一种利用粉煤灰制备乙烯基接枝改性白炭黑的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用粉煤灰制备乙烯基接枝改性白炭黑的方法，本发明专利技术以粉煤灰为原料，与碳酸钠碱熔活化生成硅铝酸钠，之后经酸溶反应过滤，再以乙烯基硅烷为改性剂，经溶胶‑凝胶转变得到乙烯基接枝改性白炭黑产物。本发明专利技术以乙烯基硅烷为改性剂，将疏水基团乙烯基接枝到白炭黑的表面，一方面提高了白炭黑的疏水性，另一方面白炭黑表面的乙烯基能够参与硅橡胶硫化过程中的交联反应，增强白炭黑与硅橡胶间的相互作用；以工业废料粉煤灰为原料制备疏水白炭黑，可以资源化利用工业废弃物，大幅度降低白炭黑生产原料成本，可广泛用于低、中、高端的橡胶制品、特种用途的涂料、硅橡胶制品等领域，尤其在绝缘硅橡胶制品领域。

A method of preparing vinyl graft modified white carbon black by fly ash

The invention discloses a method for modifying the preparation of white carbon black vinyl graft using fly ash system, the invention uses fly ash as raw material, sodium carbonate and alkali activation to generate sodium aluminosilicate, after acid dissolution filtration, then modified with vinyl silane, the sol gel transition obtained the product of silica modified vinyl graft. The invention uses vinyl silane as modifier, the hydrophobic vinyl groups grafted onto the surface of silica, has improved the hydrophobic silica, a vinyl silica surface can participate in the cross-linking reaction of vulcanized silicone rubber in the process of interaction, enhanced silica and silicon rubber. Raw materials; preparation of hydrophobic silica in industrial waste fly ash as the resource utilization of industrial waste, greatly reduce the cost of raw materials for production of white carbon black, can be widely used for low, medium and high-end rubber products, special coatings, silicone rubber products and other fields, especially in the field of insulating silicone rubber products.

