用于评价白炭黑与硅烷偶联剂偶联能力的测试方法技术

本发明专利技术公开了一种用于评价白炭黑与硅烷偶联剂偶联能力的测试方法，属于硅烷偶联剂活性测试技术领域。其技术方案为：采用固体核磁共振法分别对白炭黑及白炭黑‑硅烷偶联剂复合样品进行羟基测定，得到其核磁图谱，对核磁图谱进行分峰分析，确定双羟基及单羟基所占白炭黑总质量和复合样品总质量的质量分数；最后进行图形差值处理和质量分数差值结合计算公式即可判断参与反应的羟基含量。本发明专利技术可以更为直观有效地计算参与偶联反应的羟基基团占比、白炭黑与硅烷偶联剂的契合能力，以及合理确定硅烷偶联剂的准确用量。

【技术实现步骤摘要】
用于评价白炭黑与硅烷偶联剂偶联能力的测试方法
本专利技术涉及硅烷偶联剂活性测试
，具体涉及一种用于评价白炭黑与硅烷偶联剂偶联能力的测试方法。
技术介绍
白炭黑的主要成分为二氧化硅,白炭黑中硅氧原子以四面体构型结合组成独特的三维网状结构。白炭黑具有分散性、化学稳定性、耐高温性能和电绝缘性好以及多孔、质量小、不燃烧等优异性能,并因其特殊的表面结构和颗粒形态而具有优越的补强性、增稠性和触变性等,成为橡胶等领域重要的无机填料之一。白炭黑是橡胶制品的重要补强填充剂,能提高胶料物理性能,减小胶料滞后,降低轮胎滚动阻力,同时不损害其抗湿滑性能。但是白炭黑表面的活性硅羟基使其呈亲水性,在有机相中难以润湿和分散；羟基的存在使表面能较大,聚集体倾向于凝聚,产品的应用性能受到影响。因此白炭黑羟基含量的测定对改善白炭黑与橡胶相互作用及白炭黑改性研究都具有重要意义。多年来，研究者尝试使用各种方法测定白炭黑表面羟基含量，主要有金属氢化物反应法、灼烧法、有机硅烷反应法、红外光谱法、核磁共振法及化学衍生法等，但在测定羟基含量的准确性和效率上都有所不足。固体核磁共振法可以明确白炭黑表面羟基总含量，但无法准确表征参与改性的活性羟基含量。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于评价白炭黑与硅烷偶联剂偶联能力的测试方法，可以更为直观有效地计算参与偶联反应的羟基基团占比、白炭黑与硅烷偶联剂的契合能力，以及合理确定硅烷偶联剂的准确用量。本专利技术的技术方案为：一种用于评价白炭黑与硅烷偶联剂偶联能力的测试方法，包括以下步骤：S1测定白炭黑的羟基含量使用固体核磁共振法对白炭黑进行羟基测定，得到其核磁图谱，对核磁图谱进行分峰分析，确定双羟基及单羟基所占白炭黑总质量的质量分数；S2制备复合样品S21：在40-80ml的溶剂中加入10-15g白炭黑，形成白炭黑悬浊液，超声处理20-40分钟，得到稳定均匀悬浊液；S22：将0.5-2g的硅烷偶联剂缓慢加入到S21得到的悬浊液中，进行不完全偶联反应，得到混合溶液；将混合溶液超声处理60-180分钟，得到前驱混合溶液；S23：将S22得到的前驱混合溶液进行离心处理，去除上层清液，加入溶剂补充至原有容量；反复多次离心，将离心后的下层固体进行抽滤收集得到样品；S24：将S23得到的样品进行干燥去除溶剂，得到复合样品；S3测定复合样品的羟基含量对复合样品质量进行白炭黑质量补正，硅烷偶联剂改性后的复合样品质量为同组白炭黑质量的n倍，使用固体核磁共振法对S24得到的复合样品进行羟基测定，得到其核磁图谱，对核磁图谱进行分峰分析，确定双羟基及单羟基所占复合样品总质量和白炭黑总质量的质量分数；进行图形差值处理和质量分数差值即可判断参与反应的羟基含量，n＝(m1+m2)/m1m1为白炭黑质量，m2为硅烷偶联剂质量；反应双羟基占比计算公式：反应单羟基占比计算公式：优选地，所述溶剂为DMF、苯甲酰胺、丁二酰亚胺或临苯二甲酰亚胺，不与硅氧键以及表面羟基基团反应，具有一定的化学稳定性，是良好的极性有机溶剂。优选地，步骤S23中，离心次数为3次。优选地，步骤S24中，将S23得到的样品置于真空干燥箱中进行干燥去除溶剂，温度为40-100℃，干燥时间为60-360分钟。本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：本专利技术可以通过制备一种白炭黑-硅烷偶联剂体系的复合样品，采用固体核磁共振法测试其与白炭黑的表面羟基差值，来判断硅烷偶联进度，并评价硅烷偶联剂的偶联能力。可以更为直观有效地计算参与偶联反应的羟基基团占比、白炭黑与硅烷偶联剂的契合能力，以及合理确定硅烷偶联剂的准确用量。附图说明图1是无改性白炭黑和Si747及Si69改性后白炭黑的核磁共振硅谱图。图2是无改性白炭黑和KH-550及A171改性后白炭黑的核磁共振硅谱图。图3是无改性白炭黑和KH-570及A151改性后白炭黑的核磁共振硅谱图。图中，D1分峰表征双羟基硅氧基含量，D2分峰表征单羟基硅氧基含量，D3分峰表征无羟基硅氧基含量。具体实施方式实施例1S1：使用固体核磁共振法对白炭黑进行羟基测定，得到其核磁图谱，对核磁图谱进行分峰分析，确定双羟基及单羟基所占白炭黑总质量的质量分数；S21：在50ml的DMF(N，N-二甲基甲酰胺)加入12g(约0.2mol)白炭黑，形成白炭黑悬浊液，超声处理30分钟，得到稳定均匀悬浊液；S22：将1g的硅烷偶联剂缓慢加入到S21得到的悬浊液中，进行不完全偶联反应，得到混合溶液；将混合溶液超声处理120分钟，得到前驱混合溶液；S23：将S22得到的前驱混合溶液置于离心管中，使用高速离心机进行离心处理，去除上层清液，加入DMF补充至原有容量；反复进行3次离心，将离心后的下层固体使用布氏漏斗进行抽滤收集至铝箔中得到样品；S24：将S23得到的样品置于真空干燥箱中，60℃加热处理120分钟去除溶剂，得到复合样品；S3：对复合样品质量进行白炭黑质量补正，硅烷偶联剂改性后的复合样品质量为同组白炭黑质量的13/12倍，使用固体核磁共振法对复合样品进行羟基测定，得到其核磁图谱，对核磁图谱进行分峰分析，确定参与偶联反应的双羟基和单羟基占总双羟基和总单羟基的比例；反应双羟基占比计算公式：反应单羟基占比计算公式：本实施例分别采用硅烷偶联剂Si747及Si69对白炭黑进行改性，由图1结合公式可计算得出未改性白炭黑、硅烷偶联剂Si747及Si69改性的白炭黑的羟基含量，如表1所示：表1由表1可以判断，对同种白炭黑在同等反应条件下，白炭黑与Si747的反应中，参与反应的双羟基和单羟基更多，因此可判断硅烷偶联剂Si747的偶联能力更高。实施例2S1：使用固体核磁共振法对白炭黑进行羟基测定，得到其核磁图谱，对核磁图谱进行分峰分析，确定双羟基及单羟基所占白炭黑总质量的质量分数；S21：在40ml的苯甲酰胺加入10g白炭黑，形成白炭黑悬浊液，超声处理20分钟，得到稳定均匀悬浊液；S22：将0.5g的硅烷偶联剂缓慢加入到S21得到的悬浊液中，进行不完全偶联反应，得到混合溶液；将混合溶液超声处理60分钟，得到前驱混合溶液；S23：将S22得到的前驱混合溶液置于离心管中，使用高速离心机进行离心处理，去除上层清液，加入苯甲酰胺补充至原有容量；反复进行3次离心，将离心后的下层固体使用布氏漏斗进行抽滤收集至铝箔中得到样品；S24：将S23得到的样品置于真空干燥箱中，40℃加热处理60分钟去除溶剂，得到复合样品。S3：对复合样品质量进行白炭黑质量补正，硅烷偶联剂改性后的复合样品质量为同组白炭黑质量的1.05倍，使用固体核磁共振法对复合样品进行羟基测定，得到其核磁图谱，对核磁图谱进行分峰分析，确定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于评价白炭黑与硅烷偶联剂偶联能力的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1测定白炭黑的羟基含量/n使用固体核磁共振法对白炭黑进行羟基测定，得到其核磁图谱，对核磁图谱进行分峰分析，确定双羟基及单羟基所占白炭黑总质量的质量分数；/nS2制备复合样品/nS21：在40-80ml的溶剂中加入10-15g白炭黑，形成白炭黑悬浊液，超声处理20-40分钟，得到稳定均匀悬浊液；/nS22：将0.5-2g的硅烷偶联剂缓慢加入到S21得到的悬浊液中，进行不完全偶联反应，得到混合溶液；将混合溶液超声处理60-180分钟，得到前驱混合溶液；/nS23：将S22得到的前驱混合溶液进行离心处理，去除上层清液，加入溶剂补充至原有容量；反复多次离心，将离心后的下层固体进行抽滤收集得到样品；/nS24：将S23得到的样品进行干燥去除溶剂，得到复合样品；/nS3测定复合样品的羟基含量/n对复合样品质量进行白炭黑质量补正，硅烷偶联剂改性后的复合样品质量为同组白炭黑质量的n倍，使用固体核磁共振法对S24得到的复合样品进行羟基测定，得到其核磁图谱，对核磁图谱进行分峰分析，确定双羟基及单羟基所占复合样品总质量和白炭黑总质量的质量分数；进行图形差值处理和质量分数差值即可判断参与反应的羟基含量，/nn＝(m...

