一种纳米SiO制造技术

本发明专利技术公开了一种纳米SiO

【技术实现步骤摘要】
一种纳米SiO2-炭黑双相填料的制备方法
本专利技术属于橡胶填料
，具体涉及一种纳米SiO2-炭黑双相填料的制备方法。
技术介绍
随着社会发展与科学技术的进步，人们对橡胶制品的各性能提出了更高的要求。其中填料在橡胶工业中起着至关重要的作用，称之为补强，填料的补强效果促进了橡胶工业的飞速发展。填料粒子补强橡胶材料时，填料与橡胶的表面能存在着很大的差异，且无机填料自身易产生聚集使其表面能降低，故致使二者混合时缺乏热力学驱动力；同时由于无机粒子表面含有大量极性官能团，而橡胶基体一般为非极性，因此无机填料很难在橡胶基体中达到较为理想的分散效果，大部分填料粒子一般均以聚集体的形式存在于橡胶基质中，提高填料在橡胶基质中的分散程度至关重。目前，橡胶制品中所使用的主要补强填料是炭黑和白炭黑（SiO2）。炭黑赋予硫化胶好的拉伸强度和耐磨性，但滞后生热相对较高。SiO2填充硫化胶撕裂强度高，轮胎滚动阻力低，保持较好的抗湿滑性，但自身表面硅醇基使其呈亲水性，团聚严重，导致加工性能不好。由此双相填料便应运而生，该填料包含两相，SiO2相分散在炭相中，实现炭黑和SiO2优势互补，在降低滚动阻力和提高牵引力的同时不降低耐磨性能。据文献报道，形成双相填料可大大改善分散程度。目前，主要采取如下方法制备双相填料：(1)在炭黑生产过程中喷入含有机硅的化合物，通过缺氧燃烧使SiO2纳米粉体沉积在炭黑颗粒表面，但这种制备方法实施成本较高，不适合实验室的深入研究。(2)实验室研究的方法大多是将炭黑配成水溶液，与硅酸钠溶液或硅溶胶沉积而得，最终达到纳米掺杂的效果，但炭黑和白炭黑之间为物理结合，在混炼时易被剪切力破坏而不能达到预期补强效果。(3)在炭黑生产过程中混入适量白炭黑对炭黑进行化学改性，增加炭黑粒子表面的活性区，并通过添加硅烷偶联剂来改善二者的相容性，取得了较好的效果，虽然该方法增强炭黑的分散和提高两种物质的相互作用，但炭黑与白炭黑之间无键合作用，结合力小。因此，限制了现有双相填料的应用范围。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种纳米SiO2-炭黑双相填料的制备方法，解决现有补强填料存在易团聚以及填料之间结合力弱等问题。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种纳米SiO2-炭黑双相填料的制备方法，包括如下步骤：1）将炭黑粉碎、干燥，得到炭黑粉末样，然后加入表面活性剂充分搅拌溶解，经离心、过滤和干燥，得到改性炭黑；2）将步骤1）得到的改性炭黑加入到无水乙醇中，超声分散，在搅拌条件下依次加入去离子水和氨水，混合充分，再加入正硅酸乙酯，充分反应，反应结束后离心收集固体，然后经所述固体干燥后，在氮气氛围中煅烧，自然冷却至室温，即得到所述双相填料。作为优选的，所述表面活性剂为PVP、CTAB或烷基酚聚氧乙烯醚。作为优选的，所述表面活性剂的用量为炭黑的1~5%wt。作为优选的，步骤2）所述反应时间为12~24h。作为优选的，所述氨水的浓度为1.3~2.1mol/L。作为优选的，所述氨水：去离子水：改性炭黑：正硅酸乙酯体积质量比10~16ml：2ml：2g：1~7g。作为优选的，所述煅烧是在600~800℃条件下保温1~3h。作为优选的，步骤2）所述反应温度为40~80℃。相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术提供的纳米SiO2-炭黑双相填料的制备方法，通过炭黑吸附表面活性剂产生物理和氢键相互作用，再原位溶胶凝胶法生成SiO2，炭黑通过表面活性剂影响SiO2的生长，同时产生化学键的相互作用，使SiO2和炭黑产生较强的结合力，其用于补强橡胶，以此提高橡胶硫化胶的综合性能。从而解决了炭黑和SiO2的结合力差，填料在橡胶基质中的分散不均匀的问题。2、本专利技术将表面活性剂加入到炭黑的无水乙醇溶液中进行吸附处理，与酸处理炭黑不同，吸附一段时间后，即可直接进行SiO2的生长，操作步骤简单，对温度环境要求不高，不需要排放大量废液，环境友好。制备的SiO2尺寸小且均匀，分散性较好，保证制备出的双相填料有较好的补强性。