【技术实现步骤摘要】
一种利用粉煤灰制备乙烯基接枝改性白炭黑的方法
本专利技术属于铝硅系工业废弃物高值化利用
，具体涉及一种利用粉煤灰制备乙烯基接枝改性白炭黑的方法。
技术介绍
传统白炭黑的生产方法主要有以卤硅烷为原料的气相法、以水玻璃和无机酸为原料的沉淀法。沉淀法由于工艺简单、制备成本较低，在工业生产上应用广泛。近年来，以粉煤灰为原料制备白炭黑的研究较为活跃。但由于二氧化硅表面亲水疏油，在有机介质中难于均匀分散，与有机机体之间结合力差，易造成界面缺陷，复合材料性能降低，限制了制品的应用范围。白炭黑表面存在大量活性羟基，这些表面羟基也在白炭黑对硅橡胶的补强中起着积极的作用。因为白炭黑粒子小，比表面积大，在硅橡胶中形成了大量的界面，白炭黑的表面羟基与硅橡胶的分子链形成氢键，增强了白炭黑与硅橡胶间的界面结合力。但这种作用比较弱，且稳定性不佳。减少白炭黑的表面羟基，虽然提高了白炭黑的疏水性，但是减弱了白炭黑与硅橡胶间的相互作用。采用具有疏水性的官能团接枝白炭黑，不仅能提高白炭黑的疏水性，还可以使官能团与硅橡胶的分子链发生化学反应，增强白炭黑与硅橡胶间的相互作用。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种利用粉煤灰制备乙烯基接枝改性白炭黑的方法，提高白炭黑的疏水性的同时增强其与硅橡胶的界面结合力。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种利用粉煤灰制备乙烯基接枝改性白炭黑的方法，以粉煤灰为原料，与碳酸钠碱熔活化生成硅铝酸钠，之后经酸溶反应过滤，再以乙烯基硅烷为改性剂，经溶胶-凝胶转变得到乙烯基接枝改性白炭黑产物。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。具体包括以下工艺步骤：（1）酸性水解溶液的制备：分别量取乙烯基硅烷、蒸馏水和无水乙醇按照1:7-10:6-12的体积比混合，加入8-15%的0.1mL/L盐酸溶液，混均后置于36-45℃的恒温水浴中，每5min振荡1次，水解15-25min，制成乙烯基硅烷酸性水解溶液，备用；（2）粉煤灰磁选：采用球磨机进行对粉煤灰进行研磨，球磨时间为2-4h，至得到150-300目的粉煤灰，之后对粉煤灰微粒进行磁选；（3）碱熔：将上述粉煤灰微粒与碳酸钠助剂按质量比1:0.4-0.6混合，置于马弗炉中，于960-1050℃下保温1-2h，得到碱熔活化后粉煤灰；（4）酸溶：将上述粉煤灰碱熔物加入烧杯中，按固液比1：5-7加入高浓度盐酸溶液，搅拌并加热到温度75-90℃，保温反应20-40min后过滤，得到硅铝溶液；（5）制备接枝改性白炭黑：量取浓度为0.5mol/L的NH3·H2O、无水乙醇按照5.5-7:1的体积比混合，置于水浴锅内，待温度达到48-53℃时，缓慢加入上述硅铝溶液，加料结束10-15min后，向反应液中加入步骤（1）乙烯基硅烷酸性水解液，置于45-55℃恒温水浴中，进行改性反应，凝胶沉淀经过滤、干燥后得到改性白炭黑。其中，所述步骤（4）高浓度盐酸溶液浓度在70-78%。其中，所述乙烯基硅烷的使用量为粉煤灰质量的6-14%。本专利技术有益效果如下：本专利技术中以粉煤灰为原料，在碳酸钠助熔作用下反应生成活性物质硅铝酸钠，硅铝酸钠再与高浓度盐酸溶液在一定温度下进行酸溶反应，反应结束后进行过滤，再以乙烯基硅烷为改性剂，通过溶胶-凝胶法成功地将疏水基团乙烯基接枝到白炭黑的表面，一方面提高了白炭黑的疏水性，另一方面白炭黑表面的乙烯基能够参与硅橡胶硫化过程中的交联反应，增强白炭黑与硅橡胶间的相互作用，引发硅橡胶及白炭黑表面的乙烯基交联网络的形成，促进硅橡胶的硫化过程；本专利技术中以工业废料粉煤灰为原料制备疏水白炭黑，可以资源化利用工业废弃物，大幅度降低白炭黑生产原料成本，可广泛用于低、中、高端的橡胶制品、特种用途的涂料、硅橡胶制品等领域，尤其在绝缘硅橡胶制品领域。具体实施方式实施例1一种利用粉煤灰制备乙烯基接枝改性白炭黑的方法，以粉煤灰为原料，与碳酸钠碱熔活化生成硅铝酸钠，之后经酸溶反应过滤，再以乙烯基硅烷为改性剂，经溶胶-凝胶转变得到乙烯基接枝改性白炭黑产物。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。具体包括以下工艺步骤：（1）酸性水解溶液的制备：分别量取乙烯基三乙氧基硅烷、蒸馏水和无水乙醇按照1:8:7的体积比混合，加入10%的0.1mL/L盐酸溶液，混均后置于40℃的恒温水浴中，每5min振荡1次，水解25min，制成乙烯基硅烷酸性水解溶液，备用；（2）粉煤灰磁选：采用球磨机进行对粉煤灰进行研磨，球磨时间为3h，至得到200目的粉煤灰，之后对粉煤灰微粒进行磁选；（3）碱熔：将上述粉煤灰微粒与碳酸钠助剂按质量比1:0.5混合，置于马弗炉中，于980℃下保温2h，得到碱熔活化后粉煤灰；（4）酸溶：将上述粉煤灰碱熔物加入烧杯中，按固液比1:6加入浓度在72%高浓度盐酸溶液，搅拌并加热到温度82℃，保温反应30min后过滤，得到硅铝溶液；（5）制备接枝改性白炭黑：量取浓度为0.5mol/L的NH3·H2O、无水乙醇按照6:1的体积比混合，置于水浴锅内，待温度达到50℃时，缓慢加入上述硅铝溶液，加料结束10min后，向反应液中加入步骤（1）乙烯基硅烷酸性水解液，置于50℃恒温水浴中，进行改性反应，凝胶沉淀经过滤、干燥后得到改性白炭黑。所述乙烯基硅烷的使用量为粉煤灰质量的8%。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用粉煤灰制备乙烯基接枝改性白炭黑的方法，其特征在于，以粉煤灰为原料，与碳酸钠碱熔活化生成硅铝酸钠，之后经酸溶反应过滤，再以乙烯基硅烷为改性剂，经溶胶‑凝胶转变得到乙烯基接枝改性白炭黑产物。

【技术特征摘要】
1.一种利用粉煤灰制备乙烯基接枝改性白炭黑的方法，其特征在于，以粉煤灰为原料，与碳酸钠碱熔活化生成硅铝酸钠，之后经酸溶反应过滤，再以乙烯基硅烷为改性剂，经溶胶-凝胶转变得到乙烯基接枝改性白炭黑产物。2.根据权利要求1所述一种利用粉煤灰制备乙烯基接枝改性白炭黑的方法，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述一种利用粉煤灰制备乙烯基接枝改性白炭黑的方法，其特征在于，具体包括以下工艺步骤：（1）酸性水解溶液的制备：分别量取乙烯基硅烷、蒸馏水和无水乙醇按照1:7-10:6-12的体积比混合，加入8-15%的0.1mL/L盐酸溶液，混均后置于36-45℃的恒温水浴中，每5min振荡1次，水解15-25min，制成乙烯基硅烷酸性水解溶液，备用；（2）粉煤灰磁选：采用球磨机进行对粉煤灰进行研磨，球磨时间为2-4h，至得到150-300目的粉煤灰，之后对粉煤灰微粒进行磁选；（3）碱熔：将上述粉煤...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴文忠，吴钰娟，戴超，戴文秉，戴章，戴冕，
申请(专利权)人：安徽伊法拉电气有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34