[發(fā)明專利]一種制備高分散白炭黑/橡膠納米復(fù)合材料的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210001294.0
• 申請日: 2012-01-04
• 公開（公告）號(hào): CN102585309A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉力;張法忠;毛迎燕;李巖;胡水;溫世鵬;張立群
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): C08L7/02
• 分類號(hào): C08L7/02;C08L9/08;C08L9/10;C08L11/02;C08L9/04;C08L33/04;C08L75/04;C08L23/22;C08L23/16;C08L83/04;C08L27/12;C08K9/04;C08K9/06;C
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供一種制備高分散白炭黑/橡膠納米復(fù)合材料的方法；特別是一種利用乳液復(fù)合法與噴霧干燥工藝共同作用，對白炭黑進(jìn)行改性，同時(shí)阻止白炭黑聚集并形成高分散的白炭黑/橡膠納米復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)

白炭黑的化學(xué)名稱為水合無定形二氧化硅或膠體二氧化硅(SiO2·nH2O)，是一種白色、無毒、無定形微細(xì)粉狀物。其SiO2含量較大(＞90％)，原始粒徑一般為10-40nm，因表面含有較多羥基，易吸水而成為聚集的細(xì)粒。它的相對密度為2.319～2.653t/m3，熔點(diǎn)為1750℃。不溶于水和酸，溶于強(qiáng)堿和氫氟酸。具有多孔性、內(nèi)表面積大、高分散性、質(zhì)輕、學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、不燃燒、電絕緣性好等優(yōu)異性能。白炭黑是經(jīng)共價(jià)鍵-O-Si-O-無規(guī)連接的體型結(jié)構(gòu)，??結(jié)構(gòu)單元可以聚集成一次、二次甚至三次附聚體。主要用作橡膠、塑料、合成樹脂以及油漆等產(chǎn)品的填充劑，也可用作潤滑劑和絕緣材料。目前全世界70％的白炭黑用于橡膠工業(yè)，是優(yōu)良的橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑，能改善膠接性和抗撕裂性。

由于白炭黑內(nèi)部的聚硅氧和外表面存在的活性硅醇基及其吸附水，使其呈親水性，在有機(jī)相中難以濕潤和分散，而且，由于其表面存在羥基，表面能較大，聚集體總傾向于凝聚，因而產(chǎn)品的應(yīng)用性能受到影響。如在橡膠硫化系統(tǒng)中，未改性的白炭黑不能很好地在聚合物中分散，填料、聚合物之間很難形成偶聯(lián)鍵，從而降低硫化效率和補(bǔ)強(qiáng)性能。白炭黑的表面改性是利用一定的化學(xué)物質(zhì)通過一定的工藝方法使白炭黑的表面羥基與化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，消除或減少其表面活性硅醇基的量，使產(chǎn)品由親水變?yōu)槭杷龃笃湓诰酆衔镏械姆稚⑿浴?/p>

通過混煉法制備白炭黑/橡膠復(fù)合材料的過程中，雖然白炭黑已經(jīng)經(jīng)過表面改性可以有效地增大其在聚合物基體中的分散性。但是由于混煉過程中的機(jī)械剪切力難以將已經(jīng)形成的白炭黑團(tuán)聚體完全剪碎，白炭黑聚集體的顆粒仍舊較大，因此使得白炭黑粒子并沒有能夠在聚合物基體中很好地分散。尤其是當(dāng)白炭黑的填充量很大時(shí)，在機(jī)械剪切的作用下白炭黑粒子雖然被破壞，破壞后的聚集體受到剪切力作用嵌入到聚合物基體之中，但是由于填充量很大，聚合物的含量相對較小，在混煉的過程中不能將破碎后的白炭黑粒子完全包裹，因此白炭黑粒子會(huì)發(fā)生二次聚集，形成較大的顆粒，因此不能達(dá)到理想的分散狀態(tài)。如果進(jìn)行長時(shí)間的混煉操作，那么對聚合物分子鏈的剪切時(shí)間也會(huì)相應(yīng)加長，分子鏈會(huì)被大量剪短，降低其強(qiáng)度，影響制品的性能。

為了解決上述機(jī)械共混中白炭黑不易分散的問題，長時(shí)間混煉下聚合物分子鏈被剪斷等問題，本發(fā)明提出了一種利用溶液法，采用絮凝工藝和噴霧干燥的方法，以及進(jìn)一步將噴霧干燥與離子絮凝工藝相結(jié)合的用于制備得到任意白炭黑填充用量下白炭黑粒子高度分散的白炭黑/橡膠納米復(fù)合材料的技術(shù)方法。

噴霧干燥工藝作為一種工業(yè)干燥技術(shù)，在很多工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活領(lǐng)域已經(jīng)有很廣泛的應(yīng)用。在橡膠工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，噴霧干燥工藝也已經(jīng)有一定的應(yīng)用基礎(chǔ)，一些粉末橡膠的制備都是利用噴霧干燥工藝來實(shí)現(xiàn)的。中國石油化工集團(tuán)公司北京化工研究院的喬金粱教授等人發(fā)明了一種全硫化粉末橡膠的制備方法(專利號(hào)：00816450.9)。他們是利用輻照實(shí)現(xiàn)橡膠膠乳的乳膠粒交聯(lián)硫化，后進(jìn)行噴霧干燥得到全硫化的粉末橡膠。它極易分散在塑料基體中，可以用來制備各種增韌塑料和熱塑性彈性體。清華大學(xué)的朱躍峰等人發(fā)明了一種碳納米管改性的粉末天然橡膠(專利號(hào)：200510058999.6)；他們是將碳納米管表面處理后在水中分散，與天然膠乳混合，然后采用噴霧干燥法制備含有碳納米管改性的粉末天然橡膠。

然而這些技術(shù)僅僅局限于制備粉末橡膠，未見將其應(yīng)用于塊狀橡膠和納米復(fù)合材料的專利和報(bào)道，因此這些技術(shù)也都采取措施，如對橡膠進(jìn)行交聯(lián)，采用較低的烘干溫度等等，減低橡膠的流動(dòng)性，防止噴霧后粉末橡膠的再聚集。