性流程，却存在混合不均匀、改性速度慢、硅烷偶联剂不能充分反应等缺点，而湿法改性也存在硅烷偶联剂利用率低、工艺复杂、反应时间长、包覆率低等问题。

由于白炭黑改性技术的限制，目前国内高分散白炭黑的市场都被进口产品控制。为打破国外技术的垄断，白炭黑改性工艺的改进和优化，持续成为研究热点。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明目的是提供一种两步湿法改性的白炭黑改性方法。

本发明首先通过控制硅烷偶联剂和水的摩尔比和硅烷偶联剂溶液的pH值，可精确控制硅烷偶联剂的水解程度，提高硅烷偶联剂反应活性，然后通过低温酸性吸附过程将硅烷偶联剂尽量在单体状态下“固定”在白炭黑表面上，从而避免硅烷偶联剂缩聚，提高硅烷偶联剂利用率，最后通过碱性高温接枝过程，完成硅烷偶联剂在白炭黑表面的接枝。本发明的方案与现有技术的方法相比，在提高硅烷偶联剂利用率和接枝率的前提下，大大提升了生产效率和白炭黑改性效果。

附图说明

图1为根据本发明的白炭黑改性方法的生产流程图；

图2a、图2b和图2c分别是根据本发明的实施例1-3中的硅烷偶联剂水解液的电导率随时间的变化图；

图3a、图3b和图3c分别是根据本发明的实施例1-3中的硅烷偶联剂水解液的²⁹Si-NMR谱图；

图4是根据本发明的实施例1-3中的硅烷偶联剂在白炭黑表面的吸附量随时间的变化图；

图5为根据本发明的实施例1-4中的硅烷偶联剂在白炭黑表面的接枝量随时间的变化图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。