一种橡胶制品用白炭黑分散剂的制备及其应用制造技术

本发明专利技术提供一种分散剂，其制备方法和应用，以及包含所述分散剂的橡胶组合物。本发明专利技术的分散剂包括具有式(I)所示结构的化合物，所述式(1)所示结构的化合物由有机胺类物质与二元酸或多元酸反应得到，并可以任选地负载到载体上形成负载型分散剂。所述分散剂，制备方法简单，安全环保，较同类型的分散剂相比，可以显著提高白炭黑在橡胶中的分散性能、橡胶的加工性能以及橡胶的各项物理性能方面。

【技术实现步骤摘要】
一种橡胶制品用白炭黑分散剂的制备及其应用
本专利技术涉及一种分散剂，尤其涉及一种橡胶工业用分散剂，所述分散剂特别适用于提高橡胶及橡胶组合物混炼过程中白炭黑的分散能力；本专利技术还涉及所述分散剂的制备方法及应用，以及包含所述分散剂的橡胶组合物。
技术介绍
白炭黑作为橡胶材料中重要的补强剂，近年来它的应用得到了快速发展，尤其是作为轮胎胎面胶的补强填充剂的应用已引起特别的重视。由于白炭黑表面具有大量的羟基，当白炭黑用于胎面时这些羟基能够与路面的水分子相互作用，有利于在湿滑路面上与路面的结合，提高湿地抓地力，同时白炭黑的使用也可以改善轮胎滚动阻力、磨耗和牵引性能。同时，在配方中全部用白炭黑代替传统炭黑生产“绿色轮胎”，已经成为轮胎企业的共识。但是，白炭黑聚集体或离子表面覆盖有相当活泼的硅醇基(-Si-OH)，具有极高的极性，这使得它与通用非极性的橡胶极不相容，它们之间的结合力极弱，从而使得白炭黑在聚合物中很难分散。同时，白炭黑微粒也趋于相互聚集，在填料之间形成一种填料-填料网络结构，使得未硫化胶料变得坚硬，导致橡胶的加工困难。白炭黑表面的极性及其高比表面积使得白炭黑对极性小分子有着很强的吸附能力，因此易于吸附橡胶配方中使用的极性分子如促进剂、防老剂等，从而导致橡胶硫化延迟等问题。白炭黑难于分散的缺点使得白炭黑的利用受到限制。因此，在白炭黑的使用过程中通常需要添加如硅烷偶联剂、聚乙二醇以及锌盐等加工助剂来提高其分散性。其中硅烷偶联剂一方面与白炭黑表面发生化学反应对白炭黑表面进行修饰，另一方面与橡胶中的双键产生连接，从而促进白炭黑在橡胶中的分散。但是，传统的硅烷偶联剂如Si69与白炭黑反应时会释放出大量的乙醇，造成环境污染，同时容易在橡胶中产生气泡。虽然有新型的硅烷偶联剂出现，降低了这种风险，但是硅烷偶联剂的成本昂贵，复配使用后使得白炭黑的成本进一步变高。另外一种提高白炭黑分散的方法是添加极性的聚合物或小分子，如聚乙二醇，利用氢键作用屏蔽白炭黑表面的羟基，从而减少白炭黑之间的相互作用，提高分散，同时也能减弱白炭黑的吸附作用。这种方法的问题在于聚乙二醇本身与橡胶相容性较差，虽然改善了白炭黑表面，但是与橡胶没有结合力，对分散的改善作用有限。在现有的市场上，另外一些产品作为白炭黑分散剂出现，其实质是锌盐、蜡或酰胺类的化合物，通过这类物质的加入可以降低橡胶的加工粘度，但是由于缺乏与白炭黑的相互作用，对于白炭黑的分散并没有特别明显的作用。鉴于目前白炭黑在橡胶领域的应用前景及其缺点，如何使白炭黑在橡胶中更好的分散的研究也多了起来，因此也出现了不少关于白炭黑分散剂的专利，如专利公开号分别为CN103642067A、CN103450504A、CN103387695A、CN103333378A的专利均采用各种助剂复配成混合物的方式来提高白炭黑在橡胶中的分散效果；专利公开号为CN103525068A的专利采用一元酸与胺类物质反应制备得到环保型的铵盐，该铵盐能够与白炭黑和橡胶均产生有效作用，起到分散作用，且安全环保。然而，上述白炭黑分散剂分子量相对较小。对于橡胶材料而言，小分子物质虽然能够起到一定程度的增塑作用，提高白炭黑的分散，但是在橡胶硫化之后，这些小分子物质保留在橡胶基体之中，导致橡胶材料的强度下降，同时部分小分子物质会迁移至橡胶表面并逐步流失到自然环境中造成污染。针对现有技术的这些缺陷，本专利技术提供了一种有效且更为环保的分散剂，所述分散剂在提高白炭黑分散的同时能够有效的改善橡胶材料的强度、降低加工能耗，并且使用该分散剂的橡胶材料具有优异的力学性能。
技术实现思路
：本专利技术的一个目的在于提供一种分散剂，所述分散剂包括具有式(I)所示结构的化合物：所述式(I)所示结构的化合物中，R1选自直链或支链的C1～C30烷基、直链或支链的C2～C30的烯基、饱和或不饱和的C6～C22的脂环烃、C6～C22的芳基或C7～C22的苄基，任选的，上述基团被一个或多个卤素(如氟、氯、溴、碘原子)、巯基或羟基取代；优选的，所述R1选自甲基、乙基、辛基、异辛基、十二烷基、十八烷基、牛油基、松香基的一种或多种。R2为k元酸中羧酸基以外的残基，所述k元酸选自k元脂肪酸或k元芳香酸，k即为式(1)中的下标k，k为2～4的整数；优选的，所述k元酸的所述残基为价态为k的烃基或连接键，任选的，所述烃基被一个或多个卤素(如氟、氯、溴、碘原子)、巯基或羟基取代；进一步的，所述烃基选自直链或支链的C1～C80的烷烃基、直链或支链的C2～C80的烯烃基、饱和或不饱和的C6～C80的脂环烃基、C6～C80的芳基或C7～C80的苄基。进一步优选的，所述k元酸选自丙二酸、丁二酸、戊二酸、癸二酸、对苯二甲酸、二聚油酸、二聚亚油酸、二聚松香酸、二聚蓖麻酸、二聚亚麻油酸、三聚油酸、三聚松香酸、三聚亚麻油酸、四聚油酸、均苯四甲酸以及氢化后的二聚、三聚油酸和亚麻油酸中的一种或多种；m和n表示烷氧基的聚合单元数，均为整数，且m+n的和为2～100的整数，优选为2～60之间的整数。根据本专利技术所述的分散剂，所述分散剂包括所述式(I)所示结构的化合物和载体；所述式(I)所示结构的化合物负载于所述载体上。本专利技术的上述式(I)所示结构的化合物在常温下可以为液体状或固体状，为了提高生产效率，可以将上述式(I)所示结构的化合物与一定比例的载体混合从而形成负载型分散剂。在橡胶混炼过程中，负载型分散剂融入到橡胶基体中并与白炭黑发生作用。本专利技术的附载的方法可以选用在橡胶领域应用为人们所熟知的那些，在此不再赘述。优选的，所述载体占负载后分散剂(即式(I)所示结构的化合物和载体质量的总和)的0～90wt％，优选1-80wt％，进一步优选10-50wt％。优选的，所述载体选自炭黑、白炭黑、碳酸钙、高岭土、坡缕石、滑石粉中的一种或多种。本专利技术的另一目的在于提供所述分散剂的制备方法，所述分散剂通过有机胺类物质与k元酸反应得到，其中k为2-4的整数。根据本专利技术所述分散剂的制备方法，所述有机胺类物质如式(II)所示，所述k元酸如式(III)所示，所述反应如下所示：其中，式(I)～式(III)中，R1、R2、m、n、k的定义如上文所述。根据本专利技术所述分散剂的制备方法，所述R1优选甲基、乙基、辛基、异辛基、十二烷基、十八烷基、牛油基、松香基的一种或多种；即所述式(II)所示的有机胺类物质优选甲基胺聚氧乙烯醚、乙基胺聚氧乙烯醚、辛基胺聚氧乙烯醚、异辛基胺聚氧乙烯醚、十二胺聚氧乙烯醚、十八胺聚氧乙烯醚、牛油胺聚氧乙烯醚、松香胺聚氧乙烯醚中的一种或多种。根据本专利技术所述分散剂的制备方法，优选的，所述式(III)所示的k元酸选自乙二酸、丁二酸、戊二酸、癸二酸、对苯二甲酸、二聚油酸、二聚亚油酸、二聚松香酸、二聚蓖麻酸、二聚亚麻油酸、三聚油酸、三聚松香酸、三聚亚麻油酸、四聚油酸、均苯四甲酸以及氢化后的二聚、三聚油酸和亚麻油酸中的一种或多种。根据本专利技术所述分散剂的制备方法，所述有机胺类物质(式(II))与k元酸(式(III))的摩尔比例为0.2∶1至10∶1，优选为0.5∶1～2∶1，更优选为0.8∶1～1.2∶1；根据本专利技术所述分散剂的制备方法，反应温度范围为20～200℃，优选为50～150℃；根据本专利技术所述分散剂的制备方法，可以在有溶剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分散剂，其特征在于，包括具有式(I)所示结构的化合物：其中，R1选自直链或支链的C1～C30烷基、直链或支链的C2～C30的烯基、饱和或不饱和的C6～C22的脂环烃、C6～C22的芳基或C7～C22的苄基，任选的，所述基团被一个或多个卤素、巯基或羟基取代；R2为k元酸中羧酸基以外的残基，所述k元酸选自k元脂肪酸或k元芳香酸；k为2～4的整数；m和n表示烷氧基的聚合单元数，均为整数，且m+n的和为2～100的整数。

