高模量轮胎橡胶用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高模量轮胎橡胶用沉淀法白炭黑的制备方法，(1)在反应釜容器内预加水和2.47±0.2N硅酸钠溶液，硅酸钠溶液加入量占总加入量的0.35‑0.55；形成0.25～0.45N的较高硅酸钠浓度的碱溶液，并升温至81‑84℃；(2)在搅拌条件下进行第一步反应，该步骤只加浓硫酸，第一步加酸反应时间为40～60min，反应至中和率达50％‑85％后结束反应，并继续搅拌0‑15min；(3)进行第二步反应，该步骤同时加浓硫酸、加硅酸钠溶液，即为并流加酸加碱反应，反应时间为50‑80min，中和率为50％‑80％；(4)过酸酸化至反应体系pH<5，过酸时间根据浓硫酸流速控制在40min以内；(5)过酸反应结束后继续搅拌10min；(6)反应浆料经压滤、洗涤、干燥得到高模量轮胎橡胶用沉淀法白炭黑。本发明专利技术生产高效，产品成本低。

【技术实现步骤摘要】
高模量轮胎橡胶用沉淀法白炭黑的制备方法
本专利技术涉及轮胎橡胶补强用无机粉体材料的制备方法，具体涉及一种高模量轮胎橡胶用沉淀法白炭黑的制备方法。
技术介绍
采用沉淀法白炭黑补强的橡胶主要用于鞋类、轮胎和其他浅色橡胶制品。在国内，橡胶制品用沉淀法白炭黑的消费量比例高达81％，其中轮胎工业约占38％。白炭黑作为橡胶的主要补强材料之一，其微观结构如比表面积、粒径大小、孔结构、表面羟基含量等的改变，对轮胎的物理机械性能影响很大。为了适应不同环境和应用场景，汽车行业对轮胎的性能提出了各种不同的要求，如低滚动阻力、高抗湿滑性、高耐磨性、以及低噪音、低废气排放量、耐侯性等。模量，是描述材料抵抗形变能力的物理量，包括弹性变形和塑性变形。轮胎橡胶中的高模量主要指高弹性模量。弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。橡胶模量主要跟橡胶配方组成和补强材料的性质有关，对于固定橡胶配方，补强材料对橡胶模量的影响最大。目前，市场上大部分非赛车轮胎在转向角度大时，抓地力都稍显不足，高模量轮胎橡胶用白炭黑产品可以有效地改进轮胎的转向抓地力，该产品通常具有高比表、高分散特性，将其应用于轮胎橡胶可以制得高模量橡胶轮胎，可提高汽车轮胎转弯性能。然而，在实际生产制备过程中，一方面高比表面积沉淀法白炭黑的制备需要在过饱和度高的反应条件下形成数量较多、粒子较小的晶核，但由于白炭黑内部由Si-O键交替连接形成，在高过饱和度下容易形成空间致密的网络结构，形成不易分散的凝胶；另一方面沉淀法白炭黑的表面羟基密度通常会随着比表面积的增大而升高，导致高比表面积沉淀法白炭黑在橡胶、涂料等分散体系中极易团聚。因此，在实际生产和应用中很难实现高比表面积与高分散性之间的平衡，成为开发高分散高比表面积沉淀法白炭黑的技术难点。高分散高比表面积白炭黑产品是近几年才开发和推出的适用于高性能轮胎的新产品，代表性的有比利时索尔维集团(Solvay)的Zeosil1200MP、Premium200MP和索尔维集团白炭黑事业部在德国汉诺威举行的“2017年国际轮胎设计及技术博览会”上推出的PremiumSW，以及德国赢创工业集团(原德固赛公司)的9000GR及其系列产品，该类产品的BET比表面积大于200m2/g，远高于传统轮胎橡胶用白炭黑。国内高比表面积沉淀法白炭黑的开发始于上世纪20年代末。研究表明具有高比表面积沉淀法白炭黑的制备主要通过向反应体系中加入分散剂和低温晶种法两种方法实现。如1997年王子忱等在《无机材料学报》上发表的“沉淀法合成高比表面积超细SiO2”，它以水玻璃和盐酸为原料，在合成过程中适时加入非离子或阳离子表面活性剂，并在制浆干燥之前加入稳定剂，可得到比表面积高达1000m2/g的二氧化硅细粉；2012年安徽科技学院的陈君华发表“高比表面硫酸沉淀法纳米白炭黑的制备及表征”，它在反应体系中加入有机分散剂，所得白炭黑产品的比表面积为400m2/g；2013年厦门大学的汤培平等在《厦门大学学报(自然科学版)》发表“沉淀法制备高比表面积SiO2的工艺研究”，它在反应体系中加入NaCl盐析剂和表面活性剂PEG，并进一步地将沉淀物用正丁醇浸泡后洗涤干燥，所得二氧化硅样品的比表面积高达841m2/g，明显高于一般沉淀SiO2的比表面积(300-400m2/g)。