本发明专利技术涉及一种含聚醚链段的硅烷聚合体的制备及应用，可以进一步提升白炭黑、炭黑等无机填料与橡胶基体的相容性，以及填料在橡胶基体中的分散状态，同时本发明专利技术制备的含聚醚链段的硅烷聚合体能够有效地减少传统硅烷偶联剂在工业生产过程中产生的VOC气体，为橡胶复合材料在轮胎工业中的绿色环保化生产和高性能橡胶复合材料的制备提供了一种新的策略。能橡胶复合材料的制备提供了一种新的策略。能橡胶复合材料的制备提供了一种新的策略。
【技术实现步骤摘要】
含聚醚链段的硅烷聚合体、含有其的橡胶复合材料及其制法
[0001]本专利技术属于材料
，具体涉及一种含聚醚链段的硅烷聚合体、含有其的橡胶复合材料及其制备方法。
技术介绍
[0002]硅烷偶联剂是橡胶工业中常用的一种橡胶助剂，其可以提升填料，如炭黑、白炭黑等在橡胶基体中的分散和填料对橡胶基体的补强作用，增强填料与橡胶基体之间的界面结合作用，从而制备出满足性能要求的橡胶复合材料。
[0003]然而，传统的硅烷偶联剂在工厂的大规模使用过程中存在着明显的不足和缺点。以轮胎工业中常用的硅烷偶联剂Si69和Si75等含有甲氧基或者乙氧基的硅烷偶联剂为例，其与填料表面的活性羟基或者羧基反应时会产生大量的甲醇或者乙醇等有机小分子挥发物(volatile organic compounds：VOC)。发表在Applied Surface Science上的文章《New designed coupling agents for silica used in green tires with low VOCs and low rolling resistance》报道，每年在橡胶工业上产生的VOC大约为180000m3。这不仅使得橡胶硫化过程中的气孔率明显提升，对轮胎制品的使用寿命和使用安全性也存在明显的安全隐患，而且VOC气体还严重地损害了工厂操作工人的身体健康。因此，VOC气体排放严重影响并制约着橡胶工业的发展。
[0004]综上，制备出一种低VOC气体排放的硅烷偶联剂对于解决橡胶工业发展面临的难题和提升我们的环境质量具有重大意义。
技术实现思路
[0005]为解决现有技术方案中存在的缺点，本专利技术提供了一种低VOC气体排放的含聚醚链段硅烷聚合体的新型环保的硅烷偶联剂，其由硅烷聚合体与脂肪醇聚氧乙烯醚长链反应制备得到，新型硅烷偶联剂可以有效减少橡胶工业生产过程中产生的VOC气体，并且能够进一步提升橡胶复合材料的综合性能。
[0006]本专利技术的目的之一在于提供一种含聚醚链段的硅烷聚合体，具有以下通式：
[0007]R
x
Si
y
O
z
(OR1)
w
O(R2)
m
Q
n
......式(Ι)
[0008]式(Ι)中，x为2～12，优选2～6；
[0009]y为2～12，优选2～6；
[0010]z为2～12，优选2～6；
[0011]w为2～24，优选2～12；
[0012]m为1～6；
[0013]n为1～24，优选1～12；
[0014]R为C3～C36的直链或带有支链或带有环烷基或带有芳烃基的烷烃基或烯烃基，优选为C3～C18的直链或带有支链的烷烃基；
[0015]R1为甲基或乙基；
[0016]R2为含有聚醚结构的脂肪链，其结构式为R3‑
(C2H4O)
k
‑
，其中，R3为C3～C18的饱和脂肪链，k为3～9的整数；
[0017]Q为S或SH。
[0018]上述硅烷聚合体由包含有硅烷化合物和脂肪醇聚氧乙烯醚在内的组分反应得到，优选地，所述的硅烷化合物选自含甲氧基和/或乙氧基的含硫硅烷，所述的脂肪醇聚氧乙烯醚选自羟值为95～180的脂肪醇聚氧乙烯醚。
[0019]本专利技术的目的之二在于提供一种上述含聚醚链段的硅烷聚合体的制备方法，包括将包含有硅烷化合物和脂肪醇聚氧乙烯醚在内的组分，加热反应后即得所述的含聚醚链段的硅烷聚合体，优选地，所述的制备方法具体包括以下步骤：
[0020]步骤1)将所述的硅烷化合物加入到溶剂中水解后，得到硅烷水解液；
[0021]步骤2)硅烷水解液经缩聚反应得到硅烷聚合体；
[0022]步骤3)将所述的脂肪醇聚氧乙烯醚加入到硅烷聚合体中，加热反应后，即得所述的含聚醚链段的硅烷聚合体。
[0023]上述的含聚醚链段的硅烷聚合体由工业上常用的含有甲氧基或者乙氧基的硅烷偶联剂通过硅醇之间的缩聚反应制备得到硅烷聚合体，之后与脂肪醇聚氧乙烯醚反应得到。
[0024]上述制备方法中，所述步骤1)中：
[0025]所述的硅烷化合物选自含甲氧基和/或乙氧基的含硫硅烷，具体可选自Si69、Si75、KH580、KH590等化合物中的至少一种；
[0026]所述的溶剂选自水、醇中的至少一种，优选自乙醇和水的混合溶剂；所述的溶剂中乙醇和水的用量比为1:50～50:1，优选为1:20～20:1；
