[发明专利]一种腐殖酸炭-二氧化硅双相复合填料的制备方法

说明书

一种腐殖酸炭‑二氧化硅双相复合填料的制备方法，所述方法包括如下步骤：a、向干燥后的腐殖酸中加入腐殖酸质量0%~30%的硅溶胶，加水，通过湿法球磨处理，干燥得到腐殖酸‑硅溶胶混合物；b、将腐殖酸‑硅溶胶混合物在N₂气氛下在800~1200℃的条件下进行炭化处理，得到腐殖酸炭‑二氧化硅双相复合物；c、向腐殖酸炭‑二氧化硅双相复合物加入改性剂，湿法球磨改性，得到改性后的腐殖酸炭‑二氧化硅双相复合填料产品，其中所述改性剂的添加量是腐殖酸炭‑二氧化硅双相复合填料质量的2%~10%。本发明以腐殖酸代替日益减少的石油为碳源，以价格低廉的硅溶胶代替有机硅为硅源，提高了腐殖酸和硅溶胶的利用附加值，减少了炭黑或碳硅双相填料生产造成的环境污染。

技术领域

本发明涉及功能性粉体材料领域，尤其是涉及一种腐殖酸与硅溶胶混合后经炭化、改性得到的二氧化硅颗粒均匀分布在碳-硅双相复合填料表面的方法。

技术背景

据报道，白炭黑炭黑配合使用可以有效降低轮胎胎面胶的滚动阻力，降低滞后损失，减少燃料消耗，降低尾气排放，被誉为绿色环保轮胎（胡小龙. 二氧化硅/硅烷填充橡胶体系的交联和增强[J]. 橡塑资源利用, 2004(5):35-43；赵同建, 劳邦盛, 符新. 纳米无机粒子补强天然橡胶的研究(Ⅱ)纳米SiO2/天然橡胶复合材料的研究[J]. 弹性体, 2007,17(6):63-68.）。炭黑强烈依赖于石油工业，且污染严重，而白炭黑生产成本太高，能源消耗巨大，因此开发应用成本低，绿色环保，增强效果良好的填料成为了橡胶领域的重要研究内容（赵国璋. 橡胶基纳米复合材料制备及性能研究[D]. 上海大学, 2011.）。卡博特碳-硅双相填料是通过热解石油和有机硅获得，这种新型的填料具备有不同的比表面积，结构性和二氧化硅含量。在填料与橡胶的结合性上，卡博特双相填料和同样碳硅含量的混合填料相比具有更高的结合性，更低的填料-填料相互作用，同时需要少量改性剂处理（MURPHY LJ, WANG M J, MAHMUD K. Carbon—Silica Dual Phase Filler: Part V. Nano-Morphology[J]. Rubber Chemistry & Technology, 2000,73(1):25-38.）。作为碳-硅双相填料，虽然卡博特双相填料具有如此优异的性能，但是它依然依赖地球上日益匮乏的石油资源作为碳源。腐殖酸，是地球生态环境中分布最为广泛的天然有机大分子物质，具有储量大，来源广泛，同时腐殖酸表面含有丰富的活性官能团，主要是羧基，醇羟基，酚羟基，醌基，甲氧基，及烯醇基等含氧官能团，因此活性和亲水性较高（张静静. 城市污泥中腐殖酸的提取工艺及其性能研究[D]. 郑州大学, 2016；BRUNETTI G, PLAZA C, CLAPP C E, etal. Compositional and functional features of humic acids from organicamendments and amended soils in Minnesota, USA[J]. Soil Biology &Biochemistry, 2007,39(6):1355-1365；TANAKA T, ZHANG Z. Functional Groups andReactivity of Size-fractionated Aldrich Humic Acid[J]. Thermochimica Acta,2012,532(6):60-64.）。硅溶胶中有大量活性硅羟基官能团，因此以腐殖酸作为碳源，硅溶胶作为硅源，从而代替卡博特双相填料中的石油和有机硅，通过机械化学作用，使腐殖酸与硅溶胶在混合的过程中结合成碳-硅的双相混合物，再进一步炭化和改性处理得到腐殖酸炭-硅溶胶的碳硅双相填料。

腐殖酸表面含有大量活性官能团，硅溶胶中也含有大量的活性硅羟基，二者在机械化学力的作用下，可以发生化学变化，产生有效的结合，形成腐殖酸-硅溶胶混合物。再经过炭化和改性处理，得到腐殖酸炭-二氧化硅复合双相填料。这种碳硅的双相填料，可以部分代替炭黑及更高级炭黑或白炭黑在橡胶制品中的应用，改善橡胶复合材料的应用性能，为碳硅双相填料的制备提供新的思路和途径。

发明内容