專利名稱：一種改性白炭黑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改性白炭黑的制備方法。
背景技術(shù)：
白炭黑的化學(xué)名稱為水合無定形二氧化硅或膠體二氧化硅(SiO2 · IiH2O)，是一種白色、無毒、無定形微細(xì)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(xì)粒。白炭黑具有多孔性、內(nèi)表面積大、高分散 性、質(zhì)輕、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、不燃燒、電絕緣性好等優(yōu)異性能。主要用作橡膠、塑料、合 成樹脂以及油漆等產(chǎn)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 用于橡膠工業(yè)，是優(yōu)良的橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑，能改善膠接性和抗撕裂性，其性能優(yōu)于普通炭黑。然 而，多數(shù)無機(jī)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。白炭黑改性后，改性劑吸附在白炭黑表面，或與白炭黑表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而能 夠提高白炭黑與有機(jī)材料的親和性，改善白炭黑的應(yīng)用效果，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。白炭黑的表面改性是利用一定的化學(xué)物質(zhì)通過一定的工藝方法使白炭黑的表面 羥基與化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，降低表面羥基數(shù)量，使產(chǎn)品由親水變?yōu)槭杷瑴p少團(tuán)聚，增大其 在聚合物中的分散性。國內(nèi)外較多學(xué)者研究中常用的表面改性劑有氯硅烷類、硅烷偶聯(lián)劑 類、硅氧烷類化合物、醇類等。文獻(xiàn)報(bào)道的偶聯(lián)劑乙烯基三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑改性納米二氧 化硅能夠?qū)崿F(xiàn)納米二氧化硅表面改性，并能改善納米二氧化硅與硫化丁基膠相容性，提高 丁基膠的力學(xué)性能。H. Barthel用二甲基甲氧基硅烷改性納米二氧化硅的表面，其改性效果 比三甲基甲氧基硅烷改性好，研究表明氣體吸附的數(shù)據(jù)揭露了微粒之間的相互作用是由聚 合物在硅烷化時(shí)相互滲透作用形成的。Mathieu Etierme等用氨基硅烷偶聯(lián)劑(APS)改性 納米二氧化硅。把APS和納米SiO2分散在甲苯中回流攪拌2小時(shí)，然后高溫固化2小時(shí)， 增加了接枝層的厚度，提高了復(fù)合材料的交聯(lián)度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改性白炭黑的制備方法。本發(fā)明是一種改性白炭黑的制備方法，其步驟為首先將白炭黑在通氮?dú)獗Ｗo(hù)下， 在250 300°C加熱活化4 5小時(shí)，再將活化后的白炭黑與甲苯異氰酸酯進(jìn)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(zhì)量之比為5 8 1，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下、在室溫進(jìn)行攪拌分散， 再加熱至60 85°C，然后進(jìn)行過濾、干燥，得到改性白炭黑。本發(fā)明采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(yīng)，制得的改性白炭黑具有反應(yīng)活性，使得聚合物可在改性的白炭黑表面反應(yīng)，從而改 善白炭黑與聚合物的界面粘結(jié)，進(jìn)一步有效防止白炭黑的團(tuán)聚。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是一種改性白炭黑的制備方法，其步驟為首先將白炭黑在通氮?dú)獗Ｗo(hù)下， 在250 300°C加熱活化4 5小時(shí)，再將活化后的白炭黑與甲苯異氰酸酯進(jìn)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(zhì)量之比為5 8 1，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下、在室溫進(jìn)行攪拌分散， 再加熱至60 85°C，然后進(jìn)行過濾、干燥，得到改性白炭黑。下面是本發(fā)明的8個(gè)實(shí)施例。實(shí)施例1將IOOg白炭黑進(jìn)行活化，然后通氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加熱至250°C，活化4小時(shí)，再將活化 后的白炭黑與IOg的甲苯異氰酸酯進(jìn)行攪拌混合，向混合物中加入500mL無水二甲苯，在氮 氣保護(hù)下，室溫先高速攪拌分散，再加熱至反應(yīng)溫度60°C，持續(xù)20分鐘后進(jìn)行過濾，以無水 二甲苯溶劑洗滌，以除去表面結(jié)合較弱的改性劑，在40°C左右的真空環(huán)境進(jìn)行干燥，干燥后 得到甲苯異氰酸酯改性白炭黑。實(shí)施例2將IOOg白炭黑進(jìn)行活化，然后通氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加熱至300°C，活化4h，再將活化后 的白炭黑與15g的TDI進(jìn)行攪拌混合，向盛有混合物的反應(yīng)器中加入500mL無水甲苯，在氮 氣保護(hù)下，室溫先高速攪拌分散，再加熱至反應(yīng)溫度70°C，20min后，過濾，以無水甲苯溶劑 洗滌，以除去表面結(jié)合較弱的改性劑，在40°C左右的真空環(huán)境進(jìn)行干燥，干燥后得到TDI改 性白炭黑。實(shí)施例3將50g白炭黑進(jìn)行活化，然后通氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加熱至250°C，活化4小時(shí)，再將活化 后的白炭黑與IOg的甲苯異氰酸酯進(jìn)行攪拌混合，向盛有混合物的反應(yīng)器中加入300mL無 水甲苯，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在室溫下先高速攪拌分散，再加熱至反應(yīng)溫度85°C，持續(xù)60分鐘后 進(jìn)行過濾，以無水甲苯溶劑洗滌，以除去表面結(jié)合較弱的改性劑，在40°C左右的真空環(huán)境進(jìn) 行干燥，干燥后得到甲苯異氰酸酯改性白炭黑。