[0027]所述硅烷化合物和溶剂的用量比为(1～100)：1，优选为(1～50)：1，更优选为(1～10)：1；
[0028]所述的水解温度25～35℃，水解时间1～5小时；
[0029]所述的水解还加入pH调节剂，所述的pH调节剂选自盐酸、甲酸、乙酸、碳酸氢钠、碳酸钠中的至少一种，优选自盐酸、乙酸、碳酸氢钠中的至少一种；所述的pH调节剂调节溶液的pH为3～6。
[0030]上述制备方法，所述步骤2)中，所述缩聚反应的温度为0～100℃，优选为25～60℃；缩聚反应的时间为1～10小时，优选为3～5小时。
[0031]上述制备方法，所述步骤3)中：
[0032]所述的脂肪醇聚氧乙烯醚选自羟值为95～180的脂肪醇聚氧乙烯醚；
[0033]所述的脂肪醇聚氧乙烯醚和硅烷偶联剂的摩尔比为(1～6)：1，优选为(1～3)：1；
[0034]所述加热反应的反应温度为100～150℃，优选为110～130℃；反应时间为1～12小时，优选为1～6小时；
[0035]所述的加热反应中还加入催化剂；其中，所述的催化剂选自钛酸盐类催化剂，优选自钛酸正丁酯、钛酸叔丁酯、钛酸异丙基酯中的至少一种；所述催化剂用量为硅烷化合物和脂肪醇聚氧乙烯醚总用量的0.1～3％；
[0036]所述的加热反应在惰性气体保护下进行；所述的加热反应后还需抽真空处理，其中，所述抽真空的温度为50～80℃，反应容器内的真空度保持
‑
0.06～
‑
0.1MPa。
[0037]本专利技术的目的之三在于提供一种橡胶复合材料，包含有上述含聚醚链段的硅烷聚合体或者由上述制备方法制备得到的含聚醚链段的硅烷聚合体。
[0038]以橡胶为100重量份来计，所述的橡胶复合材料包含：100份橡胶、10～100份白炭黑和/或炭黑、0.8～20份含聚醚链段的硅烷聚合体，优选地，以橡胶为100重量份来计，所述的橡胶复合材料包含：100份橡胶、30～70份白炭黑和/或炭黑、3～10份含聚醚链段的硅烷聚合体；
[0039]以所述的橡胶为100重量份来计，所述的橡胶复合材料中还含有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份硫化剂。
[0040]本专利技术提供的含聚醚链段的硅烷聚合体是一种低VOC气体排放的新型偶联剂，VOC气体含量的检测可以采用常用的气体检本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种含聚醚链段的硅烷聚合体，具有以下通式：R
x
Si
y
O
z
(OR1)
w
O(R2)
m
Q
n
…
式(Ι)式(Ι)中，x为2～12，优选2～6；y为2～12，优选2～6；z为2～12，优选2～6；w为2～24，优选2～12；m为1～6；n为1～24，优选1～12；R为C3～C36的直链或带有支链或带有环烷基或带有芳烃基的烷烃基或烯烃基，优选为C3～C18的直链或带有支链的烷烃基；R1为甲基或乙基；R2为含有聚醚结构的脂肪链，其结构式为R3‑
(C2H4O)
k
‑
，其中，R3为C3～C18的饱和脂肪链，k为3～9的整数；Q为S或SH。2.根据权利要求1所述的硅烷聚合体，其特征在于，所述的硅烷聚合体由包含有硅烷化合物和脂肪醇聚氧乙烯醚在内的组分反应得到，优选地，所述的硅烷化合物选自含甲氧基和/或乙氧基的含硫硅烷，所述的脂肪醇聚氧乙烯醚选自羟值为95～180的脂肪醇聚氧乙烯醚。3.一种权利要求1～2任一项所述的含聚醚链段的硅烷聚合体的制备方法，包括将包含有硅烷化合物和脂肪醇聚氧乙烯醚在内的组分，加热反应后即得所述的含聚醚链段的硅烷聚合体，优选地，所述的制备方法具体包括以下步骤：步骤1)将所述的硅烷化合物加入到溶剂中水解后，得到硅烷水解液；步骤2)硅烷水解液经缩聚反应得到硅烷聚合体；步骤3)将所述的脂肪醇聚氧乙烯醚加入到硅烷聚合体中，加热反应后，即得所述的含聚醚链段的硅烷聚合体。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中：所述的硅烷化合物选自含甲氧基和/或乙氧基的含硫硅烷；和/或，所述的溶剂选自水、醇中的至少一种，优选自乙醇和水的混合溶剂；和/或，所述硅烷化合物和溶剂的用量比为(1～100)：1，优选为(1～50)：1；和/或，所述的水解温度为25～35℃，水解时间1～5小时；和/或，所述的水解还加入pH调节剂。5.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：张立群，翟小波，韩冬礼，叶欣，李晓林，郑骏驰，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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