一种高分散氧化锌的制备方法与流程

1.本发明涉及一种高分散氧化锌的制备方法，属于橡胶助剂领域。


背景技术：

2.zno有许多优质性质，如zno本身无毒对人身体无害，在可见光透明并可以吸收紫外线，具有较大的机电耦合系数。利用其在光、电、磁、敏感等方面的奇妙性能，纳米氧化锌不仅在橡胶工业、涂料工业、陶瓷工业等传统应用领域会取代普通氧化锌，还在当今令人注目的高新技术领域展现出广阔的应用前景。
3.目前，能真正在油性有机材料中达到纳米尺度均匀分散、且表现出优异功能性的纳米氧化锌数量甚少，其原因在于纳米氧化锌本身具有强亲水性、强极性、高表面能以及极易相互团聚的特点，未经过改性的纳米氧化锌极易团聚形成大颗粒，并在有机复合材料中失去纳米尺寸效应，几乎不表现纳米氧化锌的功能性。由于纳米氧化锌以较大的团聚颗粒形式存在，其甚至还降低有机聚合物材料原有的性能。而目前传统的纳米氧化锌在制备过程中容易发生团聚，导致产品粒径较大且分散性较差，与橡胶材料等有机聚合物材料相容性差，进而限制了其功能的高效发挥。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中的不足，本发明提供一种高分散氧化锌的制备方法，该方法有效降低了氧化锌的表面极性，从而降低了颗粒团聚性，使其能够均匀、稳定地分散到橡胶基体中，从而发挥更优异的硫化活性。本发明中主要采用的技术方案为：一种高分散氧化锌制备方法，具体制备步骤如下：s1: 将纳米氧化锌与氨基有机酸以5～20:1的质量比超声分散在去离子水中，升温至80～120℃回流反应4～10h，固液分离，真空干燥得到氨基有机酸改性氧化锌；s2: 将异氰酸酯与步骤1)得到的氨基有机酸改性氧化锌以1～15:1的质量比混合均匀在聚四氟乙烯溶剂中，加入催化剂在60-75℃温度下反应1-1.5h后，继续升温至2-4h，固液分离，真空干燥研磨得到所述高分散改性氧化锌。
5.优选地，所述步骤s1中，所述纳米氧化锌的平均粒径为20-50nm。
6.优选地，所述氨基有机酸为对氨基苯磺酸、3-氨基苯硼酸、邻氨基苯甲酸或者氨三乙酸中的一种。
7.优选地，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种。
8.优选地，所述催化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡或辛酸铅中的一种。
9.有益效果：本发明提供一种高分散氧化锌的制备方法，具有如下优点：1、本发明的操作工艺简单，环保高效，适于工业化生产。
10.2、本发明将纳米氧化锌进行表面改性，氨基有机酸通过离子键或者螯合作用结合
在纳米氧化锌表面，进而在氨基有机酸表面修饰异氰酸酯使其与橡胶胶料相容性增强。
11.3、经异氰酸酯表面修饰改性的氧化锌与橡胶胶料有良好的相容性，保证了氧化锌的分散稳定性，从而有效提升橡胶胶料中促进剂的活性，减少促进剂的用量，缩短硫化周期，同时提高了产品的耐磨性能、抗撕裂性能、拉伸强度等项指标。
12.4、本发明提供的高分散氧化锌，稳定性好、分散性高，可以通过简单的混合过程将改性氧化锌加入到胶料中，非常方便。
附图说明
13.图1为实施例1所制备的高分散氧化锌添加在胶料中，使用分散仪采集到的放大400倍的照片。
14.图2为实施例4所制备的高分散氧化锌添加在胶料中，使用分散仪采集到的放大400倍的照片。
具体实施方式
15.为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
16.实施例1一种高分散氧化锌制备方法，具体制备步骤如下：s1: 将纳米氧化锌（平均粒径35-42nm）与对氨基苯磺酸以5:1的质量比超声分散在去离子水中，升温至90℃回流反应6h，固液分离，真空干燥得到氨基有机酸改性氧化锌；s2: 将甲苯二异氰酸酯与步骤1)得到的氨基有机酸改性氧化锌以1:1的质量比混合均匀在聚四氟乙烯溶剂中，加入催化剂（辛酸亚锡）在60℃温度下反应1h后，继续升温至2h，固液分离，真空干燥研磨得到所述高分散改性氧化锌。
17.实施例2一种高分散氧化锌制备方法，具体制备步骤如下：s1: 将纳米氧化锌（平均粒径35-42nm）与3-氨基苯硼酸以10:1的质量比超声分散在去离子水中，升温至90℃回流反应6h，固液分离，真空干燥得到氨基有机酸改性氧化锌；s2: 将甲苯二异氰酸酯与步骤1)得到的氨基有机酸改性氧化锌以5:1的质量比混合均匀在聚四氟乙烯溶剂中，加入催化剂在60℃温度下反应1h后，继续升温至3h，固液分离，真空干燥研磨得到所述高分散改性氧化锌。
