[發(fā)明專利]一種改性白炭黑的改性劑及輪胎胎面膠及制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110176331.0
• 申請(qǐng)日: 2021-02-09
• 公開（公告）號(hào): CN113025078A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈梅;魏利萍;辛振祥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C09C1/30
• 分類號(hào): C09C1/30;C09C3/08;C08K9/04;C08K7/26;C08K9/06;C08L9/06
• 代理公司: 濟(jì)南舜昊專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 37249
• 代理人: 宋玉霞

本發(fā)明涉及輪胎膠料的技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，是一種改性白炭黑的改性劑及輪胎胎面膠及制備方法。包括膽堿類低共融溶劑DESs，膽堿類低共融溶劑是由氯化膽堿與配位劑組成，所述的配位劑為尿素、乙二酸或甘油中的一種。該改性劑具有制備簡便、價(jià)格低廉、無毒，可生物降價(jià)及結(jié)構(gòu)多樣性的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)明所述的改性效果和橡膠動(dòng)態(tài)性能的調(diào)節(jié)可以通過改變DES s的結(jié)構(gòu)和用量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及輪胎膠料的技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，是一種改性白炭黑的改性劑及輪胎胎面膠及制備方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)中普遍使用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)白炭黑改性，以提高其在非極性橡膠中的分散性，同時(shí)改善加工性能。工業(yè)化應(yīng)用的白炭黑改性劑主要是Si69，中文名為雙-[(三乙氧基硅烷基)-丙基]四硫化物，能明顯改善膠料的加工性能，提高白炭黑與橡膠之間的相容性,降低硫化膠60℃的損耗因子tanδ值。其機(jī)理為Si69在混合過程中與白炭黑表面的硅羥基反應(yīng)，并且在硫化過程中與橡膠之間形成共價(jià)化學(xué)鍵。這賦予了白炭黑補(bǔ)強(qiáng)橡膠更高的拉伸強(qiáng)度和模量、增加耐磨性并且改善了動(dòng)態(tài)性能。但是現(xiàn)有技術(shù)中使用的硅烷偶聯(lián)劑其應(yīng)用效果受到硅烷種類、用量、溫度、催化等眾多條件的影響。同時(shí)綠色輪胎中白炭黑的用量非常大，因而混煉膠的粘度非常高，在高粘度的混煉中，硅烷偶聯(lián)劑的反應(yīng)效率非常低。因此，在輪胎工業(yè)中，硅烷偶聯(lián)劑的用量很大，一般為白炭用量的8-10％。在高硅烷含量下，其與白炭黑表面羥基間的硅烷化反應(yīng)程度主要依賴于反應(yīng)的溫度，即混煉溫度或混煉時(shí)排膠溫度(由于Si69分子量較大，需要較高的溫度和較長的時(shí)間的混煉才能與白炭黑充分反應(yīng)，排膠溫度最好不低于130℃，最佳溫度為140℃-145℃，而Si69中的多硫鍵在混煉溫度接近160℃時(shí)將發(fā)生斷裂，參與硫化反應(yīng)，導(dǎo)致焦燒。),同時(shí)反應(yīng)過程中釋放乙醇等氣體導(dǎo)致硫化橡膠的致密度降低，硫化橡膠產(chǎn)生針孔，并對(duì)橡膠與金屬骨架材料的黏合產(chǎn)生不利影響，從而影響硫化橡膠質(zhì)量。

同時(shí)新型改性劑如離子液體價(jià)格昂貴，濕法混煉技術(shù)并未全面推廣；環(huán)保型植物類改性劑及新型高效改性劑還處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，因此尋找一種新型的白炭黑改性劑，采用綠色改性工藝進(jìn)行改性，從而制備高性能的橡膠輪胎的產(chǎn)品質(zhì)量具有非常重要的意義。

低共熔溶劑DESs，通常是由一定化學(xué)計(jì)量比的季銨鹽和氫鍵給體(如酰胺、羧酸和多元醇等化合物)組合而成的低共熔混合物，具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，并且可以通過選擇合適的組成和配比來調(diào)整其性能，達(dá)到不同的應(yīng)用目的。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的硅烷偶聯(lián)劑對(duì)白炭黑改性的上述離子液體價(jià)格昂貴、硅烷偶聯(lián)劑的用量很大、容易導(dǎo)致焦燒等等的不足，本發(fā)明提供一種改性白炭黑的改性劑及輪胎胎面膠及制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種改性白炭黑的改性劑，包括膽堿類低共融溶劑DESs，膽堿類低共融溶劑是由氯化膽堿與配位劑組成，所述的配位劑為尿素、乙二酸或甘油中的一種。

氯化膽堿分別與尿素、乙二酸或甘油合成三類不同結(jié)構(gòu)類型的DESs。

膽堿類低共融溶劑的分子結(jié)構(gòu)與配位劑以及氯化膽堿與配位劑的摩爾比息息相關(guān)，性能也因此而有不同，此外，雜質(zhì)也會(huì)影響膽堿類低共融溶劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)。當(dāng)氯化膽堿與配位劑的摩爾比例為1:2時(shí)，其物理化學(xué)性質(zhì)適合改性白炭黑制備高性能SBR橡膠復(fù)合材料。

膽堿類低共融溶劑的制備：本發(fā)明所制備的改性劑DESs由氯化膽堿與配位劑組成，其中配位劑為尿素、乙二酸、甘油中的一種物質(zhì)，其形成描述為：陽離子+陰離子+氫鍵供體陽離子+配位陰離子，繼而氯化膽堿/尿素、氯化膽堿/乙二酸和氯化膽堿/甘油的形成可表示為：

膽堿類低共融溶劑的制備方法為：先稱取一定質(zhì)量的氯化膽堿，再稱取配位劑，倒入500ml的三口燒瓶中，所述的配位劑為尿素、乙二酸或甘油中的一種；機(jī)械攪拌并進(jìn)行加熱70-90℃下，反應(yīng)一定時(shí)間，得到無色透明粘稠液體，加熱旋蒸提純后即得膽堿類低共融溶劑。進(jìn)一步優(yōu)選，氯化膽堿與配位劑的摩爾比例為1:2。