一种Janus结构炭黑及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Janus结构炭黑及其制备方法，Janus结构炭黑包含炭黑：97~99份；二氧化硅：0.5~2份；含硫硅烷：0.2~1.2份；其制备方法包括以下步骤：将氯化钾粉碎，过筛，将氯化钾粉料加入带有搅拌的罐体中；在炭黑反应炉的急冷段通入急冷水后，将预热的氯化钾经压缩空气送至炭黑反应炉的急冷段；将含有氯化钾的炭黑分散于溶液中，加入催化剂并搅拌均匀，加入硅源，反应完成后在炭黑表面形成一层二氧化硅，然后用含硫硅烷溶液对二氧化硅表面进行修饰；将改性后的炭黑蒸干，分散于水中，除去氯化钾，干燥至加热减量低于1wt.%即可；优点是具体有炭黑的补强性，同时具有二氧化硅的抗湿滑性能和低滞后性能，含硫硅烷的修饰提高了二氧化硅在橡胶中的相容性和分散性。胶中的相容性和分散性。

【技术实现步骤摘要】
一种Janus结构炭黑及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种Janus结构炭黑及其制备方法。

技术介绍

[0002]炭黑是轮胎常用的补强材料，但传统炭黑滚动阻力大，抗湿滑性能不高，导致机动车的能耗较高，环境污染较高，不符合社会绿色发展的要求。二氧化硅具有优异的抗湿滑性能和较低的滚动阻力，机动车能耗较低，符合绿色发展的需求，但是其与橡胶的相容性和结合性较差，且补强性和耐磨性较差，为了提高二氧化硅在橡胶中的分散性和结合力，通常的做法是加入含硫硅烷，硅烷端与二氧化硅相结合，含硫端与橡胶相结合，从而提高其在橡胶中的分散性和结合力，所以在体系中就会加入大量的硅烷。那么需要将二氧化硅与炭黑相结合，制造出补强性、滚动阻力和抗湿滑性能满足绿色轮胎需求的复合炭黑，此种炭黑目前被称之为双相炭黑。
[0003]低滞后炭黑可分为三类：高结构和超高结构低滞后炭黑、反向炭黑和双相炭黑。双相炭黑和高结构和超结构低滞后炭黑是目前发展的重点，而以双相炭黑研究的更为久远，产品更为成熟，性能最佳，其主要的制造方法可分为两类：物理混合方法和化学添加方法，物理混合主要是在使用时将炭黑、二氧化硅和含硫硅烷物理混合，已达到绿色轮胎的要求；化学添加的方式主要为在炭黑表面生长二氧化硅壳层，而后添加含硫硅烷提高炭黑在橡胶中的相容性、分散性和化学结合力。
[0004]Janus粒子为表面具有两种或两种以上不同化学组成或性质的不对称粒子，这种不对称性不仅包括了物理形貌上的不对称，还包括了在表面化学组分以及性能上的不对称性。
[0005]中国专利CN107207876A公开了一种二氧化硅覆盖炭黑及其使用方法，此方法主要为将乙炔炭黑分散至含有十六烷基三甲基氯化铵的溶液中，以四烷氧基硅烷为硅源，在乙炔炭黑表面水解缩聚形成一层二氧化硅壳层，此炭黑主要用于电池电极材料。
[0006]中国专利CN 104804479A公开了一种双相裂解炭黑/白炭黑复合填料及其制造方法，首先采用机械方法将裂解炭黑粉碎，得到裂解炭黑粉末，然后进行氧化反应，得到羧酸化的裂解炭黑，然后羧酸化的裂解炭黑与亚硫酰氯进行反应，得到酰氯化的裂解炭黑，之后在氢气保护下，加入乙二醇或丙三醇，生成表面羟基化的裂解炭黑；改性后的裂解炭黑分散到溶剂中，加入有机硅进行反应，在改性后的裂解炭黑的表面生成二氧化硅，经洗涤、干燥后得到所述的双相裂解炭黑/白炭黑复合填料。
[0007]中国专利CN111849217A公开了一种纳米SiO2—炭黑双相填料的制备方法，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，将改性炭黑加至无水乙醇中，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，充分反应后，离心分离得固体，然后将改性炭黑在氮气氛围中煅烧，自然冷却至室温，即得到双相填料。
[0008]中国专利CN104119578A公开了一种用于低滞后损失的载重子午线轮胎胎面的橡
胶组合物，按照重量份数其包括基体橡胶100份，活性剂5～7份，炭黑15～30份，白炭黑25～40份，硅烷偶联剂2～5份，白炭黑分散剂1～3份，增塑剂1～3份，促进剂1.5～3份，防老剂3～6份，硫化剂1～2份，防焦剂0.1～0.3份，抗疲劳剂0～2份，环保塑解剂0～0.6份；其中，基体橡胶由天然橡胶或天然橡胶和稀土顺丁橡胶组成，白炭黑为沉淀法白炭黑，白炭黑分散剂为高级脂肪酸金属皂盐混合物，此专利技术的橡胶组合物具有较低的滞后损失，可以降低轮胎使用中的滚动阻力，从而减少车辆能源消耗。
[0009]综上所述，将炭黑制造成双相炭黑有两种方法：第一，物理混合，将炭黑、微纳米级的二氧化硅和含硫硅烷在机械力的搅拌下，混合均匀即可；第二，采用正硅酸乙酯或硅酸钠作为硅源，在炭黑表明形成一层二氧化硅壳层。两种方法都要在体系中加入大量的硅烷，增加二氧化硅在橡胶中的相容性、分散性和结合力，硅烷加入较多之后，成本较高和物理性能有所降低。

