反应型疏水白炭黑的制备方法与流程

本发明涉及纳米材料制备，具体涉及反应型疏水白炭黑的制备方法。

背景技术：

1、气相白炭黑通常经由四氯化硅或甲基三氯硅烷在高温氢氧焰环境下进行水解缩聚反应而制得。在此制备过程中，硅粒子表面及其聚集体内部因缩聚反应不完全而残留大量硅羟基。与此同时，沉淀法白炭黑则是通过硅酸钠与硫酸的反应，并经过洗涤、沉淀、干燥等一系列工序加工而成，其表面亦富含硅羟基。硅羟基的存在赋予了白炭黑亲水疏油的特性，然而这一特性在很大程度上限制了其在有机介质中的浸润与分散性能，进而制约了气相白炭黑在多个领域的应用范畴。

2、目前，气相白炭黑的表面处理主要采用硅油、环硅氧烷、六甲基二硅氮烷或氯硅烷等方法。硅油处理主要通过在白炭黑表面吸附实现，但仍有部分聚硅氧烷处于游离状态；反应性较好的处理方式主要是在高温下采用氯硅烷、六甲基二硅氮烷或者环硅氧烷进行处理，处理温度较高，能耗较高。

3、专利cn102220036a公开了一种制备硅烷偶联剂改性白炭黑的方法，通过将溶剂、水、催化剂和偶联剂混合制备偶联剂溶胶溶液。再利用超声分散或剪切的方法，将白炭黑均匀分散溶胶溶液中，得到分散均匀，粒度理想的浑浊液。再将浑浊液置于匀速搅拌下使偶联剂溶胶与白炭黑反应，通过控制温度及反应时间进而制备具有高疏水性的偶联剂改性的白炭黑。该方法中通过溶胶凝胶法得到偶联剂的溶胶溶液，再通过多种动力学手段的综合作用使得白炭黑在偶联剂溶胶溶液中可以均匀分散，从而保证白炭黑与偶联剂可以充分反应，进而得到经过偶联剂改性的白炭黑。该方法中用到溶剂，不经济环保，利用超声或剪切分散的方案，对设备要求较高，存在难以工业化的问题。

4、传统疏水化的白炭黑作为硅橡胶的补强剂，不论是制备液体硅橡胶还是固体混炼胶，主要是采用亲水法白炭黑，在胶料啮合的过程中必须对白炭黑改性处理，才能使硅橡胶获得较好的力学性能和保质期，然而在搅拌混合或啮合混合过程中会产生静电，在啮合混料的过程中加入羟基硅油或者其他小分子硅烷作为结构化控制剂处理白炭黑，由于羟基硅油或小分子硅烷闪点较低，有发生闪爆的风险。

5、因此制备一种疏水白炭黑，既能为硅橡胶提供良好的补强效果，又能消除混料过程中的危险，还能够使硅橡胶有较长的抗结构化时间，对硅橡胶的实际生产意义重大。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种反应型疏水白炭黑的制备方法，以亲水白炭黑为基础原料，通过引入合适的化合物与之反应，使白炭黑表面拥有可反应的si-n键，混料的过程中释放可反应硅烷，改性其他亲水性白炭黑，实现硅橡胶补强、抗结构化的功能，同时能够保证生产过程中安全。

2、本发明所述的反应型疏水白炭黑的制备方法，包括以下步骤：

3、（1）将二甲基二氯硅烷加水，进行水解反应，得到不完全水解物；

4、步骤（1）的反应机理如图1所示；

5、（2）向不完全水解物通入氨气反应，过滤，得到疏水处理剂；

6、步骤（2）的反应机理如图2所示；

7、（3）将亲水白炭黑和疏水处理剂混合均匀，加热搅拌反应，真空处理，得到反应型疏水白炭黑；步骤（3）的反应机理如图3所示。

8、反应型疏水白炭黑在硅橡胶啮合处理过程中的反应机理图如图4所示。

9、步骤（1）所述二甲基二氯硅烷和水的摩尔比例为4:3~10:9。

10、步骤（1）所述水解反应的温度为1~15℃。

11、步骤（2）所述氨气的用量为不完全水解物质量的10~30%。

12、步骤（2）所述反应的反应温度为-10~10℃。

13、步骤（3）所述亲水白炭黑为亲水气相白炭黑或亲水沉淀法白炭黑。

14、步骤（3）所述亲水白炭黑的表面积为150-380m2/g。

15、步骤（3）所述疏水处理剂的用量为亲水白炭黑质量的10~20%。

16、步骤（3）所述反应的反应温度为60~130℃，反应时间为2~6h，所述真空处理的真空度为-0.04~-0.08mpa。

17、步骤（3）所述亲水白炭黑和疏水处理剂混合均匀，加热搅拌反应的过程中在惰性气体或氮气保护下进行。惰性气体包括氩气、氦气，优选使用氮气保护。

18、与现有技术相比，本发明有益效果如下：

19、1、本发明处理剂的合成采用的原料为常见原料，均已实现产业化生产，原料易得，成本低，白炭黑表面进行有效反应接枝。

20、2、本发明获得的疏水白炭黑在低温下即可制备，表面接枝率高，能作为硅橡胶的结构化控制剂使用。

21、3、本发明制备的疏水白炭黑，表面拥有可反应的si-n键，混料的过程中释放可反应型聚硅氧烷，改性加入的其他亲水性白炭黑，实现硅橡胶补强、抗结构化的功能，同时能够保证生产过程中安全。

技术特征：

1.一种反应型疏水白炭黑的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的反应型疏水白炭黑的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述二甲基二氯硅烷和水的摩尔比例为4:3~10:9。

3.根据权利要求1所述的反应型疏水白炭黑的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述水解反应的温度为1~15℃。

4.根据权利要求1所述的反应型疏水白炭黑的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述氨气的用量为不完全水解物质量的10~30%。

5.根据权利要求1所述的反应型疏水白炭黑的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述反应的反应温度为-10~10℃。

6.根据权利要求1所述的反应型疏水白炭黑的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述亲水白炭黑为亲水气相白炭黑或亲水沉淀法白炭黑。

7.根据权利要求6所述的反应型疏水白炭黑的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述亲水白炭黑的表面积为150-380m2/g。

8.根据权利要求1所述的反应型疏水白炭黑的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述疏水处理剂的用量为亲水白炭黑质量的10~20%。

9.根据权利要求1所述的反应型疏水白炭黑的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述反应的反应温度为60~130℃，反应时间为2~6h，所述真空处理的真空度为-0.04~-0.08mpa。

10.根据权利要求1所述的反应型疏水白炭黑的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述亲水白炭黑和疏水处理剂混合均匀，加热搅拌反应的过程中在惰性气体或氮气保护下进行。

技术总结
本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体涉及反应型疏水白炭黑的制备方法。包括以下步骤：（1）将二甲基二氯硅烷加水，进行水解反应，得到不完全水解物；（2）向不完全水解物通入氨气反应，过滤，得到疏水处理剂；（3）将亲水白炭黑和疏水处理剂混合均匀，加热搅拌反应，真空处理，得到反应型疏水白炭黑。本发明处理剂的合成采用的原料为常见原料，均已实现产业化生产，原料易得，成本低，白炭黑表面进行有效反应接枝。本发明获得的疏水白炭黑在低温下即可制备，表面接枝率高，能作为硅橡胶的结构化控制剂使用。

技术研发人员：伊港,刘海龙,郝斌,刘雷,宋标,孙晓雷,王丹,毛正楠,高哲,樊肃,赵亚伦,肖楚红,张苍恒,国建强
受保护的技术使用者：山东东岳有机硅材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23