[發明專利]一種白炭黑母煉膠的制備方法

有效

• 申請號: 201410645853.0
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104356445A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 傅秀成
• 申請（專利權）人: 青島福凱橡塑新材料有限公司
• 主分類號: C08L7/02
• 分類號: C08L7/02;C08K13/06;C08K9/06;C08K3/36;C08K3/34;C08J3/00;C01B33/32;C01B33/12
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技術領域

本發明涉及高性能橡膠復合材料領域，特別是涉及一種白炭黑母煉膠的制備方法。

背景技術

“綠色輪胎”的出現和推廣以及歐盟輪胎新標簽法規的分步驟分階段強制實施，推動著白炭黑越來越多地應用在在輪胎胎面膠料中。與炭黑相比，白炭黑在胎面膠中達到一定用量以后，可以降低輪胎的生熱、滾動阻力和油耗并兼顧抗濕滑性，同時還可以提高胎面膠的抗刺扎性、抗崩花掉塊性。然而一方面由于白炭黑表面大量的硅羥基使其呈強極性，與大多數烴類橡膠相容性很差，另一方面，較高的表面能使得白炭黑粒子間團聚現象嚴重，導致其在橡膠中更加難以分散。在傳統的干法共混工藝中，隨著白炭黑在膠料中用量的升高，膠料加工操作困難，生熱高、能耗大，即使加入硅烷偶聯劑，白炭黑的分散也難以達到發揮其性能優勢的程度。

為提高白炭黑的分散，解決含白炭黑膠料混煉生熱高、能耗大的問題，出現了液相混煉白炭黑母煉膠工藝。專利201110094208.0、201110439344.9、201110064299.3、201210282517.5、201310536208.0、US8357733B2等公開了液相(濕法)混煉白炭黑橡膠材料的方法，總體上分為兩類：一類是成品干燥白炭黑加水制成白炭黑漿料后再加入硅烷偶聯劑對白炭黑進行表面處理，然后將處理過的白炭黑漿料加入橡膠膠乳，經攪拌、絮凝、清洗、脫水、干燥等步驟制得白炭黑母煉膠；另一類是直接利用一定固含量的液態白炭黑漿料(半成品白炭黑)，其余步驟同第一類。同第一類相比，直接利用半成品白炭黑漿料，可以省略耗能極大的白炭黑干燥工序，降低生產成本。兩類制備方法的共同特點是對白炭黑漿料進行表面處理以提高與橡膠的相容性及結合力。然而對于在漿料中已處于團聚狀態的白炭黑粒子，硅烷偶聯劑的處理功能非常有局限性，并且該步驟耗時耗能，降低了生產效率。

發明內容

本發明針對現有技術存在的不足，在白炭黑母煉膠制備工藝中加入了原料硅酸鈉溶液以及白炭黑的制備工序，在白炭黑的制備過程中，表面處理劑直接加入到反應液中，隨著白炭黑的沉淀生成，低程度團聚之前進行表面硅烷化處理，從而直接形成硅烷化處理的白炭黑漿料，然后與橡膠膠乳共混，經攪拌、絮凝、洗劑、干燥而得白炭黑母煉膠。

一種白炭黑母煉膠的制備方法，具體的步驟如下：

(1)液體水玻璃的制備

a、將石英砂(SiO₂含量≥99％)與純堿Na₂CO₃按重量比(1.83～2)：1共混均勻，然后加入到窯爐，加熱至1400℃-1500℃，反應生成硅酸鈉Na₂O·mSiO₂，m值為3.2～3.5；

b、高壓蒸汽釜內預先通入水，再放入重量為水的三分之一的熔融的硅酸鈉Na₂O·mSiO₂，然后通入蒸汽，在0.4MPa～0.6MPa的壓力下進行溶解，制得液體硅酸鈉，經沉淀，取上層清液過濾后調配成質量濃度為24％～27％的硅酸鈉溶液；

(2)白炭黑漿料的合成

a、將水、硅酸鈉溶液、硅烷偶聯劑溶液、硫酸鈉按重量比(80～60)∶(55～70)∶(20～40)∶(1.6～2)加入到配備蒸汽加熱和攪拌裝置的反應器，攪拌下升溫至80～90℃，滴加稀硫酸，至體系PH值為8，陳化20min；

b、將硅酸鈉溶液與濃硫酸同時滴加進入反應器，保持此過程中PH值為8；

c、硅酸鈉溶液加完后，陳化反應20min，繼續滴加濃硫酸至PH值為4.5～5.5，然后繼續攪拌20min，陳化20min；

d、所得白炭黑漿料經壓濾、洗滌、打漿，然后加入水、氫氧化鈉溶液調制成PH值為7.5～8.5、固含量10％的漿料；

(3)白炭黑母煉膠的制備

a、制備好的白炭黑漿料加入到攪拌中的膠乳中，加料完畢，持續攪拌30min；

b、攪拌中緩慢加入凝固劑氯化鈣溶液進行絮凝；

c、將凝固物脫水、洗劑、干燥得白炭黑母煉膠。

在上述方案的基礎上，步驟(2)、a中所述稀硫酸優選為質量濃度9.1％。

在上述方案的基礎上，步驟(2)、a中所述硅烷偶聯劑溶液中硅烷偶聯劑優選γ-巰丙基三甲氧基硅烷(KH590)，其溶液制備方法：按KH590∶無水乙醇∶醋酸∶水為3∶3.2∶0.8∶93的重量比配料，先將KH590、無水乙醇、醋酸加入容器進行攪拌，然后在攪拌中慢慢加入水，直至溶液澄清。

在上述方案的基礎上，步驟(2)、b和c中濃硫酸質量濃度為90％～95％。