3、本专利技术制备的纳米SiO2-炭黑双相填料，通过表面活性剂预处理炭黑后再原位生长SiO2，两者之间形成的化学键不易被混炼时的剪切力破坏掉，有效发挥炭黑和SiO2各自对橡胶的优异补强性，在降低滚动阻力和提高牵引力的同时不降低耐磨性能。本专利技术制得的双向填料与炭黑相比，拉伸强度提高21.41%，扯断伸长率提高30.82%；与白炭黑相比，拉伸强度提高50.06%，扯断伸长率提高9.41%，具有较为优异的综合性能。附图说明图1是本专利技术制得的纳米SiO2-炭黑双相填料的红外光谱图。图2是本专利技术制得的纳米SiO2-炭黑双相填料的XRD图谱。图3是本专利技术制得的纳米SiO2-炭黑双相填料的SEM图；A为炭黑原样，B为纳米SiO2-炭黑双相填料。图4是本专利技术制得的纳米SiO2-炭黑双相填料的TEM图；A为炭黑原样，B为纳米SiO2-炭黑双相填料。图5是本专利技术制得的纳米SiO2-炭黑双相填料的应力-应变图。具体实施方式下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步详细说明。以下实施例中未对实验方法进行特别说明的，均为常规操作，所用试剂为普通市售。一、本专利技术制得的纳米SiO2-炭黑双相填料的制备方法实施例11）将炭黑置于密封式制样粉碎机中粉碎2min，得到炭黑粉末样，完成后，将炭黑粉末样置于125℃烘箱中干燥1h，加热时，盛装炭黑粉末样的敞口容器尽量保证炭黑层厚度不大于10mm，烘干后的炭黑置于密闭防潮容器中冷却至室温，待用。2）量取一定量的去离子水于烧杯，将0.06g偶联剂PVP（K30）加入其中搅拌溶解，加入2g步骤1）得到干燥后的炭黑粉末，室温下机械搅拌24h，让炭黑充分吸附PVP，离心过滤、干燥，得到改性炭黑。3）取2g步骤2）得到的改性炭黑加入到100mL无水乙醇中，用超声处理加速炭黑在溶剂中的分散，然后在搅拌条件下依次加入2mL去离子水和16mL碱性催化剂氨水（浓度为2.1mol/L），混合充分，再加入7g正硅酸乙酯，60℃反应12h，反应结束将反应溶液倒入离心瓶中，使用13000r/min高速离心的方式将固液分离，得到的固体用溶剂无水乙醇洗涤后再离心3~4次，干燥后，在氮气氛围中600℃煅烧2h，除去溶胶-凝胶法制备遗留的杂质，自然冷却至室温，即得到所述纳米SiO2/炭黑双相填料。实施例21）将炭黑置于密封式制样粉碎机中粉碎2min，得到炭黑粉末样，完成后，将炭黑粉末样置于125℃烘箱中干燥1h，加热时，盛装炭黑粉末样的敞口容器尽量保证炭黑层厚度不大于10mm，烘干后的炭黑置于密闭防潮容器中冷却至室温，待用。2）量取一定量的去离子水于烧杯，将0.02g偶联剂PVP（K30）加入其中搅拌溶解，加入2g步骤1）得到干燥后的炭黑粉末，室温下机械搅拌24h，让炭黑充分吸附PVP，离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米SiO

【技术特征摘要】
1.一种纳米SiO2-炭黑双相填料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将炭黑粉碎、干燥，得到炭黑粉末样，然后加入表面活性剂充分搅拌溶解，经离心、过滤和干燥，得到改性炭黑；
2）将步骤1）得到的改性炭黑加入到无水乙醇中，超声分散，在搅拌条件下依次加入去离子水和氨水，混合充分，再加入正硅酸乙酯，充分反应，反应结束后离心收集固体，然后经所述固体干燥后，在氮气氛围中煅烧，自然冷却至室温，即得到所述双相填料。


2.根据权利要求1所述纳米SiO2-炭黑双相填料的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为PVP、CTAB或烷基酚聚氧乙烯醚。


3.根据权利要求1所述纳米SiO2-炭黑双相填料的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂的用量为炭黑的1~5%wt。

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建，闵丹，谭苏芸，雷智强，李新跃，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：四川;51