一种橡胶制品用白炭黑分散剂的制备及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种分散剂，尤其涉及一种橡胶工业用分散剂，所述分散剂特别适用 于提高橡胶及橡胶组合物混炼过程中白炭黑的分散能力；本发明还涉及所述分散剂的制备 方法及应用，以及包含所述分散剂的橡胶组合物。
【背景技术】
[0002] 白炭黑作为橡胶材料中重要的补强剂，近年来它的应用得到了快速发展，尤其是 作为轮胎胎面胶的补强填充剂的应用已引起特别的重视。由于白炭黑表面具有大量的羟 基，当白炭黑用于胎面时这些羟基能够与路面的水分子相互作用，有利于在湿滑路面上与 路面的结合，提高湿地抓地力，同时白炭黑的使用也可以改善轮胎滚动阻力、磨耗和牵引性 能。同时，在配方中全部用白炭黑代替传统炭黑生产"绿色轮胎"，已经成为轮胎企业的共 识。
[0003] 但是，白炭黑聚集体或离子表面覆盖有相当活泼的硅醇基（-Si-OH)，具有极高的 极性，这使得它与通用非极性的橡胶极不相容，它们之间的结合力极弱，从而使得白炭黑在 聚合物中很难分散。同时，白炭黑微粒也趋于相互聚集，在填料之间形成一种填料-填料网 络结构，使得未硫化胶料变得坚硬，导致橡胶的加工困难。白炭黑表面的极性及其高比表面 积使得白炭黑对极性小分子有着很强的吸附能力，因此易于吸附橡胶配方中使用的极性分 子如促进剂、防老剂等，从而导致橡胶硫化延迟等问题。白炭黑难于分散的缺点使得白炭黑 的利用受到限制。
[0004] 因此，在白炭黑的使用过程中通常需要添加如硅烷偶联剂、聚乙二醇以及锌盐等 加工助剂来提高其分散性。其中硅烷偶联剂一方面与白炭黑表面发生化学反应对白炭黑表 面进行修饰，另一方面与橡胶中的双键产生连接，从而促进白炭黑在橡胶中的分散。但是， 传统的硅烷偶联剂如Si69与白炭黑反应时会释放出大量的乙醇，造成环境污染，同时容易 在橡胶中产生气泡。虽然有新型的硅烷偶联剂出现，降低了这种风险，但是硅烷偶联剂的成 本昂贵，复配使用后使得白炭黑的成本进一步变高。另外一种提高白炭黑分散的方法是添 加极性的聚合物或小分子，如聚乙二醇，利用氢键作用屏蔽白炭黑表面的羟基，从而减少白 炭黑之间的相互作用，提高分散，同时也能减弱白炭黑的吸附作用。这种方法的问题在于聚 乙二醇本身与橡胶相容性较差，虽然改善了白炭黑表面，但是与橡胶没有结合力，对分散的 改善作用有限。在现有的市场上，另外一些产品作为白炭黑分散剂出现，其实质是锌盐、蜡 或酰胺类的化合物，通过这类物质的加入可以降低橡胶的加工粘度，但是由于缺乏与白炭 黑的相互作用，对于白炭黑的分散并没有特别明显的作用。
[0005] 鉴于目前白炭黑在橡胶领域的应用前景及其缺点，如何使白炭黑在橡胶中更好的 分散的研究也多了起来，因此也出现了不少关于白炭黑分散剂的专利，如专利公开号分别 为 CN103642067A、CN103450504A、CN103387695A、CN103333378A 的专利均采用各种助剂复 配成混合物的方式来提高白炭黑在橡胶中的分散效果；专利公开号为CN103525068A的专 利采用一元酸与胺类物质反应制备得到环保型的铵盐，该铵盐能够与白炭黑和橡胶均产生 有效作用，起到分散作用，且安全环保。然而，上述白炭黑分散剂分子量相对较小。对于橡 胶材料而言，小分子物质虽然能够起到一定程度的增塑作用，提高白炭黑的分散，但是在橡 胶硫化之后，这些小分子物质保留在橡胶基体之中，导致橡胶材料的强度下降，同时部分小 分子物质会迁移至橡胶表面并逐步流失到自然环境中造成污染。
[0006] 针对现有技术的这些缺陷，本发明提供了一种有效且更为环保的分散剂，所述分 散剂在提高白炭黑分散的同时能够有效的改善橡胶材料的强度、降低加工能耗，并且使用 该分散剂的橡胶材料具有优异的力学性能。
【发明内容】
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[0007] 本发明的一个目的在于提供一种分散剂，所述分散剂包括具有式（I)所示结构的 化合物：
[0008]
【主权项】
1. 一种分散剂，其特征在于，包括具有式（I)所示结构的化合物：
