一种高温硫化硅橡胶用高透高补强性能沉淀白炭黑及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种高温硫化硅橡胶用高透高补强性能沉淀白炭黑及其制备方法与应用；本发明专利技术通过水玻璃溶液加入铁络合剂，搅拌处理，得混合溶液1；将硅烷偶联剂溶解于乙醇中，得溶液2；搅拌条件下，将有机酸、无机酸或有机酸和无机酸的混合酸滴加到混合溶液1中至pH＝9.5～10.5，加入溶液2；继续滴加有机酸、无机酸或有机酸和无机酸的混合酸至pH＝3.0～4.5，停止加酸，陈化；所得陈化后的浆液洗涤、喷雾干燥，得到所述高温硫化硅橡胶用高透高补强性能沉淀白炭黑。本发明专利技术所得沉淀白炭黑金属杂质少，在硅橡胶中的分散性和相容性好，使得机械强度、透明度显著提高。透明度显著提高。透明度显著提高。

【技术实现步骤摘要】
一种高温硫化硅橡胶用高透高补强性能沉淀白炭黑及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于沉淀二氧化硅制备
，具体涉及一种高温硫化硅橡胶用高透高补强性能沉淀白炭黑及其制备方法与应用。
技术背景
[0002]硅橡胶因其具有独特的耐高、低温性、耐电弧性、耐候性、耐化学物质性及生理惰性等特点，广泛应用于航空航天、汽车机械、日用品及医疗用品等领域。但没有填充填料的硅橡胶材料其拉伸强度等力学性能较差，不能满足人们的日常需求。白炭黑由于其独特的结构及表面化学特性，不仅能够提高硅橡胶制品的强度，同时还可以改善胶料的加工性能。
[0003]白炭黑的制备方法主要有两种，一是气相法制备，由卤硅烷(如四氯化硅、四氟化硅、甲基三氯化硅等)在氢氧焰中高温水解得到二氧化硅粒子，进而通过骤冷、分离、脱酸等后处理工艺得到气相白炭黑；这种方法不仅耗能高，并且涉及到大量易燃易爆有毒危险化学品，成本偏高。二是沉淀法制备，以水玻璃(泡花碱)为硅源，通过加入酸化剂搅拌后水解聚合得到沉淀二氧化硅颗粒；相较于气相法制备，沉淀法具有工艺流程简单、低能耗、低成本的特点，因此具有广阔的应用前景。
[0004]但是目前沉淀白炭黑在硅橡胶领域的应用还存在以下问题：1.水玻璃中存在大量金属杂质粒子如Fe
3+
，导致硅橡胶二段硫化过程中发生黄变，并且在高温环境下使用一定时间后黄变严重，影响外观；2.沉淀白炭黑和硅橡胶体系相容性差，通过表面改性/钝化后的沉淀二氧化硅聚集体在包辊密炼过程中又会被剪切力打散、破碎，致使未改性的表面裸露在胶料中，导致依旧有不少白炭黑在硅橡胶中团聚严重，从而使得填充后的硅橡胶雾度显著提高，透光率显著下降(吕晓茵.白炭黑的表面改性及其填充硅橡胶结构与性能研究[D].北京化工大学,2014.)，目前国内沉淀二氧化硅所填充的50度高温硫化硅橡胶雾度均高于65，透光率低于70，无法取代气硅使用于中高端日用品、医疗用品等领域，而雾度可低至55左右、透光率高于80可部分替代气硅的高端沉淀二氧化硅生产技术被国外垄断，如东曹LP。故亟待开发一种新的表面改性白炭黑的合成方法解决此问题。
[0005]目前亟需开发一种过程简便、成本低廉的不黄变、高透硅橡胶用疏水改性沉淀白炭黑的制备方法。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种高温硫化硅橡胶用高透高补强性能沉淀白炭黑及其制备方法与应用，本专利技术的制备方法达到降低白炭黑中杂质金属含量、同时达到大大降低雾度、提高透光率的效果。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种高温硫化硅橡胶用高透高补强性能沉淀白炭黑的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)水玻璃溶液加入铁络合剂，搅拌处理，得混合溶液1；
[0010](2)将硅烷偶联剂溶解于乙醇中，得溶液2；
[0011](3)搅拌条件下，将有机酸、无机酸或有机酸和无机酸的混合酸滴加到步骤(1)的混合溶液1中至pH＝9.5～10.5，加入步骤(2)的溶液2；继续滴加有机酸、无机酸或有机酸和无机酸的混合酸至pH＝3.0～4.5，停止加酸，陈化；
[0012](4)步骤(3)所得陈化后的浆液洗涤、喷雾干燥，得到所述高温硫化硅橡胶用高透高补强性能沉淀白炭黑。优选地，步骤(1)所述水玻璃溶液的模数为3.2～3.5，密度1.28～2.3g/mL；
[0013]优选地，步骤(1)所述铁络合剂为EDTA二钠和柠檬酸钠中的至少一种；
[0014]优选地，步骤(1)所述铁络合剂的物质的量和水玻璃溶液的体积的比值为1
‑
1.6mol:40
‑
60L。
[0015]优选地，步骤(1)所述搅拌处理的温度为50～55℃，时间为5～10min，搅拌速率为600～800rpm。
[0016]优选地，步骤(2)所述硅烷偶联剂为KH560、KH570、甲基三甲氧基硅烷和HMDS中的至少一种；