技术实现思路

[0010]本专利技术所要解决的技术问题是常规双相炭黑二氧化硅和硅烷用量大，物理性能略低和滞后性较高的特点，将常规炭黑制备成Janus结构炭黑，此种炭黑聚集体上一部分被二氧化硅包覆，二氧化硅表面再修饰了含硫硅烷，而炭黑聚集体另一部分为裸露的炭黑，炭黑与橡胶的结合力和相容性本身就非常优异。Janus结构炭黑中SiO2和炭黑之间形成的化学键不易被机械力破坏，有效发挥炭黑和SiO2各自对橡胶优异的性能，在降低滚动阻力和提高抗湿滑性能的同时保持耐磨性能。
[0011]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种Janus结构炭黑，它包含的组分及各组分的质量份数如下：
[0012]炭黑：97～99份；
[0013]二氧化硅：0.5～2份；
[0014]含硫硅烷：0.2～1.2份。
[0015]进一步，所述炭黑为所述炭黑为软质或硬质炭黑；
[0016]和/或所述含硫硅烷为双
‑
[γ
‑
(三乙氧基硅)丙基]四硫化物、双
‑
[3
‑
(三乙氧基硅)
‑
丙基]‑
二硫化物、3
‑
硫氰基丙基三乙氧基硅烷中的至少一种；
[0017]进一步，所述的Janus结构炭黑的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0018](1a)将氯化钾粉碎，过筛，将氯化钾粉料加入带有搅拌的罐体中，待用；
[0019](2a)在炭黑反应炉的急冷段通入急冷水后，再将预热的氯化钾经压缩空气送至炭黑反应炉的急冷段；
[0020](3a)含有氯化钾的炭黑表面二氧化硅和硅烷改性有两种方法：
[0021]方法一：将含有氯化钾的炭黑经过磨粉机磨粉，冷却后，分散于无水乙醇中，然后加入碱性催化剂，搅拌均匀后，滴加正硅酸乙酯，反应2～6h，然后保温静置4～8h。然后将含硫硅烷溶液滴加至体系中，保温反应1～4h。
[0022]方法二：将含有氯化钾的炭黑经过磨粉机磨粉，冷却后，分散于乙醇的水溶液中，之后加入硅酸钠或者硅酸钾的水溶液，搅拌均匀后，滴加酸性催化剂，反应2～6h，保温静置4～8h，然后将炭黑干燥至加热减量低于1wt.％即可，此方法含硫硅烷溶液修饰亦有两种方法：
[0023](i)干法修饰方法：将炭黑放入搅拌罐中，将分散于乙醇中的含硫硅烷溶液采用喷雾的放式加入体系中，搅拌0.5～2h，即可。
[0024](ii)湿法修饰方法：将炭黑分散于含有乙醇的搅拌釜中，高速搅拌0.5～1h，然后加入碱性或者酸性催化剂，搅拌均匀后，将含硫硅烷溶液加入搅拌釜中，搅拌反应1～4h，即可。
[0025](4a)将炭黑蒸干，分散于水中，除去氯化钾，干燥至加热减量低于1wt.％即可；
[0026]进一步，所述氯化钾粉碎后过筛，筛网的目数为100～300目，根据不同产品进行调整，氯化钾预热温度为400℃～600℃。
[0027]进一步，所述加入急冷水急冷之后的炭黑温度为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Janus结构炭黑，其特征在于，它包含的组分及各组分的质量份数和制备步骤如下：Janus结构炭黑组分：炭黑：97～99份；二氧化硅：0.5～2份；含硫硅烷：0.2～1.2份。2.根据权利要求1所述的Janus结构炭黑，其特征在于：所述炭黑为软质或硬质炭黑；和/或所述含硫硅烷为双
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[γ
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(三乙氧基硅)丙基]四硫化物、双
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[3
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(三乙氧基硅)
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丙基]
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二硫化物、3
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硫氰基丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。3.根据权利要求1所述的Janus结构炭黑制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1a)将氯化钾粉碎，过筛，将氯化钾粉料加入带有搅拌的罐体中，待用；(2a)在炭黑反应炉的急冷段通入急冷水后，再将预热的氯化钾经压缩空气送至炭黑反应炉的急冷段；(3a)将含有氯化钾的炭黑分散于溶液中，然后加入催化剂，搅拌均匀后，加入硅源，反应完成后在炭黑表面形成一层二氧化硅，然后用含硫硅烷溶液对二氧化硅表面进行修饰；(4a)将改性后的炭黑蒸干，分散于水中，除去氯化钾，干燥至加热减量低于1wt.％即可。4.一种如权利要3所述的炭黑的制备方法，其特征在于所述氯化钾粉碎后过筛，筛网的目数为100～300目，氯化钾的预热温度为40...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜庆朋，黄锡甫，纪益彪，周迎春，朱社教，
申请(专利权)人：宁波德泰化学有限公司，
类型：发明
国别省市：