一种改性沉淀法白炭黑的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性沉淀法白炭黑的制备方法，涉及橡胶补强剂技术领域，包括以下步骤：（1）在反应釜中加入液体硅酸钠，向液体硅酸钠中添加其质量纳米二氧化硅；（2）在反应釜中加入硫酸水溶液，再加入表面异氰酸酯化的膨润土；（3）采用氨水调节pH值，再加入沉降剂，继续搅拌；（4）反应结束后，将反应物进行水洗、抽滤，并进行干燥，得到改性沉淀法白炭黑；本发明专利技术制备的改性白炭黑相较于传统沉淀法白炭黑的物化指标（BET比表面积、油吸收值、粒径等）提高率均超过10%以上，产率为95％。

A modified precipitation method for preparation of white carbon black

The invention discloses a preparation method of modified precipitation method white carbon black, involving the technical field of rubber reinforcing agent, including the following steps: (1) adding liquid sodium silicate in the reaction kettle to add its quality nano silica to liquid sodium silicate; (2) adding sulfuric acid solution in the reaction kettle and adding surface isocyanate. (3) use ammonia water to adjust pH value and then add the settling agent to continue stirring; (4) after the reaction is finished, the reactant is washed, filtered and dried to get the modified precipitation method white carbon black. The modified white carbon black phase prepared by this invention is compared with the traditional precipitation method (BET specific surface area). The increase rate of oil absorption and particle size is over 10%, and the yield is 95%.

【技术实现步骤摘要】
一种改性沉淀法白炭黑的制备方法
本专利技术属于橡胶补强剂
，具体涉及一种改性沉淀法白炭黑的制备方法。
技术介绍
沉淀法白炭黑，又名水合二氧化硅，是一种白色、无毒、无定形微粉末。具有多孔性、内表面积大、质轻、化学稳定性好、耐高温、不燃烧、电绝缘性好等优异性能，在橡胶、涂料等领域应用广泛。其中，橡胶工业是白炭黑的主要消费市场，占白炭黑消费总量的70％以上。在橡胶工业中,白炭黑是优良的橡胶补强剂，能改善胶接性和抗撕裂性，部分替代炭黑还可以降低轮胎的生热、滚动阻力和油耗,同时还可以提高胎面胶的抗刺扎性、抗崩花掉块性和抗湿滑性。另外，炭黑生产过程耗费能源高，二氧化碳的排放数量大，相比之下白炭黑的生产、使用过程对环境造成的影响小。因此，添加白炭黑填料作为补强剂的轮胎被称为“绿色轮胎”。