一种表面改性炭黑材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及轮胎制备的添加剂技术领域，更具体而言，涉及一种表面改性炭黑材料的制备方法及应用，通过依次加入的固体改性剂、液体改性剂对炭黑材料进行两次改性处理，结合球磨、超声分散，增强改性接枝效果；最后通过干燥，增强改性效果；其中所述固体改性剂为聚乙二醇；所述液体改性剂为表面活性剂和/或硅烷偶联剂。通过本发明专利技术的方法提高了炭黑材料的分散性能；在混炼时，改善炭黑与橡胶的结合，降低填料的Payne效应，提高橡胶的综合性能。提高橡胶的综合性能。提高橡胶的综合性能。

【技术实现步骤摘要】
一种表面改性炭黑材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及轮胎制备的添加剂
，更具体而言，涉及一种表面改性炭黑材料的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]围绕环保和安全两大主题，轮胎技术向着低滚动阻力、高牵引性、良好的耐磨性和耐久性方向发展，轮胎技术明确的开发目标促进了新品种填料的开发和应用。除橡胶外，炭黑是全球轮胎工业用量最大的原材料，作为轮胎胶料的主要填充物和补强材料，它有助于提高硫化胶的定伸应力、抗撕裂性能、轮胎的抓着力、操纵性和耐磨性能，从而延长轮胎的寿命。
[0003]炭黑的原生粒径很小，粒子间的相互作用力较强，团聚趋势较强，导致其难以均匀分散在聚合物基体中；轮胎中炭黑用量仅次于橡胶，对轮胎的性能起到决定性作用。轮胎在使用时转速高、离心力大，胎面胶中炭黑或其他补强填料分散不均形成的颗粒会导致轮胎高速旋转时出现应力不集中而损坏的问题，因此胎面胶中炭黑或其他补强填料必须充分分散均匀才能满足轮胎的使用性能。
[0004]目前，许多研究工作集中于炭黑的化学处理方面。例如，通过酸、臭氧或过氧化物对炭黑进行氧化改性，增加炭黑表面含氧基团，改善分散性，但是气相氧化工艺要求较高，液相氧化如硝酸氧化，有腐蚀性，污染环境，不适用于工业生产；
[0005]因此，需要提供一种环境友好，工艺简单的炭黑表面改性方法。

