二氧化硅的预处理方法技术

本发明专利技术公开了二氧化硅的预处理方法。本发明专利技术公开了一种由稻壳灰二氧化硅制备预疏水化的沉淀二氧化硅的改进方法。该方法是高效的，并且将用于制备预疏水化的沉淀二氧化硅的几乎所有的二氧化硅偶联剂并入到最终产物中。本发明专利技术更具体地揭示了一种在水性介质中制备预疏水化的沉淀二氧化硅的方法，包括：(1)在搅拌条件下将二氧化硅分散到水中以制备水性二氧化硅浆料；(2)向所述水性二氧化硅浆料中加入相转移剂；(3)将二氧化硅偶联剂加入到水性二氧化硅浆料中；(4)将水性浆料在至少20℃的温度下保持足以使二氧化硅偶联剂与水性二氧化硅浆料中的二氧化硅反应以产生预疏水化的沉淀二氧化硅的一段时间；和(5)从水性二氧化硅浆料中回收预疏水化的沉淀二氧化硅。在本发明专利技术的一个实施方案中，二氧化硅和二氧化硅偶联剂之间的反应在催化剂如三乙醇胺酸根异丙醇钛的存在下进行。的存在下进行。

【技术实现步骤摘要】
二氧化硅的预处理方法


[0001]本专利技术公开了一种在水性介质中制备预疏水化的沉淀二氧化硅的方法。

技术介绍

[0002]橡胶组合物通常含有填料，例如炭黑或二氧化硅，以获得所需的物理性质。例如，用于轮胎、软管、动力传输带、传送带和广泛种类的其它橡胶产品的橡胶组合物通常含有一种或多种填料。炭黑传统上用作制造这种橡胶产品的填料。然而，在轮胎橡胶如轮胎胎面制剂中，越来越倾向于使用二氧化硅或二氧化硅和炭黑的组合，以获得改进的物理性质，如湿地牵引特性和胎面寿命，而不牺牲滚动阻力(燃料经济性)。
[0003]为了获得与橡胶更好的相容性和更优化的物理特性，通常在使用二氧化硅作为填料的橡胶胶料中使用二氧化硅偶联剂。各种含硫有机硅化合物可用作反应性二氧化硅偶联剂。在含二氧化硅的橡胶中使用这种有机硅化合物通过将二氧化硅填料偶联至橡胶而改进物理性能。应注意，这些有机硅化合物中的某些也可用作玻璃、金属和其它基材的粘合底漆(adhesion primer)。
[0004]美国专利3,842,111、美国专利3,873,489和美国专利3,978,103公开了各种含硫有机硅化合物的制备。这些有机硅化合物通过使以下反应制备：(1) 2摩尔式Z
‑
Alk
‑
X的化合物，其中X是选自氯、溴或碘的卤素；其中Z表示：其中R1是含有1
‑
4个碳原子的烷基或苯基，且其中R2是含有1
‑
8个碳原子的烷氧基、含有5
‑
8个碳原子的环烷氧基或含有1
‑
8个碳原子的烷基巯基，其中Alk是含有1
‑
18个碳原子的二价脂族烃、不饱和烃或环状烃；与(2) 1摩尔的式M2S
n
化合物，其中M为铵根基团或金属原子，并且n为2
‑
6的整数。由于两种原料为液体，反应可以在无溶剂的条件下进行；然而，优选使用挥发性惰性有机溶剂，并因此通常使用这种惰性有机溶剂。反应在无水条件下进行。除去水的原因是为了避免甲硅烷基烷氧基的碱性水解反应，其最终将会导致不溶的聚合副产物并降低所需产物的总产率。脂族醇，例如甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、异丁醇和叔丁醇是合适的惰性有机溶剂的代表性实例。在两种原料之间的反应结束时，通过过滤除去分离的盐。然后通过真空蒸馏除去滤液中的溶剂。不幸的是，出于各种原因，这种方法难以在商业基础上进行。例如，适合用作溶剂的大多数醇难以获得并保持为无水(无水)状态。另外，最合适的醇，例如乙醇，具有低闪点，这在商业应用中是非常不希望的。