随着对轮胎环保、节能性能的日益关注，白炭黑的应用将更加广泛，但是现有的方法制备的白炭黑性能一般，无法满足市场某些场合的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的问题，提供了一种改性沉淀法白炭黑的制备方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种改性沉淀法白炭黑的制备方法，包括以下步骤：（1）在反应釜中加入液体硅酸钠，向液体硅酸钠中添加其质量0.15-0.18%的纳米二氧化硅，以500r/min转速搅拌2小时；（2）在反应釜中加入与液体硅酸钠等摩尔量的硫酸水溶液，所述硫酸水溶液质量分数为40-42%，以250r/min转速搅拌15-18min后，再加入液体硅酸钠质量0.32-0.35%表面异氰酸酯化的膨润土，缓慢升温至88-92℃，以200r/min转速搅拌2.5-3小时；（3）采用氨水调节pH值到8.5-8.8，以120r/min转速搅拌15min后，再加入液体硅酸钠质量0.2-0.5%的沉降剂，继续搅拌1.5小时；（4）反应结束后，将反应物进行水洗、抽滤，并进行干燥，得到改性沉淀法白炭黑。进一步的，所述步骤（1）中纳米二氧化硅经过质量分数为10%的有机硅烷偶联剂溶液在40℃下浸泡40min后，过滤洗涤烘干得到，所述纳米二氧化硅粒度为80nm。进一步的，所述步骤（2）中表面异氰酸酯化的膨润土制备方法为：(1)将海藻酸钠按32g：330mL的比例溶于质量分数为80%的乙醇溶液中，搅拌30min后，加热至40℃，保温，制得改性溶液；(2)将膨润土采用质量分数为5%的醋酸溶液在常温下浸泡30min后，过滤洗涤，烘干至恒重，然后再560℃下煅烧30min，自然冷却至室温后，按110g：420mL的比例与步骤（1）制得的改性溶液混合，加热至65℃，保温35min，然后在550W功率下超声处理3min，再进行过滤，在150℃下干燥30min，制得海藻酸钠改性膨润土；(3)将步骤（2）中制得的海藻酸钠改性膨润土置于真空容器中，然后加入其质量3倍的二甲苯，混合均匀后加入其质量8.5%的异佛尔酮二异氰酸酯，缓慢升温至118℃后反应1.5h，反应结束后，冷却至室温，过滤，在125℃下干燥40min，得到表面异氰酸酯化的膨润土。进一步的，所述步骤（3）中氨水为饱和氨水。进一步的，所述步骤（3）中沉降剂为十二水合硫酸铝钾与七水合硫酸镁按5:1质量比例均匀混合而成。本专利技术相比现有技术具有以下优点：本专利技术改性沉淀法白炭黑的制备方法制备的白炭黑，通过在反应过程中添加一定量的表面异氰酸酯化的膨润土，能够有效的解决，传统沉淀法白炭黑内部的聚硅氧和外表面存在的活性硅醇基易吸附水，使其呈亲水性，在有机相中难以湿润和分散的问题，制备的改性白炭黑其表面羟基量大幅度降低，表面能减小，聚集体不易凝聚，分散性得到大幅度的提高，从而使得添加改性白炭黑的胶料的物理性能同样得到显著的提高,但改性白炭黑与烃类橡胶分子的相容性好,在胶料中分散均匀,加工性能好，故其应用得到极大的拓展，在橡胶硫化系统中，未改性的白炭黑很好地在聚合物中分散，填料、聚合物之间更容易形成偶联健，从而提高了硫化效率和补强性能。本专利技术制备的改性白炭黑相较于传统沉淀法白炭黑的物化指标（BET比表面积、油吸收值、粒径等）提高率均超过10%以上，产率为95％。具体实施方式实施例1一种改性沉淀法白炭黑的制备方法，包括以下步骤：（1）在反应釜中加入液体硅酸钠，向液体硅酸钠中添加其质量0.15%的纳米二氧化硅，以500r/min转速搅拌2小时；（2）在反应釜中加入与液体硅酸钠等摩尔量的硫酸水溶液，所述硫酸水溶液质量分数为40%，以250r/min转速搅拌15min后，再加入液体硅酸钠质量0.32%表面异氰酸酯化的膨润土，缓慢升温至88℃，以200r/min转速搅拌2.5小时；（3）采用氨水调节pH值到8.5，以120r/min转速搅拌15min后，再加入液体硅酸钠质量0.2%的沉降剂，继续搅拌1.5小时；（4）反应结束后，将反应物进行水洗、抽滤，并进行干燥，得到改性沉淀法白炭黑。进一步的，所述步骤（1）中纳米二氧化硅经过质量分数为10%的有机硅烷偶联剂溶液在40℃下浸泡40min后，过滤洗涤烘干得到，所述纳米二氧化硅粒度为80nm。进一步的，所述步骤（2）中表面异氰酸酯化的膨润土制备方法为：(1)将海藻酸钠按32g：330mL的比例溶于质量分数为80%的乙醇溶液中，搅拌30min后，加热至40℃，保温，制得改性溶液；(2)将膨润土采用质量分数为5%的醋酸溶液在常温下浸泡30min后，过滤洗涤，烘干至恒重，然后再560℃下煅烧30min，自然冷却至室温后，按110g：420mL的比例与步骤（1）制得的改性溶液混合，加热至65℃，保温35min，然后在550W功率下超声处理3min，再进行过滤，在150℃下干燥30min，制得海藻酸钠改性膨润土；(3)将步骤（2）中制得的海藻酸钠改性膨润土置于真空容器中，然后加入其质量3倍的二甲苯，混合均匀后加入其质量8.5%的异佛尔酮二异氰酸酯，缓慢升温至118℃后反应1.5h，反应结束后，冷却至室温，过滤，在125℃下干燥40min，得到表面异氰酸酯化的膨润土。