[0017]优选地，步骤(2)所述硅烷偶联剂和乙醇的体积比为1:3～1:5。
[0018]优选地，步骤(3)所述有机酸为乙酸，无机酸为硫酸；
[0019]优选地，步骤(3)所述有机酸和无机酸的混合酸中无机酸和有机酸的体积比为0
‑
4:1，且不为0；
[0020]优选地，步骤(3)所述有机酸的浓度为2.5～5mol/L；所述无机酸的浓度为2.5～5mol/L；所述有机酸和无机酸的混合酸的总浓度为2.5～5mol/L。
[0021]优选的，步骤(3)有机酸或有机酸和无机酸的混合酸滴加到步骤(1)的混合溶液1中至pH＝10～10.5。
[0022]优选的，步骤(3)继续滴加有机酸或有机酸和无机酸的混合酸至pH＝3.5～4.5。
[0023]优选地，步骤(3)所述混合溶液1的温度为75～90℃；
[0024]优选地，步骤(3)所述搅拌的速率为1200～1400rpm；
[0025]优选地，步骤(3)所述滴加速率为5～10mL/min；
[0026]优选地，步骤(3)所述陈化的时间为15～30min。
[0027]优选地，步骤(3)所述溶液2和水玻璃溶液的体积比为0.1
‑
0.3:9；
[0028]优选地，步骤(3)所述溶液2一次性加入；
[0029]优选地，步骤(4)所述洗涤为用水洗涤至电导率200～250μS/cm以下；所述喷雾干燥的进口温度为180～200℃，出口温度为100～110℃。
[0030]上述的制备方法制备得到的高温硫化硅橡胶用高透高补强性能沉淀白炭黑。
[0031]上述的高温硫化硅橡胶用高透高补强性能沉淀白炭黑在制备高温硫化硅橡胶中的应用。
[0032]与现有技术相比，该专利技术具有以下优点：
[0033](1)本专利技术利用少量铁络合剂(EDTA二钠/柠檬酸钠)可作为除铁剂，与水玻璃中的杂质铁离子形成可溶络合物，由于反应中形成的沉淀二氧化硅为固体，故可以在后续的洗涤过程中将杂质铁离子等金属以可溶性络合物的形式除去。使得沉淀白炭黑样品中总铁含量少于60mg/kg，有效避免了填充硅橡胶后出现黄变的情况。
[0034](2)由于沉淀二氧化硅表面具有大量的硅羟基，导致在硅橡胶中与胶料相容性差、团聚严重。而常规的改性方法仅能在二氧化硅表面接枝非极性基团从而提升沉淀二氧化硅与硅橡胶的相容性，但是在包辊过程中，二氧化硅的团聚体在极强的剪切力下会被再次的破碎、打散，导致内部未钝化的结构裸露在外表面，致使部分白炭黑颗粒在硅橡胶中发生严重团聚。本专利技术尝试在反应物未完全聚合沉淀时，添加硅烷偶联剂进行原位改性，有效地将疏水基团接枝到白炭黑内外表面，进一步提高了白炭黑与生胶之间的相容性，从而提高了白炭黑在硅橡胶中的分散性，使得机械强度、透明度显著提高。
[0035](3)本专利技术采用羟基酸/羟基酸和无机酸混合物作为酸化剂，在体系中引入更多的羟基可以有效的避免在干燥过程中由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温硫化硅橡胶用高透高补强性能沉淀白炭黑的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)水玻璃溶液加入铁络合剂，搅拌处理，得混合溶液1；(2)将硅烷偶联剂溶解于乙醇中，得溶液2；(3)搅拌条件下，将有机酸、无机酸或有机酸和无机酸的混合酸滴加到步骤(1)的混合溶液1中至pH＝9.5～10.5，加入步骤(2)的溶液2；继续滴加有机酸、无机酸或有机酸和无机酸的混合酸至pH＝3.0～4.5，停止加酸，陈化；(4)步骤(3)所得陈化后的浆液洗涤、喷雾干燥，得到所述高温硫化硅橡胶用高透高补强性能沉淀白炭黑。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述水玻璃溶液的模数为3.2～3.5，密度1.28～2.3g/mL；所述铁络合剂为EDTA二钠和柠檬酸钠中的至少一种；所述铁络合剂的物质的量和水玻璃溶液的体积的比值为1
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1.6mol:40
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60L。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述搅拌处理的温度为50～55℃，时间为5～10min，搅拌速率为600～800rpm。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述硅烷偶联剂为KH560、KH570、甲基三甲氧基硅烷和HMDS中的至少一种；所述硅烷偶联剂和乙醇的体...

【专利技术属性】
技术研发人员：司徒粤，林智凡，黄洪，张云龙，梁少彬，秦冬霞，
申请(专利权)人：金三江肇庆硅材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：