一種改性白炭黑的製備方法
2023-05-31 15:31:31
專利名稱：一種改性白炭黑的製備方法
技術領域：
本發明涉及改性白炭黑的製備方法。
背景技術：
白炭黑的化學名稱為水合無定形二氧化矽或膠體二氧化矽(SiO2 · IiH2O)，是一種白色、無毒、無定形微細粉狀物。其SiO2含量較大(>90%)，原始粒徑一般為10 40nm， 因表面含有較多羥基，易吸水而成為聚集的細粒。白炭黑具有多孔性、內表面積大、高分散 性、質輕、化學穩定性好、耐高溫、不燃燒、電絕緣性好等優異性能。主要用作橡膠、塑料、合 成樹脂以及油漆等產品的填充劑，也可用作潤滑劑和絕緣材料。目前全世界70%的白炭黑 用於橡膠工業，是優良的橡膠補強劑，能改善膠接性和抗撕裂性，其性能優於普通炭黑。然 而，多數無機納米填充材料與聚合物基體的相容性較差，因此需通過表面改性改善它們的 相容性。白炭黑改性後，改性劑吸附在白炭黑表面，或與白炭黑表面發生化學反應，從而能 夠提高白炭黑與有機材料的親和性，改善白炭黑的應用效果，拓展其應用領域。白炭黑的表面改性是利用一定的化學物質通過一定的工藝方法使白炭黑的表面 羥基與化學物質發生反應，降低表面羥基數量，使產品由親水變為疏水，減少團聚，增大其 在聚合物中的分散性。國內外較多學者研究中常用的表面改性劑有氯矽烷類、矽烷偶聯劑 類、矽氧烷類化合物、醇類等。文獻報導的偶聯劑乙烯基三乙氧基矽烷偶聯劑改性納米二氧 化矽能夠實現納米二氧化矽表面改性，並能改善納米二氧化矽與硫化丁基膠相容性，提高 丁基膠的力學性能。H. Barthel用二甲基甲氧基矽烷改性納米二氧化矽的表面，其改性效果 比三甲基甲氧基矽烷改性好，研究表明氣體吸附的數據揭露了微粒之間的相互作用是由聚 合物在矽烷化時相互滲透作用形成的。Mathieu Etierme等用氨基矽烷偶聯劑(APS)改性 納米二氧化矽。把APS和納米SiO2分散在甲苯中回流攪拌2小時，然後高溫固化2小時， 增加了接枝層的厚度，提高了複合材料的交聯度。
發明內容
本發明的目的是提供一種改性白炭黑的製備方法。本發明是一種改性白炭黑的製備方法，其步驟為首先將白炭黑在通氮氣保護下， 在250 300°C加熱活化4 5小時，再將活化後的白炭黑與甲苯異氰酸酯進行混合，甲苯 異氰酸酯的用量為白炭黑用量的10 20%，向上述混合物中加入無水二甲苯，無水二甲苯 的用量的體積與白炭黑用量的質量之比為5 8 1，在氮氣保護下、在室溫進行攪拌分散， 再加熱至60 85°C，然後進行過濾、乾燥，得到改性白炭黑。本發明採用甲苯異氰酸酯改性白炭黑表面，利用白炭黑表面的羥基與甲苯異氰酸 酯反應，製得的改性白炭黑具有反應活性，使得聚合物可在改性的白炭黑表面反應，從而改 善白炭黑與聚合物的界面粘結，進一步有效防止白炭黑的團聚。
具體實施例方式
本發明是一種改性白炭黑的製備方法，其步驟為首先將白炭黑在通氮氣保護下， 在250 300°C加熱活化4 5小時，再將活化後的白炭黑與甲苯異氰酸酯進行混合，甲苯 異氰酸酯的用量為白炭黑用量的10 20%，向上述混合物中加入無水二甲苯，無水二甲苯 的用量的體積與白炭黑用量的質量之比為5 8 1，在氮氣保護下、在室溫進行攪拌分散， 再加熱至60 85°C，然後進行過濾、乾燥，得到改性白炭黑。下面是本發明的8個實施例。實施例1將IOOg白炭黑進行活化，然後通氮氣保護下，加熱至250°C，活化4小時，再將活化 後的白炭黑與IOg的甲苯異氰酸酯進行攪拌混合，向混合物中加入500mL無水二甲苯，在氮 氣保護下，室溫先高速攪拌分散，再加熱至反應溫度60°C，持續20分鐘後進行過濾，以無水 二甲苯溶劑洗滌，以除去表面結合較弱的改性劑，在40°C左右的真空環境進行乾燥，乾燥後 得到甲苯異氰酸酯改性白炭黑。實施例2將IOOg白炭黑進行活化，然後通氮氣保護下，加熱至300°C，活化4h，再將活化後 的白炭黑與15g的TDI進行攪拌混合，向盛有混合物的反應器中加入500mL無水甲苯，在氮 氣保護下，室溫先高速攪拌分散，再加熱至反應溫度70°C，20min後，過濾，以無水甲苯溶劑 洗滌，以除去表面結合較弱的改性劑，在40°C左右的真空環境進行乾燥，乾燥後得到TDI改 性白炭黑。