进一步的，所述步骤（3）中氨水为饱和氨水。进一步的，所述步骤（3）中沉降剂为十二水合硫酸铝钾与七水合硫酸镁按5:1质量比例均匀混合而成。实施例2一种改性沉淀法白炭黑的制备方法，包括以下步骤：（1）在反应釜中加入液体硅酸钠，向液体硅酸钠中添加其质量0.18%的纳米二氧化硅，以500r/min转速搅拌2小时；（2）在反应釜中加入与液体硅酸钠等摩尔量的硫酸水溶液，所述硫酸水溶液质量分数为42%，以250r/min转速搅拌18min后，再加入液体硅酸钠质量0.35%表面异氰酸酯化的膨润土，缓慢升温至92℃，以200r/min转速搅拌3小时；（3）采用氨水调节pH值到8.8，以120r/min转速搅拌15min后，再加入液体硅酸钠质量0.5%的沉降剂，继续搅拌1.5小时；（4）反应结束后，将反应物进行水洗、抽滤，并进行干燥，得到改性沉淀法白炭黑。进一步的，所述步骤（1）中纳米二氧化硅经过质量分数为10%的有机硅烷偶联剂溶液在40℃下浸泡40min后，过滤洗涤烘干得到，所述纳米二氧化硅粒度为80nm。进一步的，所述步骤（2）中表面异氰酸酯化的膨润土制备方法为：(1)将海藻酸钠按32g：330mL的比例溶于质量分数为80%的乙醇溶液中，搅拌3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性沉淀法白炭黑的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）在反应釜中加入液体硅酸钠，向液体硅酸钠中添加其质量0.15‑0.18%的纳米二氧化硅，以500r/min转速搅拌2小时；（2）在反应釜中加入与液体硅酸钠等摩尔量的硫酸水溶液，所述硫酸水溶液质量分数为40‑42%，以250r/min转速搅拌15‑18min后，再加入液体硅酸钠质量0.32‑0.35%表面异氰酸酯化的膨润土，缓慢升温至88‑92℃，以200r/min转速搅拌2.5‑3小时；（3）采用氨水调节pH值到8.5‑8.8，以120r/min转速搅拌15min后，再加入液体硅酸钠质量0.2‑0.5%的沉降剂，继续搅拌1.5小时；（4）反应结束后，将反应物进行水洗、抽滤，并进行干燥，得到改性沉淀法白炭黑。

【技术特征摘要】
1.一种改性沉淀法白炭黑的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）在反应釜中加入液体硅酸钠，向液体硅酸钠中添加其质量0.15-0.18%的纳米二氧化硅，以500r/min转速搅拌2小时；（2）在反应釜中加入与液体硅酸钠等摩尔量的硫酸水溶液，所述硫酸水溶液质量分数为40-42%，以250r/min转速搅拌15-18min后，再加入液体硅酸钠质量0.32-0.35%表面异氰酸酯化的膨润土，缓慢升温至88-92℃，以200r/min转速搅拌2.5-3小时；（3）采用氨水调节pH值到8.5-8.8，以120r/min转速搅拌15min后，再加入液体硅酸钠质量0.2-0.5%的沉降剂，继续搅拌1.5小时；（4）反应结束后，将反应物进行水洗、抽滤，并进行干燥，得到改性沉淀法白炭黑。2.如权利要求1所述的一种改性沉淀法白炭黑的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中纳米二氧化硅经过质量分数为10%的有机硅烷偶联剂溶液在40℃下浸泡40min后，过滤洗涤烘干得到，所述纳米二氧化硅粒度为80nm。3.如权利要求1所述的一种改性沉淀法白炭黑的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中表面异氰酸酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆幼强，牛虎辰，吴君，苏海波，
申请(专利权)人：安徽凤阳赛吉元无机材料有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34