18.实施例3一种高分散氧化锌制备方法，具体制备步骤如下：s1: 将纳米（平均粒径35-42nm）与氨三乙酸以20:1的质量比超声分散在去离子水中，升温至90℃回流反应6h，固液分离，真空干燥得到氨基有机酸改性氧化锌；s2: 将甲苯二异氰酸酯与步骤1)得到的氨三乙酸改性氧化锌以6:1的质量比混合均匀在聚四氟乙烯溶剂中，加入催化剂在75℃温度下反应1.5h后，继续升温至4h，固液分离，真空干燥研磨得到所述高分散改性氧化锌。
19.将实施例1、2、3和未改性氧化锌（平均粒径35-42nm）根据如表1所示的混炼配方进行混炼,分别得到试样1、试样2、试样3和试样4。
20.表1：混炼配方中各组分的添加量分别对上述试样1、2、3、4混炼得到的胶料按照国家标准分别进行物理机械性能测试，测试结果具体如表2所示。
21.表2 各试样的物理机械性能测试结果根据上述实验结果得出以下结论：改性后的氧化锌使得胶料的拉伸强度、断裂伸长率、耐磨性能和抗撕裂强度均有所提高，这是由于改性后的氧化锌在胶料中基本可以实现分子水平上的均匀分散，在硫化时能够与其他助剂充分反应，从而在硫化胶中生成一定数量、分布均匀的交联网络，使得网链能够均匀承受应力，故胶料的拉伸强度和断裂伸长率均有所提高。而且，在上述混炼配方中，改性后的氧化锌的添加量要少于普通氧化锌的添加量，不但没有影响其性能，反而进一步提高了橡胶的力学性能，有利于减少胶料中的锌污染。
22.胶料分散性对比对试样1和试样4的胶料分别采用分散仪观察氧化锌在胶料中的分散性。根据附图1和2可以看出，图1中改性氧化锌（实施例1）在胶料中的分散性要明显优于普通氧化锌在胶
料中的分散性（如图2所示），在图2中，氧化锌颗粒存在明显的团聚结块现象。这是由于氨基有机酸通过离子键或者螯合作用结合在纳米氧化锌表面，进而在氨基有机酸表面修饰异氰酸酯使其与橡胶胶料相容性增强，提高了改性氧化锌在胶料中的分散性。
23.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种高分散氧化锌的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：s1: 将纳米氧化锌与氨基有机酸以5～20:1的质量比超声分散在去离子水中，升温至80～120℃回流反应4～10h，固液分离，真空干燥得到氨基有机酸改性氧化锌；s2: 将异氰酸酯与步骤1)得到的氨基有机酸改性氧化锌以1～15:1的质量比混合均匀在聚四氟乙烯溶剂中，加入催化剂在60-75℃温度下反应1-1.5h后，继续升温至2-4h，固液分离，真空干燥研磨得到所述高分散改性氧化锌。2.根据权利要求1所述的一种高分散氧化锌的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述纳米氧化锌的平均粒径为20-50nm。3.根据权利要求1所述的一种高分散氧化锌的制备方法，其特征在于，所述氨基有机酸为对氨基苯磺酸、3-氨基苯硼酸、邻氨基苯甲酸或者氨三乙酸中的一种。4.根据权利要求1所述的一种高分散氧化锌的制备方法，其特征在于，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种。5.根据权利要求1所述的一种高分散氧化锌的制备方法，其特征在于，所述催化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡或辛酸铅中的一种。

技术总结
本发明公开了一种高分散氧化锌的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：S1:将纳米氧化锌与氨基有机酸以5～20:1的质量比超声分散在去离子水中，升温至80～120℃回流反应4～10h，固液分离，真空干燥得到氨基有机酸改性氧化锌；S2:将异氰酸酯与步骤S1得到的氨基有机酸改性氧化锌以1～15:1的质量比混合均匀在聚四氟乙烯溶剂中，加入催化剂在60-75℃温度下反应1-1.5h后，继续升温至2-4h，固液分离，真空干燥研磨得到所述高分散改性氧化锌。本发明对纳米氧化锌进行表面改性，改变其表面的极性和易团聚性，使其能够均匀分散到橡胶胶料中，从而提高氧化锌在胶料中分散稳定性和功能性。而提高氧化锌在胶料中分散稳定性和功能性。


技术研发人员：张莉娜 唐英俊 蒋丽 方春平
受保护的技术使用者：江苏爱特恩高分子材料有限公司
技术研发日：2022.02.28
技术公布日：2022/5/17