【技术特征摘要】
1.一种用于评价白炭黑与硅烷偶联剂偶联能力的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1测定白炭黑的羟基含量
使用固体核磁共振法对白炭黑进行羟基测定，得到其核磁图谱，对核磁图谱进行分峰分析，确定双羟基及单羟基所占白炭黑总质量的质量分数；
S2制备复合样品
S21：在40-80ml的溶剂中加入10-15g白炭黑，形成白炭黑悬浊液，超声处理20-40分钟，得到稳定均匀悬浊液；
S22：将0.5-2g的硅烷偶联剂缓慢加入到S21得到的悬浊液中，进行不完全偶联反应，得到混合溶液；将混合溶液超声处理60-180分钟，得到前驱混合溶液；
S23：将S22得到的前驱混合溶液进行离心处理，去除上层清液，加入溶剂补充至原有容量；反复多次离心，将离心后的下层固体进行抽滤收集得到样品；
S24：将S23得到的样品进行干燥去除溶剂，得到复合样品；
S3测定复合样品的羟基含量
对复合样品质量进行白炭黑质量补正，硅烷偶联剂改性后的复合样品质量为同组白...

【专利技术属性】
技术研发人员：王健，周天明，任衍峰，孙胜焕，
申请(专利权)人：赛轮集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37