專利名稱：一種改性白炭黑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種，特別涉及一種改性白炭黑及其制備方法，屬無機非金屬 材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
白炭黑的化學名稱為水合無定形二氧化硅或膠體二氧化硅(Si(VMH20)，
是一種白色、無毒、無定形微細粉狀物，具有多孔、比表面積大、髙分散、質(zhì) 輕、化學穩(wěn)定性好、耐髙溫、不燃燒、電絕緣性好等優(yōu)異性能，作為一種新型
無機材料，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各行各業(yè)?，F(xiàn)今，全世界約70%的白炭黑主 要用于橡膠工業(yè)，其作為一種優(yōu)良的橡膠補強劑，能改善膠接性和抗撕裂性， 性能遠遠優(yōu)于普通炭黑。然而，由于白炭黑外表面存在的活性硅醇基使其呈親 水性，在有機相中難以濕潤和分散，而且，由于其表面存在的羥基，使其表面 能較大，顆粒總傾向于凝聚，因而產(chǎn)品的應(yīng)用性能受到影響，需要通過表面改 性來改善它們與有機材料的相容性。白炭黑經(jīng)改性后，由于表面接入了親油性 憎水基團，從而提髙其與有機材料的親和性，降低了顆粒團聚，于是改善了其 應(yīng)用效果，拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。
目前，白炭黑改性大都采用一次改性方法，即通過與改性劑發(fā)生化學反應(yīng) 將其表面的親水基團改性為親油基團?，F(xiàn)在所用的改性劑主要為有機氯硅烷、 硅氧烷、硅烷偶聯(lián)劑和醉類化合物等。雖用硅烷偶聯(lián)劑改性，其性能達到一定 的親油疏水性，但在對有機物相容性要求較髙的情況下仍不能滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種能有效提髙白炭黑的親油 疏水性，增強其與有機摻和料相容性的改性白炭黑及其制備方法。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種改性白炭黑，在白炭黑 的表面接枝CH3 (CH2) 16-CONH- (CH2) -Si-O-Si基團。上述改性白炭黑的制備方法，步驟如下
1. 按質(zhì)量比，水醇=1: 6 1: 9制備乙醇水溶液，將白炭黑溶解于上 述溶液中，充分分散，緩慢滴加硅烷偶聯(lián)劑，硅垸偶聯(lián)劑的加入量為白炭黑質(zhì) 量的1 10%,逐漸升溫至100 130 'C,髙速攪拌1.5 3小時，降至室溫、 干燥，得到硅烷偶聯(lián)劑改性白炭黑；
2. 將硬脂酸固體置于丙酮溶液中溶解，按質(zhì)量比，硬脂酸的加入量為偶 聯(lián)劑的1:1 2:1，再加入經(jīng)硅垸偶聯(lián)劑改性后的白炭黑，充分攪拌1 3小 時，經(jīng)離心分離處理后，用有機溶劑洗滌1 3次，干燥后得到改性白炭黑粉 體，其表面含有CH3 (CH2) 16-CONH- (CH2) -Si-O-Si基團。
本發(fā)明所述的硅烷偶聯(lián)劑為Y-氨丙基三乙氧基硅烷。
本發(fā)明采用硅烷偶聯(lián)劑和硬脂酸對白炭黑進行二次改性處理，其原理是 硅烷偶聯(lián)劑Y-氨丙基三乙氧基硅垸，分子式為H2N (CH2) 3Si (OC2H5) 3, 其中，-0<:2115基團為可水解基團，使硅烷偶聯(lián)劑Y-氨丙基三乙氧基硅垸在少 量水中即可分解生成硅烷醇及乙醇，其反應(yīng)式為
H2N (CH2) 3Si (0C2H5) 3+H20 _ H2N (CH2) 3Si (OH) 3+ C2H5OH
白炭黑表面的Si-OH基團與硅烷醇之間發(fā)生反應(yīng)，形成化學鍵、氫鍵、物 理吸附等交聯(lián)結(jié)構(gòu)的覆蓋狀物質(zhì)，干燥后，在表面粘結(jié)，形成Si-O-Si鍵，即 表面最終的基團為H2N- (CH2) -Si-O-Si基團硬脂酸的分子式為CH3 (CH2) 16COOH，其含有-COOH基團，能與H2N- (CH2) -Si-O-Si基團中的-H2N基 團形成酰胺基(-CONH),在白炭黑表面最終形成CH3(CH2)16-CONH-(CH2) -Si-O-Si基團，其中CH3(CH2) 16基團的憎水親油性能非常優(yōu)良。
由于上述技術(shù)方案的運用，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1. 本發(fā)明技術(shù)方案制備的改性白炭黑粒度均勻，白度高，經(jīng)測試，它與鄰 苯二甲酸二丁脂(DBP)的接觸角達到130 150度，與水的接觸角為15 25度， 吸油值達到4 5cm7g,改性效果優(yōu)良。
2. 本發(fā)明所使用的偶聯(lián)劑和硬脂酸價格低廉，制備工藝簡單，因此，其制 備改性白炭黑的成本低，有利于規(guī)?；茝V應(yīng)用。