2018年确成硅化学股份有限公司公开了“一种提高白炭黑比表面积和孔容的方法”，该方法在合成反应中加入苯甲酸钠和硫酸钠，浓度分别为20-30g/L和30-50g/L，实施例中制得的白炭黑比表面积为200-240m2/g；2015年确成硅化学股份有限公司公开了“一种高比表面积白炭黑及其生产方法”，该方法使用两步合成法：预先在反应釜中加入适量的水和稀水玻璃溶液，并加入吡啉酮类聚合物的盐组合物做电解质，第一步加酸反应在低温下进行，第二步并流反应在70-100℃的温度下反应50-100min，所述方法制得的白炭黑的比表面积为200-450m2/g，能使制得的橡胶制品具有良好的耐磨性和扯断强度等性能；2017年福建省三明巨丰化工有限公司公开了“一种橡胶制品用高吸油高补强二氧化硅的制备方法”，该方法采用两步合成法，第一步加酸反应在60℃下进行，接着停止搅拌并陈化30min至产生胶冻，接着在搅拌条件下将反应体系温度升高至85℃，开始第二步并流反应，所得产品为比表面积230-260m2/g，DBP吸油值3.2-3.8mL/g的白炭黑产品；2018年浙江新纳材料科技有限公司公开了“一种高比表、高吸油白炭黑的制备方法”，该方法采用两步合成法，在反应体系中加入季铵盐(优选十六烷基三甲基溴化铵)，第一步反应温度为45-55℃，第二步反应温度为80-90℃，所制备的白炭黑比表面积达200-250m2/g，吸油值达3.0-3.5mL/g，用于油漆涂料，具有很好的消光性能。以上为国内外高比表沉淀法白炭黑制备技术的现状。我国公开的产品和方法大部分仍停留在实验室阶段，产业化很少，目前国内已有少数白炭黑企业采用两步合成法制备高比表面积沉淀法白炭黑产品，面向涂料等行业，提高了产品的附加值，但是受限于现有生产工艺技术中第一步加酸反应需要在低温下进行，而第二步并流反应需要在相对高温下进行，导致生产效率较低，生产成本较高，且该类高比表面积沉淀法白炭黑产品不适用于高填充橡胶配方生产橡胶制品。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种生产高效、产品成本低的高模量轮胎橡胶用沉淀法白炭黑的制备方法，所制备产品具有高比表、高分散特性。为实现以上目的，本专利技术高模量轮胎橡胶用沉淀法白炭黑的制备方法采用两步沉淀法制备高比表、高分散沉淀法白炭黑，具体工艺步骤为：(1)在反应釜容器内预先加入水和硅酸钠溶液，硅酸钠溶液浓度为2.47±0.2当量浓度，该阶段加入硅酸钠溶液的体积占总加入硅酸钠体积比占比为0.35-0.55，形成硅酸钠浓度为0.25～0.45当量浓度的碱溶液，并升温至81-84℃；(2)在搅拌条件下进行第一步反应，该步骤只加浓硫酸，第一步加酸反应时间为40～60min，反应至中和率达50％-85％后结束第一步反应，并继续搅拌0-15min；(3)进行第二步反应，该步骤同时加浓硫酸、加硅酸钠溶液，即为并流加酸加碱反应，反应时间为50-80min，中和率为50％-80％；(4)过酸酸化至反应体系pH<5，过酸时间根据浓硫酸流速控制在40min以内；(5)过酸反应结束后继续搅拌10min；(6)反应浆料经压滤、洗涤、干燥，得到高模量轮胎橡胶用沉淀法白炭黑。所述步骤(4)的过酸时间为25min。本专利技术高模量轮胎橡胶用沉淀法白炭黑的制备方法，采用独创的改良两步合成法工艺，相比传统两步合成法工艺具有明显的高效低成本优势，产品几无凝胶，非常适用于轮胎橡胶的补强，该方法具有以下技术特点：一方面，沉淀白炭黑的反应过程包括二氧化硅成核、晶核生长和颗粒之间碰撞聚集，其中二氧化硅成核、核生长和颗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高模量轮胎橡胶用沉淀法白炭黑的制备方法，采用两步沉淀法制备高比表、高分散沉淀法白炭黑，其特征是：具体工艺步骤为：/n(1)在反应釜容器内预先加入水和硅酸钠溶液，硅酸钠溶液浓度为2.47±0.2当量浓度，该阶段加入硅酸钠溶液的体积占总加入硅酸钠体积比占比为0.35-0.55，形成硅酸钠浓度为0.25～0.45当量浓度的碱溶液，并升温至81-84℃；/n(2)在搅拌条件下进行第一步反应，该步骤只加浓硫酸，第一步加酸反应时间为40～60min，反应至中和率达50％-85％后结束第一步反应，并继续搅拌0-15min；/n(3)进行第二步反应，该步骤同时加浓硫酸、加硅酸钠溶液，即为并流加酸加碱反应，反应时间为50-80min，中和率为50％-80％；/n(4)过酸酸化至反应体系pH<5，过酸时间根据浓硫酸流速控制在40min以内；/n(5)过酸反应结束后继续搅拌10min；/n(6)反应浆料经压滤、洗涤、干燥，得到高模量轮胎橡胶用沉淀法白炭黑。/n

【技术特征摘要】
1.一种高模量轮胎橡胶用沉淀法白炭黑的制备方法，采用两步沉淀法制备高比表、高分散沉淀法白炭黑，其特征是：具体工艺步骤为：
(1)在反应釜容器内预先加入水和硅酸钠溶液，硅酸钠溶液浓度为2.47±0.2当量浓度，该阶段加入硅酸钠溶液的体积占总加入硅酸钠体积比占比为0.35-0.55，形成硅酸钠浓度为0.25～0.45当量浓度的碱溶液，并升温至81-84℃；
(2)在搅拌条件下进行第一步反应，该步骤只加浓硫酸，第一步加酸反应时间为40～60min，反应至中和率达50％-85％后结束第一步反应，并继...

【专利技术属性】
技术研发人员：任立荣，曾志恩，徐钰兴，田明，黄宇，刘安基，罗明辉，谢志雄，黄永生，檀东宇，王锦春，黄志盛，袁建平，
申请(专利权)人：福建正盛无机材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35