一种改性炭黑复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性炭黑复合材料及其制备方法，其制备方法步骤如下：步骤1、使用白炭黑作为原料，通过乙烯基硅烷偶联剂乙烯化处理，得到乙烯基白炭黑；步骤2、使用二氧化硅与二氧化铪通过湿法研磨以及高温烧结够制备出硅酸铪粉末，同时对硅酸铪粉末进行活化处理，得到活化后的硅酸铪粉末；步骤3、将乙烯基白炭黑与甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯在引发剂的作用下聚合，同时加入活化后的硅酸铪粉末，最终得到改性炭黑复合材料。得到改性炭黑复合材料。得到改性炭黑复合材料。

A modified carbon black composite and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种改性炭黑复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及炭黑材料领域，具体涉及一种改性炭黑复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]白炭黑是白色粉末状X
‑
射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅、超细二氧化硅凝胶和气凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。白炭黑是多孔性物质，其组成可用SiO2
·
nH2O表示，其中nH2O是以表面羟基的形式存在。能溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和酸(氢氟酸除外)，耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性。
[0003]白炭黑表面有很强的化学吸附活性，这与表面轻基有关，它可以和水以氢键形式结合，形成多分子吸附层，除此之外，它还可与许多有机小分子物质发生吸附作用。白炭黑由于比表面积很大，总趋向于二次聚集，加之在空气中极易吸收水分，致使轻基间易产生很强的氧键缔合，进一步提高了颗粒间的凝聚力，所以白炭黑的混炼与分散要比炭黑困难得多，而且在多量配合时，还容易生成凝胶，使胶料硬化，混炼时生热大。如在橡胶硫化系统中，未改性的白炭黑不能很好地在聚合物中分散，填料、聚合物之间很难形成偶联键，从而降低硫化效率和补强性能。
[0004]白炭黑的表面改性是利用一定的化学物质通过一定的工艺方法使白炭黑的表面羟基与化学物质发生反应，消除或减少其表面活性硅醇基的量，使产品由亲水变为疏水，增大其在聚合物中的分散性。虽然白炭黑已经经过表面改性可以有效地增大其在聚合物基体中的分散性。但是由于混炼过程中的机械剪切力难以将已经形成的白炭黑团聚体完全剪碎，白炭黑聚集体的颗粒仍旧较大，因此使得白炭黑粒子并没有能够在聚合物基体中很好地分散。因此，需要对白炭黑进行进一步的改性探究，以增强其在橡胶中应用时的分散性且相容性，从而增强橡胶材料的性能，进而制备出符合要求的材料。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种改性炭黑复合材料及其制备方法。
[0006]本专利技术的目的采用以下技术方案来实现：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种改性炭黑复合材料的制备方法，步骤如下：
[0008]步骤1、使用白炭黑作为原料，通过乙烯基硅烷偶联剂乙烯化处理，得到乙烯基白炭黑；
[0009]步骤2、使用二氧化硅与二氧化铪通过湿法研磨以及高温烧结够制备出硅酸铪粉末，同时对硅酸铪粉末进行活化处理，得到活化后的硅酸铪粉末；
[0010]步骤3、将乙烯基白炭黑与甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯在引发剂的作用下聚合，同时加入活化后的硅酸铪粉末，最终得到改性炭黑复合材料。
[0011]优选地，所述步骤1中，乙烯基硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲
氧基硅烷、乙烯基三(β
‑
甲氧乙氧基)硅烷中的至少一种。
[0012]优选地，所述步骤1中，白炭黑先使用乙醇水溶液洗涤，然后再乙烯化处理；乙烯基硅烷偶联剂的加入量为洗涤后的白炭黑质量的12％
‑
18％。
[0013]优选地，所述步骤1中，白炭黑的乙烯化处理是以质量分数为30％
‑
50％乙醇水溶液作为溶剂，使用氨水调节反应体系的pH为10.0
‑
11.0，经过加热回流后进行。
[0014]优选地，所述步骤1具体为：
[0015](1)将白炭黑经过乙醇水溶液超声0.5
‑
1h后，过滤出固体，得到白炭黑第一处理物；其中，乙醇水溶液的质量分数为30％
‑
50％；
[0016](2)将白炭黑第一处理物与乙烯基硅烷偶联剂混合至乙醇水溶液中，再次超声0.5
‑
1h后，移入装有回流冷凝管以及水浴锅的反应装置内，滴加氨水至反应体系的pH为10.0
‑
11.0，升温至60
‑
70℃，回流冷凝反应3
‑
6h，过滤出固体，使用纯水清洗至中性后，经过真空干燥，得到乙烯基白炭黑；其中，乙醇水溶液的质量分数为30％
‑
50％，白炭黑第一处理物、乙烯基硅烷偶联剂与乙醇水溶液的质量比为1:0.12
‑
0.18:10
‑
15。
[0017]优选地，所述步骤2中，二氧化硅与二氧化铪的质量比为1～2:0.3。
[0018]优选地，所述步骤2中，高温烧结分为两个阶段，第一阶段升温至800
