一种无VOC排放偶联剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种新型的无VOC排放偶联剂，由生物基、绿色环保、可降解的腰果酚聚氧乙烯醚与含硫物质反应得到。本发明专利技术提供的新型偶联剂的制备方法简单易行，制备的偶联剂可广泛用于橡胶助剂中，可有效减少偶联剂在改性白炭黑过程中产生的VOC气体，并且能够提升白炭黑在橡胶基体中的分散效果。在橡胶基体中的分散效果。在橡胶基体中的分散效果。

【技术实现步骤摘要】
一种无VOC排放偶联剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于材料
，具体涉及一种无VOC排放偶联剂及其制备方法 和应用。

技术介绍

[0002]含硫偶联剂是制备绿色轮胎的一种常见的橡胶助剂，这类偶联剂含有可以 同时与橡胶基体和填料反应的活性官能团，可以显著提升炭黑、白炭黑等填料 和橡胶基体间的界面结合强度，促进填料在橡胶基体中的分散，提高纳米填料 的增强效果，从而制备出性能优异的轮胎。
[0003]随着汽车工业的进步，人们环保意识的逐渐增强，人类社会对美好环境的 向往更加强烈。传统偶联剂Si69、Si75等含有烷氧基类的偶联剂，这类偶联剂 含有多个甲氧基或乙氧基，其与填料表面官能团反应会产生有机小分子甲醇或 者乙醇。NengYe等发表于Composites PartB上的文章《Performance enhancementofrubber composites using VOC
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Free interfacial silica coupling agent》报道，每年 在橡胶混炼以及硫化过程中会产生130000m3的甲醇或者乙醇等VOC气体，这 不仅仅增加了橡胶制品的气孔率，影响轮胎质量，同时，现代医学研究实验表 明，人体长期吸入VOC气体会导致身体疲劳，引发协调系统、神经系统，肝脏、 肾等方面的疾病。因此，开发绿色轮胎用低VOC或者无VOC排放的新型偶联 剂已经迫在眉睫。
[0004]综上，制备出一种减少VOC气体排放的新型偶联剂，对橡胶工业的发展和 人类赖以生存的环境具有重大意义。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种无VOC气体排放的新型偶 联剂，由生物基、绿色环保型、可降解的腰果酚聚氧乙烯醚与含硫物质反应得 到，得到的新型偶联剂可有效减少偶联剂在橡胶生产过程中产生的VOC气体， 并且能够提升白炭黑在橡胶基体中的分散效果。
[0006]本专利技术的目的之一在于提供一种无VOC排放偶联剂，含有式(Ι)、式(Ⅱ) 中的至少一种：
[0007][0008]其中，m为1～20，优选3～15；
[0009]n为0～3；
[0010]x为15；
[0011]y为0～10，优选为1～8；
[0012]z为1～3；
[0013]a为2～6；
[0014]b为0～3，优选为1～2；
[0015]y和b不同时为0。
[0016]上述偶联剂由共混的腰果酚聚氧乙烯醚、含硫物质在内的组分反应制备得 到。其中，所述的腰果酚聚氧乙烯醚选自羟值为62～85的腰果酚聚氧乙烯醚； 所述的含硫物质选自硫磺、双巯基化合物中的至少一种。
[0017]本专利技术的目的之二在于提供一种上述无VOC排放偶联剂的制备方法，具体 包括以下步骤：
[0018]步骤1)将腰果酚聚氧乙烯醚和含硫物质分散均匀，得到混合物；
[0019]步骤2)将步骤1)得到的混合物加热反应，即得所述无VOC排放偶联剂。
[0020]上述制备方法中，所述的腰果酚聚氧乙烯醚选自羟值为62～85的腰果酚聚 氧乙烯醚，优选选自腰果酚聚氧乙烯醚
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6、腰果酚聚氧乙烯醚
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7、腰果酚聚氧乙 烯醚
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9、腰果酚聚氧乙烯醚
‑
10中的至少一种；
[0021]所述的含硫物质选自硫磺、双巯基化合物中的至少一种，优选选自硫磺、 乙二硫
醇、丙二硫醇、丁二硫醇、戊二硫醇、己二硫醇中的至少一种；所述的 腰果酚聚氧乙烯醚与含硫物质的摩尔比为1:0.1～1:10，优选为1:0.3～1:3。
