[發明專利]一種采用溶膠?凝膠法制備疏水型納米白炭黑的方法

在審

• 申請號: 201711164387.4
• 申請日: 2017-11-21
• 公開（公告）號: CN107697920A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 戴文忠;吳鈺娟;戴超;戴文秉;戴章;戴冕
• 申請（專利權）人: 安徽伊法拉電氣有限公司
• 主分類號: C01B33/16
• 分類號: C01B33/16;C01B33/32;C08K9/06;C08K3/36;B82Y30/00;C08L83/04
• 代理公司: 安徽深藍律師事務所34133
• 代理人: 汪鋒

技術領域

本發明屬于白炭黑制備技術領域，具體涉及一種采用溶膠-凝膠法制備疏水型納米白炭黑的方法。

背景技術

傳統白炭黑的生產方法主要有以鹵硅烷為原料的氣相法、以水玻璃和無機酸為原料的沉淀法。不同方法制備出的白炭黑，其結構和性能也有所差異。沉淀法白炭黑粒子尺寸較大，比表面積較小，對橡膠的吸附層較少，其對硅橡膠的補強性能相對較差；氣相法白炭黑粒子尺寸小，比表面積大，容易對橡膠形成大量的吸附層，增強白炭黑與硅橡膠間的相互作用，其對橡膠的補強性能優異。溶膠凝膠法多以TEOS為硅源，酸或者堿為催化劑，制備的白炭黑粒子尺寸小，比表面積大，純度高，具有優良的物理和化學性能。

白炭黑表面存在大量活性羥基，這些表面羥基也在白炭黑對硅橡膠的補強中起著積極的作用。因為白炭黑粒子小，比表面積大，在硅橡膠中形成了大量的界面，白炭黑的表面羥基與硅橡膠的分子鏈形成氫鍵，增強了白炭黑與硅橡膠間的界面結合力。但這種作用比較弱，且穩定性不佳。減少白炭黑的表面羥基，雖然提高了白炭黑的疏水性，但是減弱了白炭黑與硅橡膠間的相互作用。采用具有疏水性的官能團接枝白炭黑，不僅能提高白炭黑的疏水性，還可以使官能團與硅橡膠的分子鏈發生化學反應，增強白炭黑與硅橡膠間的相互作用。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種采用溶膠-凝膠法制備疏水型納米白炭黑的方法，提高白炭黑的疏水性的同時實現對白炭黑粒徑的有效控制。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種采用溶膠-凝膠法制備疏水型納米白炭黑的方法，以稻殼灰、膨潤土為原料，將稻殼灰酸洗除雜，膨潤土在微波作用下酸洗后，采用微波反應方式，與氫氧化鈉反應獲得水玻璃溶液，以乙烯基硅烷為改性劑，經溶膠-凝膠轉變得到疏水型納米白炭黑。

所述乙烯基硅烷包括乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三乙酰氧基硅烷。

具體包括以下工藝步驟：

（1）原料預處理：

將稻殼灰除雜后粉碎過100目篩，在55-65℃攪拌下水洗40-70min后，將水洗后的稻殼灰在55-65℃攪拌下在pH為1-1.5條件下浸泡2-2.5小時，離心水洗，至洗出液為中性，將得到的稻殼灰干燥，備用；

將膨潤土除雜后粉碎過100-200目篩，水洗后，按照液固比4-5:1將水洗后的膨潤土加入30-50%的硫酸溶液中，微波處理35-55min，然后離心水洗，至洗出液為中性，然后將得到的膨潤土干燥，備用；

（2）水玻璃溶液的制備：

按照13-17g/100mL的料液比，將按照1：0.5-3的質量比上述膨潤土、稻殼灰混合加入濃度2-3mol/L的氫氧化鈉溶液，充分混合，置于微波化學反應器內，微波反應一段時間后，抽濾，用沸水洗滌濾渣，濾液濃縮，得水玻璃溶液；

（3）酸性水解溶液的制備：

分別量取乙烯基硅烷、蒸餾水和無水乙醇按照1:7-10:6-12的體積比混合，加入8-15%的0.1mL/L鹽酸溶液，混均后置于36-45℃的恒溫水浴中，每5min振蕩1次，水解15-25min，制成乙烯基硅烷酸性水解溶液，備用；

（4）制備接枝改性白炭黑：

配制濃度為0.25-0.5mol/L的氨水，按照3-5:1的體積比將氨水、乙醇混合，置于水浴鍋內，待溫度達到48-53℃時，緩慢加入2倍氨水體積的步驟（2）水玻璃溶液，加料結束10-15min后，向反應液中加入步驟（3）乙烯基硅烷酸性水解液，置于45-55℃恒溫水浴中，進行改性反應，沉淀體系靜置陳化50-65min后，離心分離沉淀經過濾、干燥后得到納米白炭黑。

其中，所述步驟（1）微波處理使用微波輻照強度為400-500W。

其中，所述步驟（2）微波反應的輻照強度為650-800W，時間在25-60min。

其中，所述乙烯基硅烷的使用量為水玻璃溶液的10-20%。

本發明有益效果如下：