技术实现思路

[0006]针对现阶段技术中存在的问题，本专利技术提出一种表面改性炭黑材料的制备方法与应用，对炭黑进行表面改性，提高其在橡胶中的分散，降低填料的Payne效应，改善橡胶的综合性能,。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
[0008]一种表面改性炭黑材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1、将炭黑材料与固体改性剂球磨混合制得改性炭黑粉末；
[0010]S2、将改性炭黑粉末与液体改性剂置于水中超声分散，得到固液改性混合物；
[0011]S3、固液改性混合物分别用乙醇、水抽滤洗掉未与炭黑结合的残留改性剂；
[0012]S4、将抽滤完成的炭黑干燥制得改性炭黑颗粒；
[0013]所述固体改性剂为聚乙二醇PEG；所述液体改性剂为表面活性剂和/或硅烷偶联剂。
[0014]作为进一步优化的技术方案，所述固体改性剂为PEG1000或者PEG1500。
[0015]作为进一步优化的技术方案，步骤S1中所述炭黑材料是炭黑与白炭黑、微晶纤维素的混合物，且炭黑、白炭黑与微晶纤维素的质量百分比为(100
‑
90)：(0
‑
10)：(0
‑
5)；所述炭黑选自炭黑N110、N115、N121、N134、N234、N220中的任意一种。
[0016]作为进一步优化的技术方案，步骤S1中所述球磨的时间为10
‑
40min；和/或所述固体改性剂的用量为所述炭黑材料质量的0
‑
4％。
[0017]作为进一步优化的技术方案，步骤S2中所述超声分散的时间为10
‑
40min，超声分散的温度设置为30
‑
60℃，超声波输出功率50
‑
500W。
[0018]作为进一步优化的技术方案，所述超声分散过程中炭黑材料与水的比例为1：3
‑
1：10。
[0019]作为进一步优化的技术方案，所述液体改性剂的用量为所述炭黑材料质量的0.01％
‑
5％。
[0020]作为进一步优化的技术方案，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚中的任意一种；进一步优选的，脂肪醇聚氧乙烯醚包括AEO
‑
7、AEO
‑
9；烷基酚聚氧乙烯醚包括OP
‑
9、OP
‑
10。
[0021]作为进一步优化的技术方案，所述硅烷偶联剂为γ
‑
巯丙基三乙氧基硅烷(KH
‑
580)、γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷(KH
‑
550)、γ
‑
(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH570)中的任意一种。
[0022]作为进一步优化的技术方案，步骤S4中所述干燥采用真空干燥箱。
[0023]作为进一步优化的技术方案，所述干燥过程中烘干温度为60℃，时间为1
‑
10h。
[0024]作为进一步优化的技术方案，步骤S3干燥后物料经粉碎机破碎、筛分得到不超过粒径2mm改性炭黑颗粒。
[0025]需要注意的是，上述筛分过程可以去除产品中较大的颗粒，避免影响炭黑的分散及其在橡胶中的应用效果。
[0026]另外，本专利技术还提供了一种表面改性炭黑材料的应用，具体的是将上述制备的表面改性炭黑材料用于轮胎胎面胶的制备中。
[0027]本专利技术的改性机理如下：本专利技术提供了一种表面改性炭黑材料的制备方法，依次采用固体改性剂、液体改性剂改性炭黑，其中第一次表面改性，球磨介质、炭黑或炭黑/微晶纤维素/白炭黑混合物与固体改性剂等高速碰撞，炭黑团聚体被破碎至一次结构的单分散性粒子，微晶纤维素的粒径变小，炭黑混合物料的形状和颗粒大小也趋于均一化；聚乙二醇吸附在炭黑/炭黑物料表面，空间位阻、静电效应增大，炭黑/炭黑物料间的团聚趋势减弱。通过超声引发液体改性剂对炭黑/炭黑物料的第二次表面改性，超声过程中具有两亲基团的表面活性剂帮助偶联剂溶于水中，偶联剂发生乳化/水解反应，炭黑/炭黑物料表面基团捕获水解的偶联剂链段，相继发生物理吸附与化学接枝反应。在溶液中炭黑/炭黑物料与改性剂的接触、混合更为充分，改性的反应过程更为均匀。混炼过程中炭黑/炭黑物料等填料在橡胶基体中的团聚程度减弱，填料
‑
填料间的界面作用降低，同时偶联剂分子链的另一端长链有机基团与橡胶大分子链产生物理缠绕和化学结合，偶联剂构成了炭黑与橡胶分子链的一个桥梁，炭黑与橡胶基体的相容性提高，填料在橡胶基体中的分散性提高，炭黑补强的橡胶分子链内摩擦减少，动态疲劳生热低，能量损耗降低。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0029](1)本专利技术方法依次采用的固、液改性剂制备表面改性炭黑，在溶液中炭黑/炭黑物料与改性剂的接触、混合更为充分，改性的反应过程更为均匀，解决了改性剂与炭黑结合率低、效果不明显的问题；
[0030](2)本专利技术工艺简单，改性效率高，成本较低；
[0031](3)在轮胎胎面胶配方中应用本专利技术的改性炭黑，炭黑的Payne效应减弱，炭黑在橡胶中的分散性提高，可有效改善轮胎胎面胶的性能，降低轮胎的滚动阻力，而耐磨特性未受影响，轮胎使用寿命延长。
附图说明
[0032]图1是本专利技术实施例轮胎胎面胶拉伸强度与模量示意图；
[0033]图2是本专利技术实施例轮胎胎面胶撕裂强度示意图；
[0034]图3是本专利技术实施例轮胎胎面胶邵A硬度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面改性炭黑材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将炭黑材料与固体改性剂球磨混合制得改性炭黑粉末；S2、将所述改性炭黑粉末与液体改性剂置于水中超声分散，得到固液改性混合物；S3、所述固液改性混合物分别用乙醇、水抽滤，以洗掉未与炭黑结合的残留的改性剂；S4、将抽滤完成的炭黑干燥制得改性炭黑颗粒；所述固体改性剂为聚乙二醇；所述液体改性剂为表面活性剂和/或硅烷偶联剂。2.根据权利要求1所述的一种表面改性炭黑材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述炭黑材料是炭黑与白炭黑、微晶纤维素的混合物，且炭黑、白炭黑与微晶纤维素的质量百分比为(100
‑
90)：(0
‑
10)：(0
‑
5)；所述炭黑选自炭黑N110、N115、N121、N134、N234、N220中的任意一种。3.根据权利要求1所述的一种表面改性炭黑材料的制备方法，其特征在于，所述固体改性剂为PEG1000或PEG1500。4.根据权利要求1所述的一种表面改性炭黑材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述球磨的时间为10
‑
40min；所述固体改性剂的用量为所述炭黑材料质量的0
‑
4％。5.根据权利要求1所述的一种表面改性炭黑材料的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李祥婷，宋学超，王宏，周明权，
申请(专利权)人：青岛黑猫新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：