其中，R1选自直链或支链的C C 3(|烷基、直链或支链的C 2?C 3(|的烯基、饱和或不饱 和的C6?C 22的脂环烃、C 6?C 22的芳基或C 7?C 22的苄基，任选的，所述基团被一个或多个 齒素、疏基或轻基取代； 馬为k元酸中羧酸基以外的残基，所述k元酸选自k元脂肪酸或k元芳香酸； k为2?4的整数；m和η表示烧氧基的聚合单元数,均为整数,且m+n的和为2?100 的整数。
2. 根据权利要求1所述的分散剂，其特征在于，所述R 1选自甲基、乙基、辛基、异辛基、 十二烷基、十八烷基、牛油基、松香基的一种或多种。
3. 根据权利要求1或2所述的分散剂，其特征在于，所述R2,即所述k元酸中羧酸基以 外的残基选自价态为k的烃基或连接键，任选的，所述烃基被一个或多个卤素、巯基或羟基 取代；所述烃基选自直链或支链的C 1?C 1(?的烷烃基、直链或支链的C 2?C 1(?的烯烃基、饱 和或不饱和的C6?C 1QQ的脂环烃基、C 6?C 1QQ的芳基或C 7?C 1QQ的苄基。
4. 根据权利要求1或2所述的分散剂，其特征在于，所述式（I)所示结构的化合物任选 地负载于载体上形成负载型分散剂，所述载体选自炭黑、白炭黑、碳酸钙、高岭土、坡缕石、 滑石粉中的一种或多种。
5. 根据权利要求4所述的分散剂，其特征在于，所述载体占负载型分散剂的0? 90wt %。
6. 权利要求1-5任一项所述分散剂的制备方法，所述分散剂通过有机胺类物质与k元 酸反应得到；其中，所述有机胺类物质如式（Π )所示，所述k元酸如式（III)所示，所述反 应如下所示：
其中，式⑴?式（III)中，Hnuruk的定义如上所述。
7. 根据权利要求6所述的分散剂的制备方法，其特征在于，所述式（II)所示的有机胺 类物质选自甲基胺聚氧乙烯醚、乙基胺聚氧乙烯醚、辛基胺聚氧乙烯醚、异辛基胺聚氧乙烯 醚、十二胺聚氧乙烯醚、十八胺聚氧乙烯醚、牛油胺聚氧乙烯醚、松香胺聚氧乙烯醚中的一 种或多种。
8. 根据权利要求6或7所述的分散剂的制备方法，其特征在于，所述式（III)所示的 k元酸选自丙二酸、丁二酸、戊二酸、癸二酸、对苯二甲酸、二聚油酸、二聚亚油酸、二聚松香 酸、二聚蓖麻酸、二聚亚麻油酸、三聚油酸、三聚松香酸、三聚亚麻油酸、四聚油酸、均苯四甲 酸以及氢化后的二聚、三聚油酸和亚麻油酸中的一种或多种。
9. 根据权利要求6或7所述的分散剂的制备方法，其特征在于，所述有机胺类物质（式 (II))与所述k元酸（式（III))的摩尔比例为0.2 : 1至10 : 1。
10. 根据权利要求6或7所述的分散剂的制备方法，其特征在于，反应温度范围为20? 200。。。
11. 根据权利要求6或7所述的分散剂的制备方法，其特征在于，所述反应可以在有溶 剂或无溶剂条件下进行，所述溶剂选自醇、烃、醚、酮、酯的一种或多种。
12. 权利要求1-5任一项所述分散剂的用途，其特征在于，所述分散剂用作橡胶工业中 的白炭黑分散剂。
13. -种橡胶组合物，其特征在于，包含权利要求1-5任一项所述的分散剂、白炭黑和 橡胶，所述橡胶选自天然橡胶、合成橡胶、及其混合物的一种或多种。
【专利摘要】本发明提供一种分散剂，其制备方法和应用，以及包含所述分散剂的橡胶组合物。本发明的分散剂包括具有式(I)所示结构的化合物，所述式(1)所示结构的化合物由有机胺类物质与二元酸或多元酸反应得到，并可以任选地负载到载体上形成负载型分散剂。所述分散剂，制备方法简单，安全环保，较同类型的分散剂相比，可以显著提高白炭黑在橡胶中的分散性能、橡胶的加工性能以及橡胶的各项物理性能方面。
【IPC分类】C08J3-22, C08K3-36, C08L9-06, C08K5-09, C08L71-02, C08K3-22, C08L9-00, C08G65-332, C08K13-02
【公开号】CN104530414
【申请号】CN201410752146
【发明人】张洁, 张 成, 蒋小强, 董栋
【申请人】北京彤程创展科技有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月11日