實(shí)施例4將50g白炭黑進(jìn)行活化，然后通氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加熱至30(TC，活化5小時(shí)，再將活化 后的白炭黑與IOg的甲苯異氰酸酯進(jìn)行攪拌混合，向盛有混合物的反應(yīng)器中加入300mL無 水二甲苯，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在室溫下先高速攪拌分散，再加熱至反應(yīng)溫度70°C，持續(xù)20分鐘 后進(jìn)行過濾，以無水二甲苯溶劑洗滌，以除去表面結(jié)合較弱的改性劑，在40°C左右的真空環(huán) 境進(jìn)行干燥，干燥后得到甲苯異氰酸酯改性白炭黑。實(shí)施例5將50g白炭黑進(jìn)行活化，然后通氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加熱至300°C，活化5小時(shí)，再將活化 后的白炭黑與5g的甲苯異氰酸酯進(jìn)行攪拌混合，向盛有混合物的反應(yīng)器中加入400mL無水 甲苯，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在室溫下先高速攪拌分散，再加熱至反應(yīng)溫度85°C，持續(xù)60分鐘后進(jìn) 行過濾，以無水甲苯溶劑洗滌，以除去表面結(jié)合較弱的改性劑，在40°C左右的真空環(huán)境進(jìn)行 干燥，干燥后得到甲苯異氰酸酯改性白炭黑。實(shí)施例6將50g白炭黑進(jìn)行活化，然后通氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加熱至250°C，活化5小時(shí)，再將活化后的白炭黑與5g的甲苯異氰酸酯進(jìn)行攪拌混合，向盛有混合物的反應(yīng)器中加入400mL無水 二甲苯，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在室溫下先高速攪拌分散，再加熱至反應(yīng)溫度75°C，持續(xù)60分鐘后 進(jìn)行過濾，以無水二甲苯溶劑洗滌，以除去表面結(jié)合較弱的改性劑，在40°C左右的真空環(huán)境 進(jìn)行干燥，干燥后得到甲苯異氰酸酯改性白炭黑。 實(shí)施例7將50g白炭黑進(jìn)行活化，然后通氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加熱至280°C，活化4. 5小時(shí)，再將活 化后的白炭黑與5g的甲苯異氰酸酯進(jìn)行攪拌混合，向盛有混合物的反應(yīng)器中加入300mL無 水甲苯，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在室溫下先高速攪拌分散，再加熱至反應(yīng)溫度70°C，持續(xù)60分鐘后 進(jìn)行過濾，以無水甲苯溶劑洗滌，以除去表面結(jié)合較弱的改性劑，在40°C左右的真空環(huán)境進(jìn) 行干燥，干燥后得到甲苯異氰酸酯改性白炭黑。實(shí)施例8將50g白炭黑進(jìn)行活化，然后通氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加熱至280°C，活化4小時(shí)，再將活化 后的白炭黑與5g的甲苯異氰酸酯進(jìn)行攪拌混合，向盛有混合物的反應(yīng)器中加入300mL無水 二甲苯，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在室溫下先高速攪拌分散，再加熱至反應(yīng)溫度80°C，持續(xù)40分鐘后 進(jìn)行過濾，以無水二甲苯溶劑洗滌，以除去表面結(jié)合較弱的改性劑，在40°C左右的真空環(huán)境 進(jìn)行干燥，干燥后得到甲苯異氰酸酯改性白炭黑。
權(quán)利要求
一種改性白炭黑的制備方法，其步驟為首先將白炭黑在通氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在250～300℃加熱活化4～5小時(shí)，再將活化后的白炭黑與甲苯異氰酸酯進(jìn)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(zhì)量之比為5～8∶1，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下、在室溫進(jìn)行攪拌分散，再加熱至60～85℃，然后進(jìn)行過濾、干燥，得到改性白炭黑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性白炭黑的制備方法，其特征在于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(jù)權(quán)利要求1所述的改性白炭黑的制備方法，其特征在于白炭黑活化時(shí)間4 5 小時(shí)，活化溫度250 300°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性白炭黑的制備方法，其特征在于活化后的白炭黑與甲苯 異氰酸酯的改性反應(yīng)時(shí)間20 60分鐘，反應(yīng)溫度60 85°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性白炭黑的制備方法，其特征在于溶劑采用無水二甲苯， 或無水甲苯，溶劑用量的體積與白炭黑用量的質(zhì)量之比為5 8 1。
全文摘要
一種改性白炭黑的制備方法，其步驟為首先將白炭黑在通氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在250～300℃加熱活化4～5小時(shí)，再將活化后的白炭黑與甲苯異氰酸酯進(jìn)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(zhì)量之比為5～8∶1，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下、在室溫進(jìn)行攪拌分散，再加熱至60～85℃，然后進(jìn)行過濾、干燥，得到改性白炭黑。
文檔編號(hào)C01B33/12GK101817529SQ20091014276
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2009年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月25日
發(fā)明者馮輝霞, 李曉明, 馬建軍, 魏云 申請(qǐng)人:甘肅銀光聚銀化工有限公司