[0005]美国专利5,468,893涉及式Z
‑
Alk
‑
Sn
‑
Alk
‑
Z的有机硅化合物的制备方法，其中Z选自：
其中R1为含有1至4个碳原子的烷基、环己基或苯基；其中R2为含有1至8个碳原子的烷氧基或含有5至8个碳原子的环烷氧基；其中Alk是含有1至18个碳原子的二价烃，且n是2至8的整数；所述方法包括使(A)式Z
‑
Alk
‑
X的化合物，其中X是Cl、Br或I；与(B)式Me2S
n
的化合物反应，其中Me为铵根或碱金属；并且其中反应在相转移催化剂、水相和式：XY或X2SO4的盐的存在下进行，其中X选自Li、Na、K、Rb和Cs；并且其中Y选自F、Cl和Br。
[0006]美国专利6,172,251和美国专利6,294,683公开了一种使第一液体化学化合物与第二液体化学化合物反应的技术，其包括(1)将第一液体化学化合物负载在固体载体上；(2)随后使固体载体与第二液体化学化合物接触；和(3)在相转移催化剂存在下，使第一化学化合物与第二化学化合物反应，产生反应产物。该技术特别可用于式Z
‑
Alk
‑
S
n
‑
Alk
‑
Z的含硫有机硅化合物的合成，其中Z选自其中R1为1至4个碳原子的烷基、环己基或苯基；其中R2为1至8个碳原子的烷氧基、5至8个碳原子的环烷氧基或1至8个碳原子的烷基巯基；其中Alk是1至18个碳原子的二价烃；并且其中n是2
‑
8的整数。表明这种含硫有机硅化合物可以通过各种多硫阴离子（polysulfidic anions）在饱和氯化钠盐水溶液中的水溶液与负载在炭黑上的氯丙基三乙氧基硅烷(CPTES)在相转移催化剂存在下反应而制备。
[0007]包括二氧化硅和二氧化硅偶联剂的橡胶制剂通常将使用热机械混合技术进行混合。更具体地说，成分通常在至少两个阶段中混合，即至少一个非生产性阶段，接着是生产性混合阶段。包括硫硫化剂的最终固化剂通常在最终阶段混合，该最终阶段通常称为“生产性”混合阶段，其中混合通常在低于前面的一个或多个非生产性混合阶段的一个或多个混合温度的温度或最终温度下进行。在一个或多个非生产性混合阶段中混合官能化的橡胶、二氧化硅和含硫有机硅以及炭黑(如果使用的话)。在任何情况下，使含有二氧化硅偶联剂(例如含硫有机硅化合物)、可硫化橡胶和通常至少一部分二氧化硅的硫可硫化橡胶组合物经受热机械混合步骤。所述热机械混合步骤通常包括在混合器或挤出机中机械加工适于产生140℃至190℃的橡胶温度的一段时间。
[0008]热机械加工的适当持续时间随着操作条件和组分的体积与性质而变化。例如，热机械加工的持续时间可为约2分钟至约20分钟。通常将优选令橡胶达到约145℃至约180℃的温度，并在所述温度下保持约4分钟至约12分钟的一段时间。通常更优选令橡胶达到约155℃至约170℃的温度，并在所述温度下保持约5分钟至约10分钟的一段时间。
[0009]热机械加工步骤增加了橡胶配制过程的时间、劳动力、能量需求、设备需求和成本。为了消除对这种热机械加工步骤的需要，开发了预疏水化的沉淀二氧化硅。例如，美国专利7,687,107描述了一种生产化学改性的硅质填料的方法，该方法通过使无定形沉淀二氧化硅的酸性水性悬浮液与偶联剂接触以形成化学改性的沉淀二氧化硅的酸性水性悬浮
need)，所述预疏水化的沉淀二氧化硅可以用于制备橡胶制剂而不需要热机械混合步骤。还非常希望这种方法产生降低水平的醇，并且几乎不浪费方法中使用的二氧化硅偶联剂。

