[发明专利]纳米白炭黑的改性方法

说明书

本发明提供一种高分散型用做橡胶填料的纳米白炭黑的改性方法。该发明采用不饱和羧酸极性单体和芳基乙烯类单体，利用原位聚合法制备高分散型纳米白炭黑。这种方法解决了纳米白炭黑的易团聚问题，赋予了纳米白炭黑的高分散性。本发明具有芳基乙烯类单体用量少，环境污染小，操作方法简单，适合工业化生产等特点。

技术领域

本发明涉及一种高分散型合成橡胶填料纳米白炭黑改性的制备方法。

背景技术

众所周知，从无机粉体填充改性合橡胶的预期效果来看，无机粉体粒子的粒径尺寸越小改性的效果也越好，但是在超细无机粉体的应用过程中不可避免地会遇到一个技术难题,即超细粉体随着粒径的减少,比表面积增大,表面能提高,自聚能力更强,越难被橡胶材料混入、浸润和分散。因此超细无机粉体在橡胶中的分散问题，已成为制备高性能橡胶材料的瓶颈。

纳米白炭黑是多孔性物质，其组成可用SiO₂·nH₂O表示，其中nH₂O是以表面羟基的形式存在，是一种白色、无毒、无定形、多孔的微细粉末，具有内表面积大、可分散、质轻、耐高温、不燃烧、电绝缘性好等特性，化学性质稳定。白炭黑作为一种环保、性能优异的助剂，主要用于橡胶制品等领域。纳米白炭黑粒径小、比表面大、表面能高、表面又具有大量的羟基，导致纳米白炭黑极易团聚，在与橡胶材料的混合过程中不易分散均匀，这样不但会影响填充改性效果，而且还会损害橡胶材料的性能。

现有技术中采用常见的有偶联剂或表面活性剂改性，利用硅烷偶联剂、甲苯异氰酸酯、无机矿物、低聚物对白炭黑改性(如：CN101798473A、CN101817529A、CN101704967A等)；还有接枝聚合物改性和无机材料表面包覆改性，如：车剑飞等人采用多聚甲醛与一缩二乙二醇缩合聚合制备聚缩醛低聚物，利用甲苯-2,4-二异氰酸酯将二氧化硅表面活化后接枝聚缩醛低聚物(华南理工大学学报2005,29,33-333)。黄忠兵等人用甲基丙烯酰(3-三甲氧基硅烷)丙酯对二氧化硅表面改性，再通过无皂液聚合在改性二氧化硅表面包覆聚苯乙烯层(高分子学报2004,6,835-835)。上述方法虽然提高了纳米白炭黑粒子的分散性，增强了与橡胶基体的相容性，但这些方法仍存在一定的局限性，利用接枝聚合物改性和无机材料表面包覆改性纳米白炭黑时，存在反应耗时较长，能耗较高，操作复杂等缺点；而利用偶联剂或表面活性剂改性纳米白炭黑时，也存在用量大和生产成本高，分散稳定性差又易重新发生团聚等缺点。

发明内容

本发明目的在于提供一种高分散型用做橡胶填料的纳米白炭黑的改性方法。该发明采用不饱和羧酸极性单体和芳基乙烯类单体，利用原位聚合法制备高分散型纳米白炭黑。这种方法解决了纳米白炭黑的易团聚问题，赋予了纳米白炭黑的高分散性。

本发明所述的“份”均是指质量份。

本发明所述的一种用做橡胶填料的纳米白炭黑的改性方法，具体的制备步骤为：

(1)单体预乳化液制备：按质量份计，将100份芳基乙烯类单体、2～10份乳化剂、200～300份去离子水、1.0～2.0份缓冲剂、0.01～0.1份引发剂一起放入反应器中，升温至50～70℃时，搅拌反应30～60分钟制备成单体预乳化液。

(2)改性纳米白炭黑的制备：按质量份计，取100份纳米白炭黑和1.0～5.0份不饱和羧酸极性单体、300～500份去离子水、1～6份缓冲剂加入到聚合釜中搅拌混合10～30min；然后加入1～5份乳化剂、1～5份单体预乳化液，搅拌升温至50～70℃，再搅拌混合10～30min生成以纳米白炭黑粉体为中心被羧酸极性单体和芳基乙烯类单体包覆的聚合体，并将此作为复合乳液的种子；然后再加入20～40份单体预乳化液和0.05～0.2份引发剂，反应3.0～5.0h后，最后加入0.1～0.5份终止剂，经洗涤、脱水、干燥、研磨制得改性纳米白炭黑。

本发明所述的白炭黑是纳米级的，其粒径为：20～60nm。