[發(fā)明專利]一種用做橡膠助劑的納米白炭黑的改性方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310585189.0
• 申請(qǐng)日: 2013-11-19
• 公開（公告）號(hào): CN104650432A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 燕鵬華;梁滔;胡育林;趙志超;王永峰;邵衛(wèi);翟云芳;李晶;徐典宏;鄭紅兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油天然氣股份有限公司
• 主分類號(hào): C08L21/00
• 分類號(hào): C08L21/00;C08K9/04;C08K3/36
• 代理公司: 北京市中實(shí)友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11013
• 代理人: 張茵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及合成橡膠助劑的制備方法。

背景技術(shù)

白炭黑是多孔性物質(zhì)，其組成可用SiO₂·nH₂O表示，其中nH₂O是以表面羥基的形式存在，是一種白色、無毒、無定形、多孔的微細(xì)粉末，具有內(nèi)表面積大、可分散、質(zhì)輕、耐高溫、不燃燒、電絕緣性好等特性，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。白炭黑作為一種環(huán)保、性能優(yōu)異的助劑，主要用于橡膠制品（包括高溫硫化硅橡膠）、紡織、造紙、農(nóng)藥、食品添加劑領(lǐng)域。白炭黑和玻璃其主要組成雖然都是二氧化硅，但兩者的結(jié)構(gòu)和理化性能存在較大的差異。玻璃是一種透明的固體物質(zhì)，在熔融時(shí)形成連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，冷卻過程中粘度逐漸增大并硬化而不結(jié)晶的硅酸鹽類非金屬材料，玻璃的化學(xué)組成為Na₂O·CaO·6SiO₂。而納米白炭黑表面大量的羥基使其具有親水性，導(dǎo)致納米白炭黑易于團(tuán)聚，在與橡膠材料的混合過程中分散不均勻，削弱了材料的部分性能。現(xiàn)有技術(shù)采用聚合物包覆對(duì)納米白炭黑進(jìn)行改性，利用有機(jī)取覆蓋白炭黑表面的羥基，改善其在橡膠制品中的分散性和相容性。

海洋生物貽貝可以分泌黏著力極強(qiáng)的足絲，可以吸附在任何物體表面(Science1981,212,1038-1040)。研究表明，貽貝分泌的足絲主要由膠原蛋白組成，含有大量的二羥基苯丙氨酸(DOPA)，蛋白中殘存的兒茶酚胺結(jié)構(gòu)的高親和力和化學(xué)多功能性使其可以粘附在各類材料表面。多巴胺含有鄰苯二酚和氨基官能團(tuán)，與DOPA的結(jié)構(gòu)極其相似，研究人員證實(shí)含有兒茶酚結(jié)構(gòu)的聚多巴胺具有和DOPA類似的性質(zhì)(Science2007,318,426-430)。多巴胺可以通過“自氧化聚合”在各種基底上組裝成聚多巴胺薄膜。

聚合物包覆改性白炭黑主要分為表面接枝法和乳液聚合法。車劍飛等人采用多聚甲醛與一縮二乙二醇縮合聚合制備聚縮醛低聚物,利用甲苯-2,4-二異氰酸酯將二氧化硅表面活化后接枝聚縮醛低聚物(華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)2005，29，330-333)。聚縮醛低聚物在納米粒子表面建立了空間位阻穩(wěn)定層，提高了納米粒子的分散穩(wěn)定性，增強(qiáng)二氧化硅與樹脂基體的相容性。但是，該體系反應(yīng)涉及3個(gè)步驟，每一步都會(huì)產(chǎn)生大量廢棄物，能耗、物耗較高不易大規(guī)模推廣應(yīng)用。黃忠兵等人用甲基丙烯酰(3-三甲氧基硅烷)丙酯對(duì)二氧化硅表面改性，再通過無皂液聚合在改性二氧化硅表面包覆聚苯乙烯層(高分子學(xué)報(bào)2004，6，835-838)。偶聯(lián)劑改性反應(yīng)需在乙醇中進(jìn)行，而且反應(yīng)耗時(shí)較長(zhǎng)，后續(xù)乳液聚合需要較高溫度。

專利CN101798473A、CN101817529A、CN101704967A利用硅烷偶聯(lián)劑、甲苯異氰酸酯、無機(jī)礦物、低聚物對(duì)白炭黑改性，但與橡膠的相容性較差。

現(xiàn)有技術(shù)中作為橡膠助劑的白炭黑容易出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象、和橡膠基體的結(jié)合力差；而利用有機(jī)化合物對(duì)白炭黑進(jìn)行改性，存在反應(yīng)耗時(shí)較長(zhǎng)，能耗較高，操作復(fù)雜的缺點(diǎn)。本發(fā)明針提供一種作為橡膠助劑的不易團(tuán)聚的改性白炭黑，并提供一種反應(yīng)步驟少，操作簡(jiǎn)單的改性白炭黑的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用做橡膠助劑的納米白炭黑的改性方法，采用聚多巴胺改性白炭黑得到高分散的改性白炭黑，其改性過程反應(yīng)步驟少，操作簡(jiǎn)單，發(fā)明的目的在于有效解決橡膠助劑白炭黑的團(tuán)聚問題、白炭黑和橡膠基體結(jié)合力差的問題。

本發(fā)明所述的一種用做橡膠助劑的納米白炭黑的改性方法，采用多巴胺改性白炭黑，其具體步驟為：

(1)緩沖溶液的配置：稱取弱堿性緩沖劑，加入少量去離子水?dāng)嚢枋蛊渫耆芙猓缓蠹尤霟o機(jī)酸或無機(jī)堿調(diào)節(jié)溶液的pH為7.5～10.5，優(yōu)選8.5～9.5；緩沖溶液中緩沖劑的濃度為3～15mmol/L，優(yōu)選5～10mmol/L；

(2)納米白炭黑的改性：將干燥的納米白炭黑和多巴胺加入步驟(1)配置的緩沖溶液中，室溫下反應(yīng)0.5～4小時(shí)后過濾、洗滌和干燥，得到的聚多巴胺修飾的納米白炭黑；納米白炭黑和多巴胺的質(zhì)量比為1:0.05～1，優(yōu)選1:0.1～0.4；納米白炭黑和緩沖溶液的質(zhì)量比為1:50～500，優(yōu)選1:100～300。