技术实现思路

[0014]本专利技术公开了一种由稻壳灰二氧化硅制备预疏水化的沉淀二氧化硅的改进方法。该方法是高效的，并且将用于制备预疏水化的沉淀二氧化硅的几乎所有的二氧化硅偶联剂并入到最终产物中。
[0015]本专利技术更具体地揭示了一种在水性介质中制备预疏水化的沉淀二氧化硅的方法，包括：(1)将二氧化硅、相转移剂和二氧化硅偶联剂分散在水中以制备水性二氧化硅浆料，其中所述二氧化硅为稻壳灰二氧化硅；(2)使二氧化硅偶联剂与二氧化硅反应以产生预疏水化的沉淀二氧化硅；和(3)从水性二氧化硅浆料中回收预疏水化的沉淀二氧化硅。在本专利技术的一个实施方案中，相转移剂是甲基三丁基氯化铵。
[0016]本专利技术还公本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在水性介质中制备预疏水化的沉淀二氧化硅的方法，其特征在于：(1)将二氧化硅、相转移剂和二氧化硅偶联剂分散到水中以制备水性二氧化硅浆料，其中所述二氧化硅是稻壳灰二氧化硅，其中使所述二氧化硅偶联剂与所述二氧化硅在20℃至100℃的温度下反应足以使所述二氧化硅偶联剂与所述二氧化硅反应的一段时间，以产生预疏水化的沉淀二氧化硅；(2)使所述二氧化硅偶联剂与所述二氧化硅反应以产生所述预疏水化的沉淀二氧化硅；和(3)从水性二氧化硅浆料中回收预疏水化的沉淀二氧化硅。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述二氧化硅偶联剂与所述二氧化硅在60℃至75℃的温度下反应足以使二氧化硅偶联剂与二氧化硅反应的一段时间，以产生预疏水化的沉淀二氧化硅。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，二氧化硅在水性二氧化硅浆料中的存在的水平为5重量%至25重量%。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，二氧化硅在水性二氧化硅浆料中的存在的水平为8重量%至12重量%。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在二氧化硅水浆中还包含催化剂，其水平为0.1 phf至4 phf。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，催化剂存在的水平为0.6 phf至1.4 phf。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述催化剂选自钛醇盐和三乙醇胺酸根异丙醇钛。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相转移剂在水性二氧化硅浆料中存在的水平为约0.8 phf至4。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于二氧化硅偶联剂选自3,3'
‑
双(三甲氧基甲硅烷基丙基)二硫化物、3,3'
‑
双(三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物、3,3'
‑
双(三乙氧基甲硅烷基丙基)八硫化物、3,3'
‑
双(三甲氧基甲硅烷基丙基)四硫化物、2,2'
‑
双(三乙氧基甲硅烷基乙基)四硫化物、3,3'
‑
双(三甲氧基甲硅烷基丙基)三硫化物、3,3'
‑
双(三乙氧基甲硅烷基丙基)三硫化物、3,3'
‑
双(三丁氧基甲硅烷基丙基)二硫化物、3,3'
‑
双(三甲氧基甲硅烷基丙基)六硫化物、3,3'
‑
双(三甲氧基甲硅烷基丙基)八硫化物、3,3'
‑
双(三辛氧基甲硅烷基丙基)四硫化物、3,3'
‑
双(三己氧基甲硅烷基丙基)二硫化物、3,3'
‑
双(三
‑
2''
‑
乙基己氧基甲硅烷基丙基)三硫化物、3,3'
‑
双(三异辛氧基甲硅烷基丙基)四硫化物、3,3'
‑
双(三叔丁氧基甲硅烷基丙基)二硫化物、2,2'
‑
双(甲氧基二乙氧基甲硅烷基乙基)四硫化物、2,2'
‑
双(三丙氧基甲硅烷基乙基)五硫化物、3,3'
‑
双(三环己氧基甲硅烷基丙基)四硫化物、3,3'
‑
双(三环戊氧基甲硅烷基丙基)三硫化物、2,2'
‑
双(三
...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：固特异轮胎和橡胶公司，
类型：发明
国别省市：