‑
900℃，升温速率为3
‑
5℃/min，保温2
‑
4h；第二阶段升温至1450
‑
1550℃，升温速率为2
‑
4℃/min，保温3
‑
5h。
[0019]优选地，所述步骤2中，硅酸铪粉末的粒径为200
‑
250nm。
[0020]优选地，所述步骤2中，硅酸铪粉末活化处理是使用乙烯基硅烷偶联剂在乙醇水溶液中超声处理。
[0021]优选地，所述步骤2具体为：
[0022](1)称取二氧化硅粉末与二氧化铪粉末混于行星球磨机内，加入含有聚乙二醇的乙醇溶液，在锆球的作用下球磨，球磨速度为220
‑
280rpm，球磨时间为18
‑
24h，球料比为3
‑
5:1，球磨结束后，经过干燥处理，得到混合球磨产物；其中，二氧化硅粉末与二氧化铪粉末的质量比为1～2:0.3，二氧化硅粉末与二氧化铪粉末的粒径均为50
±
5μm；
[0023](2)将混合球磨产物收集在坩埚内，将坩埚放置在高温炉内，在惰性气体的保护下烧结，先以3
‑
5℃/min的速率升温至800
‑
900℃，保温2
‑
4h，再以2
‑
4℃/min的速率升温至1450
‑
1550℃，保温3
‑
5h，烧结结束后，自然冷却，收集产物，粉末化处理，得到硅酸铪粉末；
[0024](3)将硅酸铪粉末混合至含有乙烯基硅烷偶联剂的乙醇水溶液中，超声混合均匀后，室温下搅拌反应3
‑
6h，过滤出固体，使用纯水清洗三次后，经过真空干燥，得到、活化后的硅酸铪粉末；其中，乙醇水溶液的质量分数为30％
‑
50％，硅酸铪粉末、乙烯基硅烷偶联剂与乙醇水溶液的质量比为1:0.02
‑
0.08:10
‑
20。
[0025]优选地，所述步骤3中，引发剂为过氧化苯甲酰，引发剂的加入量为甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯质量的2％
‑
6％。
[0026]优选地，所述步骤3中，聚合反应是以正己烷作为溶剂，甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯、乙烯基白炭黑与正己烷的质量比为1:3.2
‑
5.4:12
‑
16。
[0027]优选地，所述步骤3具体为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性炭黑复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：步骤1、使用白炭黑作为原料，通过乙烯基硅烷偶联剂乙烯化处理，得到乙烯基白炭黑；步骤2、使用二氧化硅与二氧化铪通过湿法研磨以及高温烧结够制备出硅酸铪粉末，同时对硅酸铪粉末进行活化处理，得到活化后的硅酸铪粉末；步骤3、将乙烯基白炭黑与甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯在引发剂的作用下聚合，同时加入活化后的硅酸铪粉末，最终得到改性炭黑复合材料。2.根据权利要求1所述的一种改性炭黑复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，乙烯基硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β
‑
甲氧乙氧基)硅烷中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种改性炭黑复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，白炭黑先使用质量分数为30％
‑
50％乙醇水溶液洗涤，然后再乙烯化处理；乙烯基硅烷偶联剂的加入量为洗涤后的白炭黑质量的12％
‑
18％。4.根据权利要求1所述的一种改性炭黑复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1具体为：(1)将白炭黑经过乙醇水溶液超声0.5
‑
1h后，过滤出固体，得到白炭黑第一处理物；(2)将白炭黑第一处理物与乙烯基硅烷偶联剂混合至乙醇水溶液中，再次超声0.5
‑
1h后，移入装有回流冷凝管以及水浴锅的反应装置内，滴加氨水至反应体系的pH为10.0
‑
11.0，升温至60
‑
70℃，回流冷凝反应3
‑
6h，过滤出固体，使用纯水清洗至中性后，经过真空干燥，得到乙烯基白炭黑。5.根据权利要求1所述的一种改性炭黑复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，二氧化硅与二氧化铪的质量比为1～2:0.3，二氧化硅粉末与二氧化铪粉末的粒径均为50
±
5μm，硅酸铪粉末的粒径为200
‑
250nm。6.根据权利要求1所述的一种改性炭黑复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，高温烧结分为两个阶段，第一阶段升温至800
‑
900℃，升温速率为3
‑
5℃/min，保温2
‑
4h；第二阶段升温至1450
‑
1550℃，升温速率为2
‑
4℃/min，保温3
‑
5h。7.根据权利要求1所述的一种改性炭黑复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2具体为：(1)称取二氧化硅粉末与二氧化铪粉末混于行星球...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢建平，
申请(专利权)人：德欣精细化工深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：