[發明專利]一種炭黑偶聯劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010835101.6
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN114075350B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 謝治國;楊帆;范汝良;董棟;張寧
• 申請（專利權）人: 彤程化學（中國）有限公司;彤程新材料集團股份有限公司
• 主分類號: C08K5/20
• 分類號: C08K5/20;C08L79/02;C08L7/00;C08L91/00;C08L9/00;C08L91/06;C08K13/02;C08K3/22;C08K5/09;C08K3/04;C08K3/06;C07C231/02;C07C233/09;C08G73/04
• 代理公司: 上海德禾翰通律師事務所 31319
• 代理人: 夏思秋

本發明公開了一種炭黑偶聯劑及其制備方法和應用，以及包含所述炭黑偶聯劑的橡膠組合物。本發明所述的炭黑偶聯劑通過將多元胺類化合物與脂肪酸類有機物混合反應制備而成。本發明所述的炭黑偶聯劑其結構包含至少一個懸掛的氨基官能團和至少一個不飽和雙鍵，將其用于制備橡膠組合物，其懸掛的氨基官能團能與炭黑表面存在的活性基團發生反應，削弱炭黑分子間作用力，改善炭黑在橡膠中的分散；炭黑偶聯劑還可以與橡膠發生偶聯作用，改善橡膠與炭黑結合性，防止膠料在儲存和硫化過程中發生絮凝。本發明的炭黑偶聯劑在橡膠硫化過程中與橡膠發生交聯反應，有效改善膠料的物理性能。本發明所述的炭黑偶聯劑的制備方法簡單高效、原料價格低廉且來源廣泛。

技術領域

本發明屬于炭黑補強橡膠制品技術領域，涉及一種炭黑偶聯劑及其制備方法和應用。

背景技術

炭黑是橡膠行業中用量最大的補強型填充劑，對改善橡膠物理機械性能和加工工藝有著重要作用；有數據表明：橡膠工業中的炭黑有80％用于橡膠輪胎行業，橡膠輪胎的生產效率、使用性能和使用壽命與炭黑有著密不可分的聯系。

輪胎的主要成分是天然橡膠+丁苯橡膠+炭黑，其中炭黑是橡膠輪胎主要原材料之一，可以明顯增加橡膠輪胎的強度、耐磨性等物理機械性能。以輪胎胎面膠為例，在胎面膠配方中使用適量的高結構度長鏈炭黑可以明顯改善輪胎胎面的抗濕滑性，從而提高車輛行駛安全性；單獨使用天然膠生產輪胎時填充一定比例的耐磨型炭黑可以明顯改善膠料的耐磨性、彈性、撕裂強度等指標。但是炭黑表面的基團(層面的邊緣自由基氫含氧基團：羥基/羧基/內酯基/醌基，炭黑的表面由微小的結晶和無定形碳兩部分組成微晶邊緣被認為是炭黑表面活性最高。)由于炭黑表面性能的特殊性，難以在橡膠中分散均勻，從而影響橡膠中的分散效果和多種力學性能。多數情況下炭黑在橡膠中未完全達到聚集體的微分散狀態。因此，未完全發揮固有性能，滾動阻力、耐磨耗尚有改善空間。如何制備一種炭黑偶聯劑，在應用于橡膠時，保證橡膠擁有較好的硫化特性的同時，能夠顯著改善炭黑的分散性，進而改善橡膠制品的物理機械性能還有待于進一步研究。

發明內容

為克服現有技術中存在的上述缺陷，本發明提供一種炭黑偶聯劑的制備方法及其在橡膠領域的應用。

本發明提供了一種炭黑偶聯劑，其結構如式(Ⅰ)所示：

其中，

R₁選自直鏈或支鏈的C6～C30的不飽和烴基的任一種；優選地，R₁選自直鏈或支鏈的C6～C22的不飽和烴基的一種；

R₂選自直鏈或支鏈的C1～C30烷基鏈的烷基、直鏈或支鏈的C1～C30的不飽和烴基、C3-C6的環芳烴基、C3-C6環烷烴基、長鏈酰基和烷基氨基中的任一種或多種；優選地，R₂選自直鏈或支鏈的C6～C22烷基鏈的烷基、直鏈或支鏈的C6～C22的不飽和烴基、C6的環芳烴基、C6環烷烴基、長鏈酰基和烷基氨基中的任一種或多種；

n＝1～1200的整數；優選地，n＝1～1100的整數。

所述炭黑偶聯劑的結構包含至少1個懸掛的氨基官能團以及包含至少一個不飽和雙鍵。

本發明所述的炭黑偶聯劑具有以下優點：

(1)本發明所述的炭黑偶聯劑其結構包含至少一個懸掛的氨基官能團，將其用于制備橡膠組合物，其懸掛的氨基官能團能與炭黑表面存在的羧基基團發生反應形成離子鍵，甚至可以通過生產酰胺基團而形成共價鍵。同時氨基也可能與內酯、羥基等存在與炭黑表面的官能團形成氫橋。因此，本發明的炭黑偶聯劑可削弱炭黑分子間作用力，改善炭黑在橡膠中的分散。