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，利用羥基羧酸酯對白炭黑進行功能化改性，生產易分散優質白炭黑，本發明的內容是利用水玻璃溶液和去離子水配制一定質量分數的水玻璃溶液、配制一定質量分數的有機酸，并加入氯化鈉作為穩定劑，恒定溫下攪拌均勻，在恒溫攪拌的同時，滴加有機酸，調節pH為7時，加入羥基羧酸酯和催化劑，繼續反應一定時間；最后將沉淀物過濾、洗滌、干燥、粉碎即得白炭黑。本發明的優點是：原料廉價易得，工藝簡單，生產出的白炭黑粒徑小，分散性好，整體性能優于傳統沉淀法白炭黑，單位產品能耗及生產成本低等優點。
【專利說明】
一種原位功能化改性白炭黑的制備方法
技術領域
[0001] 本發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】
[0002] 白炭黑是一種白色無定形結構的微細粉末，其密度、分散性、化學性質、耐熱性、可 燃性及電絕緣等性能優越等優點，白炭黑應用廣泛，主要應用于橡膠、制藥、造紙、油墨、塑 料及涂料等領域。
[0003] 近年來，由于沉淀法白炭黑生產成本增大，白炭黑市場競爭十分激烈。為了降低生 產成本，在市場中占據優勢地位，國內企業一直在尋求理想硅源以生產白炭黑。目前，制備 白炭黑的原料已從傳統的硅烷和水玻璃擴展到無機非金屬礦，并進一步發展到工業廢棄物 和生物原料，無機非金屬礦制備白炭黑是一項新技術，我國非金屬礦資源非常豐富，但在 開發利用過程中有許多非晶態白炭黑并未得到很好的利用。充分利用無機非金屬礦、工業 廢渣和生物資源，不僅可以降低白炭黑的生產成本，而且能提高資源利用率和經濟。
[0004] 由于歐盟標簽法的限定，我國乃至世界輪胎行業需要大量優質白炭黑用以降低輪 胎的滾動阻力，進而實現節油和降低排放的目標，但目前白炭黑添加橡膠中需要較多的偶 聯劑，增加成本，而且導致橡膠耐磨性降低的弊端，為此需要進一步對白炭黑進行改性，提 高與橡膠結合的緊密度。
[0005] 常見的白炭黑礦物質硅源主要有:硅灰石、煤矸石、蛋白石、硬質高嶺土、高嶺土、 埃洛石、硅藻土、膨潤土、蛇紋石、石英砂、粉煤灰、黃磷礦、海泡石等。把這些礦石經過粉碎 后，采用酸浸或堿浸，再經過調節PH，過濾，干燥等步驟，即可制得符合標準的白炭黑。大量 實驗表明，該法生產的白炭黑一方面成本低，比沉淀法的成本還低，但是產品的質量較差， 本發明是在非金屬礦物的制備白炭黑的基礎上，進一步對白炭黑進行功能化改性，控制羥 基羧酸酯的用量，達到對白炭黑改性的目的，以降低二氧化硅表面的能態，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。
【發明內容】
[0006] 本發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 酸酯對白炭黑進行功能化改性，提高了白炭黑粒度及其分散性，提高產品與橡膠的結合能 力，降低動態生熱，進而獲得高性能的橡膠復合材料。
[0007] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的： 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程： 首先，利用無機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量 濃度為25%_35%，添加穩定劑，穩定劑的質量濃度為1%_6%;然后在有機酸酸化處理的反應溫 度為70 °C-85 °C下均勻緩慢滴加有機酸進行酸化處理，直至PH為7時停止滴加；加入功能改 性劑和催化劑，加入改性劑反應2h-5h，陳化，將沉淀物經過濾、洗滌、干燥、粉碎即得產品。
[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，所述有機酸的質量濃度為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，所述催化劑對甲苯磺酸的質量濃 度為 0·1%-0·8%。
[0013] 本發明的優點與效果是： 本發明原料來源廣泛，價格低廉，提高了無機礦物生產白炭黑的質量，可提高高分子復 合材料強度、降低動態生熱，并且工藝簡單，設備要求低，容易實現工業化生產。