實施例3將50g白炭黑進行活化，然後通氮氣保護下，加熱至250°C，活化4小時，再將活化 後的白炭黑與IOg的甲苯異氰酸酯進行攪拌混合，向盛有混合物的反應器中加入300mL無 水甲苯，在氮氣保護下，在室溫下先高速攪拌分散，再加熱至反應溫度85°C，持續60分鐘後 進行過濾，以無水甲苯溶劑洗滌，以除去表面結合較弱的改性劑，在40°C左右的真空環境進 行乾燥，乾燥後得到甲苯異氰酸酯改性白炭黑。實施例4將50g白炭黑進行活化，然後通氮氣保護下，加熱至30(TC，活化5小時，再將活化 後的白炭黑與IOg的甲苯異氰酸酯進行攪拌混合，向盛有混合物的反應器中加入300mL無 水二甲苯，在氮氣保護下，在室溫下先高速攪拌分散，再加熱至反應溫度70°C，持續20分鐘 後進行過濾，以無水二甲苯溶劑洗滌，以除去表面結合較弱的改性劑，在40°C左右的真空環 境進行乾燥，乾燥後得到甲苯異氰酸酯改性白炭黑。實施例5將50g白炭黑進行活化，然後通氮氣保護下，加熱至300°C，活化5小時，再將活化 後的白炭黑與5g的甲苯異氰酸酯進行攪拌混合，向盛有混合物的反應器中加入400mL無水 甲苯，在氮氣保護下，在室溫下先高速攪拌分散，再加熱至反應溫度85°C，持續60分鐘後進 行過濾，以無水甲苯溶劑洗滌，以除去表面結合較弱的改性劑，在40°C左右的真空環境進行 乾燥，乾燥後得到甲苯異氰酸酯改性白炭黑。實施例6將50g白炭黑進行活化，然後通氮氣保護下，加熱至250°C，活化5小時，再將活化後的白炭黑與5g的甲苯異氰酸酯進行攪拌混合，向盛有混合物的反應器中加入400mL無水 二甲苯，在氮氣保護下，在室溫下先高速攪拌分散，再加熱至反應溫度75°C，持續60分鐘後 進行過濾，以無水二甲苯溶劑洗滌，以除去表面結合較弱的改性劑，在40°C左右的真空環境 進行乾燥，乾燥後得到甲苯異氰酸酯改性白炭黑。 實施例7將50g白炭黑進行活化，然後通氮氣保護下，加熱至280°C，活化4. 5小時，再將活 化後的白炭黑與5g的甲苯異氰酸酯進行攪拌混合，向盛有混合物的反應器中加入300mL無 水甲苯，在氮氣保護下，在室溫下先高速攪拌分散，再加熱至反應溫度70°C，持續60分鐘後 進行過濾，以無水甲苯溶劑洗滌，以除去表面結合較弱的改性劑，在40°C左右的真空環境進 行乾燥，乾燥後得到甲苯異氰酸酯改性白炭黑。實施例8將50g白炭黑進行活化，然後通氮氣保護下，加熱至280°C，活化4小時，再將活化 後的白炭黑與5g的甲苯異氰酸酯進行攪拌混合，向盛有混合物的反應器中加入300mL無水 二甲苯，在氮氣保護下，在室溫下先高速攪拌分散，再加熱至反應溫度80°C，持續40分鐘後 進行過濾，以無水二甲苯溶劑洗滌，以除去表面結合較弱的改性劑，在40°C左右的真空環境 進行乾燥，乾燥後得到甲苯異氰酸酯改性白炭黑。
權利要求
一種改性白炭黑的製備方法，其步驟為首先將白炭黑在通氮氣保護下，在250～300℃加熱活化4～5小時，再將活化後的白炭黑與甲苯異氰酸酯進行混合，甲苯異氰酸酯的用量為白炭黑用量的10～20％，向上述混合物中加入無水二甲苯，無水二甲苯的用量的體積與白炭黑用量的質量之比為5～8∶1，在氮氣保護下、在室溫進行攪拌分散，再加熱至60～85℃，然後進行過濾、乾燥，得到改性白炭黑。
2.根據權利要求1所述的改性白炭黑的製備方法，其特徵在於改性劑是甲苯異氰酸 酯，甲苯異氰酸酯的用量為白炭黑用量的10 20%。
3.根據權利要求1所述的改性白炭黑的製備方法，其特徵在於白炭黑活化時間4 5 小時，活化溫度250 300°C。
4.根據權利要求1所述的改性白炭黑的製備方法，其特徵在於活化後的白炭黑與甲苯 異氰酸酯的改性反應時間20 60分鐘，反應溫度60 85°C。
5.根據權利要求1所述的改性白炭黑的製備方法，其特徵在於溶劑採用無水二甲苯， 或無水甲苯，溶劑用量的體積與白炭黑用量的質量之比為5 8 1。
全文摘要
一種改性白炭黑的製備方法，其步驟為首先將白炭黑在通氮氣保護下，在250～300℃加熱活化4～5小時，再將活化後的白炭黑與甲苯異氰酸酯進行混合，甲苯異氰酸酯的用量為白炭黑用量的10～20％，向上述混合物中加入無水二甲苯，無水二甲苯的用量的體積與白炭黑用量的質量之比為5～8∶1，在氮氣保護下、在室溫進行攪拌分散，再加熱至60～85℃，然後進行過濾、乾燥，得到改性白炭黑。
文檔編號C01B33/12GK101817529SQ20091014276
公開日2010年9月1日 申請日期2009年5月25日 優先權日2009年5月25日
發明者馮輝霞, 李曉明, 馬建軍, 魏雲 申請人:甘肅銀光聚銀化工有限公司