3. 本發(fā)明反應(yīng)中使用的試劑可循環(huán)使用；反應(yīng)產(chǎn)物為水和乙醇，所需試劑 無毒，無污染。


圖1是按本發(fā)明實施例1提供的技術(shù)方案制備的改性白炭黑粉末的紅外光 譜圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步描述。 實施例1:
取500g白炭黑，4.5L乙醇，0.5L水，30g硅烷偶聯(lián)劑"氨丙基三乙氧基 硅烷采用JH-AllO，放入三口燒瓶，加冷凝裝置，升至110^C，保溫1.5小時， 充分攪拌，冷卻后取出，洗濾，烘干；
配5L丙酮，將40g硬脂酸溶解，把第一步改性的白炭黑放入，充分攪拌1 小時，用有機溶劑洗滌，干燥，得到改性白炭黑粉體產(chǎn)品。
參見附圖1，它是本實施例制備的改性白炭黑粉末的紅外光譜圖。由圖1 可以看出圖中曲線分別在1647. 062 cm—1和1544. 9 cm—1出現(xiàn)酰胺C: 0伸 縮振動吸收和N —H的彎曲振動吸收峰，在2850 cm—t和2950 cm—1出現(xiàn)-CH和 -CH2基團伸縮振動吸收峰，證明硅垸偶聯(lián)劑和硬脂酸均已接枝在二氧化硅顆粒 表面，其表面接枝基團為CH3 (CH2) 16-CONH- (CH2) -Si-O-Si。
經(jīng)測試，產(chǎn)品與DBP的接觸角為140度，與水的接觸角為22度，吸油值 4. 5cm3/g。
實施例2:
取500g白炭黑，4. 5L乙醇，0. 5L水，25g硅烷偶聯(lián)劑JH-A110,放入三 口燒瓶，加冷凝裝置，升至120'C，保溫2h,并充分攪拌，冷卻后取出，洗濾， 烘干其次，配5L丙酮，30g硬脂酸，將第一步改性的白炭黑放入，充分攪 拌1.5h，用溶劑洗滌，干燥，最后即得產(chǎn)品。產(chǎn)品性能與DBP接觸角130 度，與水25度，吸油值4.2cm7g。實施例3:
取500g白炭黑，4. 5L乙醇，0.5L水，40g硅烷偶聯(lián)劑JH-A110,放入三口 燒瓶，加冷凝裝置，升至120'C,保溫1.5h,并充分攪拌，冷卻后取出，洗濾， 烘干；其次，配5L丙酮，60g硬脂酸，將第一步改性的白炭黑放入，充分攪拌 1.5h,用溶劑洗滌，干燥，最后即得產(chǎn)品。產(chǎn)品性能與DBP接觸角145度， 與水接觸角18度，吸油值4. 7cm7g。
權(quán)利要求
1.一種改性白炭黑，其特征在于在白炭黑的表面接枝CH3(CH2)16-CONH-(CH2)-Si-O-Si基團。
2. —種改性白炭黑的制備方法，其特征在于步驟如下(1) 制備乙醇水溶液，按質(zhì)量比水醇=1: 6 1: 9，將白炭黑溶解于上述 溶液中，充分分散，緩慢滴加硅垸偶聯(lián)劑，硅烷偶聯(lián)劑的加入量為白炭黑質(zhì)量 的1 10%,逐漸升溫至100 130 "，高速攪拌1.5 3小時，降至室溫、干燥， 得到硅烷偶聯(lián)劑改性白炭黑；(2) 將硬脂酸固體置于丙酮溶液中溶解，按質(zhì)量比，硬脂酸的加入量為偶 聯(lián)劑的1 : 1 2 : 1，再加入硅烷偶聯(lián)劑改性白炭黑，充分攪拌1 3小時，經(jīng) 離心分離處理后，用有機溶劑洗滌粉末1 3次，干燥后得到改性白炭黑粉體， 其表面接枝了 CH3 (CH2) "-CONH- (CH2) -Si-O-Si基團。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種改性白炭黑的制備方法，其特征在于所述 的硅烷偶聯(lián)劑為Y-氨丙基三乙氧基硅烷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改性白炭黑及其制備方法，屬無機非金屬材料技術(shù)領(lǐng)域。先對白炭黑進行硅烷偶聯(lián)劑改性處理，再將硬脂酸固體置于丙酮溶液中溶解，按質(zhì)量比，硬脂酸的加入量為偶聯(lián)劑的1∶1～2∶1，加入經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑改性后的白炭黑，干燥后得到改性白炭黑粉體，其表面含有CH₃(CH₂)₁₆-CONH-(CH₂)-Si-O-Si基團。本發(fā)明技術(shù)方案制備的改性白炭黑粒度均勻，白度高；同時，由于其表面具有的CH₃(CH₂)₁₆基團，經(jīng)二次改性的白炭黑的憎水親油性能優(yōu)良。本發(fā)明所使用的偶聯(lián)劑和硬脂酸價格低廉，制備工藝簡單，因此，其制備改性白炭黑的成本低，有利于規(guī)模化推廣應(yīng)用。
文檔編號C09C3/08GK101514263SQ20091003008
公開日2009年8月26日 申請日期2009年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月1日
發(fā)明者杰 馮, 周竹發(fā), 張忠飛, 勇 李, 李延潔, 陳麗昆 申請人:蘇州大學;中國高嶺土公司