【附圖說明】
[0014] 圖1改性白炭黑與未改性白炭黑橡膠復合材料拉伸強度比較圖； 圖2改性白炭黑與未改性白炭黑橡膠復合材料斷裂伸長率比較圖； 圖3改性白炭黑與未改性白炭黑橡膠復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合材料動態升溫比較圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合實施例對本發明進行詳細說明。
[0016] 本發明的實施過程:將無機礦物沸石粉末與燒堿混合，制得水玻璃溶液，對水玻璃 溶液進行凈化除雜，稀釋并加入穩定劑，利用丙酸調節PH，然后加入羥基羧酸酯和催化劑， 繼續反應一定時間；最后將沉淀物過濾、洗滌、干燥、粉碎即得白炭黑。具體生產方法包括以 下步驟： (1)利用無機礦石制備水玻璃并除雜再稀釋到合適濃度，添加穩定劑，然后均勻緩慢滴 加有機酸進行酸化處理，直至PH為7時停止滴加。
[0017] (2)加入羥基羧酸酯和催化劑，對白炭黑進行功能化改性，陳化。
[0018] (3)將沉淀物經過濾、洗滌、干燥、粉碎即得產品。
[0019] 實施例1 取100g的沸石粉末置于三口瓶。配制質量濃度為3.5mol/L的NaOH溶液，按摩爾比Si02: NaOH=I: 2與粉末進行混合，在120°C的溫度下并不斷攪拌反應2.5h，制得硅酸鈉溶液，加入 50ml的無水乙醇，利用水玻璃溶液和去離子水配制一定質量濃度為35%的水玻璃溶液并加 入2%的穩定劑，在70°C恒定溫下攪拌均勻，配制質量濃度為15%的丙酸，在恒溫攪拌的同時， 以恒定滴定速度緩慢滴加酸，至PH值為7時停止滴加，然后加入質量濃度6%羥基羧酸酯和 0.4%催化劑，繼續反應3h，陳化，然后進行抽濾、用無水乙醇洗滌5次，并在80°C的件下干燥 24h，即得產品白炭黑。經檢測，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] 實施例2 將NR與白炭黑和其它橡膠助劑在開煉機上進行混煉，配方如表1，停放6-8個小時后，在 150°C下用橡膠硫化儀測定混煉膠硫化曲線和硫化時間，室溫下停放混煉膠24小時后，在 150°C下用平板硫化儀進行平板硫化，制備試樣，對其進行拉伸性能和動態性能測試。
[0021] 經檢測，制得白炭黑在橡膠中分散性較好，拉伸強度，拉斷伸長率比普通沉淀法白 炭黑都有很大程度的提高，并且滾動阻力也相應的減小。 Γηη??? 豐 I
【主權項】
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程： 首先，利用無機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量 濃度為25%-35%，添加穩定劑，穩定劑的質量濃度為1%-6%;然后在有機酸酸化處理的反應溫 度為70 °C-85 °C下均勻緩慢滴加有機酸進行酸化處理，直至PH為7時停止滴加；加入功能改 性劑和催化劑，加入改性劑反應2h-5h，陳化，將沉淀物經過濾、洗滌、干燥、粉碎即得產品。2. 根據權利要求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 機酸選自甲酸，乙酸，丙酸，乙二酸，丙二酸的一種或多種。3. 根據權利要求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 機酸的質量濃度為10%_20%。4. 根據權利要求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. 根據權利要求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 基羧酸酯的質量濃度為1%_1〇%。6. 根據權利要求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 化劑對甲苯磺酸的質量濃度為〇. 1%_〇. 8%。
【文檔編號】C09C3/04GK105860589SQ201610200222
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月1日
【發明人】方慶紅, 穆曉東
【申請人】沈陽化工大學