[发明专利]一种改性白炭黑及其制备方法和母炼胶

说明书

本发明公开了一种改性白炭黑的制备方法，以及含有所述改性白炭黑的母炼胶及其制备方法。所述制备方法包括：(1)将脂肪族聚氧乙烯醚和硅烷偶联剂在搅拌条件下混合得到复合偶联剂；(2)将固含量为1～25wt％的白炭黑水浆研磨5～40分钟，加入所得复合偶联剂，继续研磨5～40分钟得到改性白炭黑。将改性白炭黑与橡胶通过乳液复合‑喷雾干燥制备得到高填充的白炭黑/橡胶母炼胶，与原位改性‑干法共混法相比本发明方法能有效缩短混炼时间，显著提升复合材料的强度及动态性能。

技术领域

本发明涉及复合材料制备技术领域，具体地说，是涉及一种改性白炭黑的制备方法，以及含有所述改性白炭黑的母炼胶及其制备方法。

背景技术

白炭黑内部空隙多、比表面积大，是一种优异的橡胶补强填料，白炭黑与橡胶共混制备得到的橡胶复合材料有助于降低轮胎滚动阻力，减少汽车油耗，使用白炭黑为主要填料的轮胎被称为“绿色轮胎”。白炭黑在宏观上是一种白色粉末，微观上，其表面含有大量亲水性的羟基基团，羟基间的相互吸引也导致白炭黑容易自聚集。因此，制备高填充白炭黑/天然橡胶纳米复合材料需要对白炭黑进行表面改性，降低白炭黑之间的自聚集，改善其与橡胶的相容性。

一般来说，应用于白炭黑的改性剂能够与白炭黑表面大量的硅羟基发生化学反应。橡胶工业中常用的白炭黑改性剂多为含硫的硅氧烷结构偶联剂，如Si69、Si75、Si747等。硅氧烷结构的偶联剂主要起到改性白炭黑表面以及在白炭黑与橡胶之间构建化学连接结构两方面作用。

干法混炼是目前制备高填充白炭黑橡胶纳米复合材料最主要的方法，即完全依靠强剪切力与高温来完成白炭黑的填充与分散。然而，在有限的混炼时间内，往往难以完成白炭黑在橡胶基体中的混入及分散。Michelin公司开发了原位改性分散技术利用高温与高剪切解决白炭黑在橡胶中分散不佳的问题。原位改性-干法共混法是制备白炭黑/橡胶纳米复合材料技术中的一项重要突破，通过选择改性剂及控制温度在白炭黑与橡胶混炼过程中完成对白炭黑的表面改性。经过原位改性-干法共混，白炭黑不仅能够填充进入橡胶基体，还能够与硅氧烷结构偶联剂化学结合，降低了白炭黑的亲水性，减少了白炭黑的自聚集，促使白炭黑均匀分散到橡胶基体中。但是，该技术对设备要求比较苛刻，并且加工制备流程复杂，混炼过程能耗高。因此，大多数的轮胎厂并未大规模采用该技术进行白炭黑/橡胶复合材料的生产。

乳液共混法主要是针对于具有乳液形态的橡胶品种而开发，该方法应用中，依然需要通过改性实现白炭黑的表面修饰。与传统方法所不同的是，乳液共混法白炭黑在液相中对白炭黑进行表面改性，将改性的白炭黑水浆和胶乳均匀混合，最后通过絮凝等方式得到橡胶/白炭黑母炼胶。使用乳液共混法制备橡胶/白炭黑复合材料能够减少制备过程的混炼段数，有利于实现连续化的混炼工艺，还能缩短混炼时间，同时可以降低混炼能耗、减少粉尘污染。然而，常用的白炭黑改性剂-硅烷偶联剂难以水解，在水相中不能很好的对白炭黑进行改性。而AEO(脂肪族聚氧乙烯醚)作为一种非离子型表面活性剂，能够良好的溶于水中，能够有效解决硅烷偶联剂难以水解及水解后易自聚的问题。

发明内容

为了解决以上现有技术存在问题，本发明提供一种改性白炭黑的制备方法，以及含有所述改性白炭黑的母炼胶。

本发明在特定下频率和转速条件下，用极少量的AEO与硅烷偶联剂并用，在水相条件下完成对白炭黑的表面改性，并采用喷雾干燥技术制备高填充份数的白炭黑母炼胶。

本发明的目的之一为提供一种改性白炭黑的制备方法，包括以下步骤：

(1)将脂肪族聚氧乙烯醚和硅烷偶联剂在搅拌条件下混合得到复合偶联剂，其中脂肪族聚氧乙烯醚和硅烷偶联剂的质量比为9:1～1:29；

(2)将固含量为1～25wt％的白炭黑水浆研磨5～25分钟，加入步骤(1)中所得复合偶联剂，继续研磨5～40分钟得到改性白炭黑，其中，复合偶联剂用量为白炭黑的1～20wt％，其中研磨条件为频率为10～100Hz、转速为6000～30000rpm、线速度为47～94m/s、控制体系温度在10℃以下。