[0022]上述制备方法中，所述步骤1)中任选地加入溶剂，所加入的溶剂为有机溶 剂，所述溶剂的用量为腰果酚聚氧乙烯醚用量的0～3倍，优选为0～2倍。加入 的溶剂可采用本领域中常用的有机溶剂，促进反应物的分散及反应，使反应更 充分、均匀，所述有机溶剂可以从下列溶剂中选择：芳香烃类：苯、甲苯、二 甲苯；脂肪烃类：戊烷、己烷、辛烷；脂环烃类：环己烷、环己酮、甲苯环己 酮；卤化烃类：氯苯、二氯苯、二氯甲烷；醇类：甲醇、乙醇、异丙醇；醚类： 乙醚、环氧丙烷；酯类：醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯；酮类：丙酮、甲基 丁酮、甲基异丁酮；二醇衍生物:乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚； 其他：乙腈、吡啶。
[0023]当步骤1)加入溶剂时，步骤2)在加热反应后要除去溶剂，可以采用减压 蒸馏或者旋蒸等方式去除溶剂。
[0024]步骤2)中反应温度为0～200℃，优选为25～150℃；反应时间为1～12h，优 选为1～6h。
[0025]本专利技术采用含有1～3不饱和度的腰果酚聚氧乙烯醚化合物和硫磺或双巯基 化合物在加热条件下发生反应，硫磺或巯基接枝到腰果酚聚氧乙烯醚结构上， 得到含硫的腰果酚聚氧乙烯醚的混合物，可以作为无VOC排放偶联剂。
[0026]本专利技术提供的无VOC排放偶联剂可以替换常用的硅烷偶联剂，如双
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[3
‑
(三 乙氧基硅)丙基]‑
四硫化物、双
‑
[3
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(三乙氧基硅)丙基]‑
二硫化物、γ
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巯基丙基三甲 氧硅烷、γ
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巯基丙基三乙氧硅烷等含硫硅烷偶联剂，作为橡胶助剂来使用，可以 有效减少偶联剂在改性白炭黑过程中产生的VOC气体，并且能够提升白炭黑在 橡胶基体中的分散效果。
[0027]本专利技术的目的之三在于提供一种白炭黑/橡胶复合材料，含有上述无VOC 排放偶联剂或者根据上述制备方法得到的无VOC排放偶联剂。
[0028]上述复合材料中，以橡胶为100重量份来计，所述的复合材料包含100份 橡胶、10～100份白炭黑、1～50份所述的无VOC排放偶联剂；优选地，以橡胶 为100重量份来计，所述的复合材料包含100份橡胶、30～70份白炭黑、3～10 份所述的无VOC排放偶联剂。所述的复合材料中还可以添加橡胶领域中其他常 用助剂，按常规用量加入即可，优选地，含有2～5份硬脂酸、2～5份氧化锌、1～3 份防老剂、2～6份促进剂、2～5份硫磺。
[0029]本专利技术提供的无VOC排放偶联剂具有以下有益效果：
[0030]1.本专利技术提供的偶联剂长链中聚氧乙烯醚部分，由于氧原子孤对电子的存 在，易于与白炭黑表面硅羟基形成氢键作用，氢键的存在，利于偶联剂分子在 混炼过程中向白炭黑表面迁移，提高偶联剂与白炭黑表面作用的机率，进而提 高偶联剂对白炭黑表面的改性效果；
[0031]2.本专利技术提供的偶联剂聚氧乙烯醚中的脂肪链部分，能够增加白炭黑表面 的疏水性，提高与橡胶间亲和性从而提高白炭黑的分散，同时也能降低胶料停 放过程中白炭黑颗粒自聚集的可能，维持白炭黑较好的分散；
[0032]3.本专利技术提供的偶联剂含有的多硫键或者巯基官能团在橡胶硫化时可以与 橡胶分子链形成化学结合，进一步提升填料与橡胶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无VOC排放偶联剂，含有式(Ι)、式(Ⅱ)中的至少一种：其中，m为1～20；n为0～3；x为15；y为0～10；z为1～3；a为2～6；b为0～3；y和b不同时为0。2.根据权利要求1所述的偶联剂，其特征在于，所述的偶联剂由共混的腰果酚聚氧乙烯醚、含硫物质在内的组分反应制备得到。3.根据权利要求2所述的偶联剂，其特征在于，所述的腰果酚聚氧乙烯醚选自羟值为62～85的腰果酚聚氧乙烯醚；和/或，所述的含硫物质选自硫磺、双巯基化合物中的至少一种。4.一种权利要求1～3任一项所述的无VOC排放偶联剂的制备方法，具体包括以下步骤：步骤1)将腰果酚聚氧乙烯醚和含硫物质分散均匀，得到混合物；步骤2)将步骤1)得到的混合物加热反应，即得所述的无VOC排放偶联剂。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的腰果酚聚氧乙烯醚选自羟值为62～85的腰果酚聚氧乙烯醚；和/或，
所述的含硫物质选自硫磺、双巯基化合物中的至少一种，优选选自硫磺、乙二硫醇、丙二硫醇、丁二硫醇、戊二硫醇、己二硫醇中的至少一种；和/或，所述的腰果酚聚氧乙烯醚与含硫物质的摩尔比为1:0.1～1:10，优...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立群，翟小波，叶欣，李晓林，韩冬礼，郑骏驰，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：