【技术特征摘要】
1.一种分散剂，其特征在于，包括具有式(I)所示结构的化合物：其中，R1选自直链或支链的C1～C30烷基、直链或支链的C2～C30的烯基、饱和或不饱和的C6～C22的脂环烃、C6～C22的芳基或C7～C22的苄基，任选的，所述基团被一个或多个卤素、巯基或羟基取代；R2为k元酸中羧酸基以外的残基，所述k元酸选自二聚油酸、二聚亚油酸、二聚松香酸、二聚蓖麻酸、二聚亚麻油酸、三聚油酸、三聚松香酸、三聚亚麻油酸、四聚油酸、均苯四甲酸以及氢化后的二聚、三聚油酸和亚麻油酸中的一种或多种；k为2～4的整数；m和n表示烷氧基的聚合单元数，均为整数，且m+n的和为2～100的整数。2.根据权利要求1所述的分散剂，其特征在于，所述R1选自甲基、乙基、辛基、异辛基、十二烷基、十八烷基、牛油基、松香基的一种或多种。3.根据权利要求1所述的分散剂，其特征在于，所述式(I)所示结构的化合物任选地负载于载体上形成负载型分散剂，所述载体选自炭黑、白炭黑、碳酸钙、高岭土、坡缕石、滑石粉中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的分散剂，其特征在于，所述载体占负载型分散剂的0～90wt％。5.权利要求1-4任一项所述分散剂的制备方法，所述分散剂通过有...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洁，张成，蒋小强，董栋，
申请(专利权)人：北京彤程创展科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11