专利名称：二次改性白炭黑的制备方法
技术领域：
本发明涉及改性白炭黑的制备方法。
背景技术：
白炭黑是一种白色、无毒、无定形微细粉状物。其SiO2含量较大(>90%)，原始 粒径一般为10 40nm，因表面含有较多羟基，易吸水而成为聚集的细粒。白炭黑具有多孔 性、内表面积大、高分散性、质轻、化学稳定性好、耐高温、不燃烧、电绝缘性好等优异性能。 主要用作橡胶、塑料、合成树脂以及油漆等产品的填充剂，也可用作润滑剂和绝缘材料。为 改善白炭黑填充材料与聚合物基体的相容性，常常通过表面改性的方法来实现。白炭黑的表面改性是利用一定的化学物质通过一定的工艺方法使白炭黑的表面 羟基与化学物质发生反应，降低表面羟基数量，使产品由亲水变为疏水，减少团聚，增大其 在聚合物中的分散性。国内外较多学者研究中常用的表面改性剂有氯硅烷类、硅烷偶联剂 类、硅氧烷类化合物、醇类等。文献报道的偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂改性纳米二氧 化硅能够实现纳米二氧化硅表面改性，并能改善纳米二氧化硅与硫化丁基胶相容性，提高 丁基胶的力学性能。MathieuEtierme等用氨基硅烷偶联剂(APS)改性纳米二氧化硅。把 APS和纳米SiO2分散在甲苯中回流搅拌2小时，然后高温固化2小时，增加了接枝层的厚度， 提高了复合材料的交联度。
发明内容
本发明的目的是提供一种二次改性白炭黑的制备方法。本发明是一种二次改性白炭黑的制备方法，其步骤为首先将白炭黑在通氮气保 护下，在250 300°C进行加热活化，时间持续4 5小时，再将活化后的白炭黑与硅烷偶联 剂混合，硅烷偶联剂的用量为白炭黑用量的4 6%，在乙醇的作用下，进行一次改性，再将 一次改性后的白炭黑与甲苯异氰酸酯进行混合，甲苯异氰酸酯的用量为白炭黑用量的6 20%，向上述混合物中加入无水甲苯，无水甲苯的用量的体积与白炭黑用量的质量之比为 5 8 1，在氮气保护下、在室温下进行搅拌分散，再加热至60 85°C，然后进行过滤、干 燥，得到二次改性白炭黑。本发明的有益之处为采用硅烷偶联剂及甲苯异氰酸酯为改性剂二次改性白炭黑 表面，利用白炭黑表面的羟基与硅烷偶联剂反应，使其由亲水性变为疏水性，再将一次改性 白炭黑与甲苯异氰酸酯反应，制得的二次改性白炭黑，由于表面存在活性基团，使其具有反 应活性，使得聚合物可在二次改性的白炭黑表面反应，从而有效防止白炭黑的团聚，大大改 善白炭黑与聚合物的界面粘结。本发明丰富了白炭黑的表面修饰方法。
具体实施例方式本发明是一种二次改性白炭黑的制备方法，其步骤为首先将白炭黑在通氮气保 护下，在250 300°C进行加热活化，时间持续4 5小时，再将活化后的白炭黑与硅烷偶联剂混合，硅烷偶联剂的用量为白炭黑用量的4 6%，在乙醇的作用下，进行一次改性，再将 一次改性后的白炭黑与甲苯异氰酸酯进行混合，甲苯异氰酸酯的用量为白炭黑用量的6 20%，向上述混合物中加入无水甲苯，无水甲苯的用量的体积与白炭黑用量的质量之比为 5 8 1，在氮气保护下、在室温下进行搅拌分散，再加热至60 85°C，然后进行过滤、干 燥，得到二次改性白炭黑。下面是本发明的8个实施例。实施例1将IOOg白炭黑进行活化，然后在通氮气保护下，加热至250°C，活化4小时，再将活 化后的白炭黑与4gY-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷进行混合，将混合物加入IOOOmL 无水乙醇，在78°C温度下进行高速搅拌，持续60分钟，然后进行过滤分离，干燥后，再将此 一次改性白炭黑与6g的甲苯异氰酸酯进行混合，将混合物加入500mL无水二甲苯，在氮气 保护下，在室温下先进行搅拌分散，再加热至反应温度60°C，持续20分钟后进行过滤，以无 水二甲苯溶剂洗涤，以除去表面结合较弱的改性剂，在40°C左右的真空环境进行干燥，干燥 后得到二次改性白炭黑。实施例2将IOOg白炭黑进行活化，然后在通氮气保护下，加热至300°C，活化4小时，再将活 化后的白炭黑与4gY-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷进行混合，将混合物加入IOOOmL 无水乙醇，在78温度下进行高速搅拌，持续60分钟，然后进行过滤分离，干燥后，再将此一 次改性白炭黑与IOg的甲苯异氰酸酯进行搅拌混合，向盛有混合物的反应器中加入500mL 无水甲苯，在氮气保护下，在室温下先进行高速搅拌分散，再加热至反应温度70°C，持续20 分钟后进行过滤，以无水甲苯溶剂洗涤，以除去表面结合较弱的改性剂，在40°C左右的真空 环境进行干燥，干燥后得到二次改性白炭黑。实施例3将50g白炭黑进行活化，然后通氮气保护下，加热至250°C，活化4小时，再将活化 后的白炭黑与3gY-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷进行混合，将混合物加入500mL无 水乙醇，在78°C温度下进行高速搅拌，持续60分钟，然后进行过滤分离，干燥后，再将此一 次改性白炭黑与5g的甲苯异氰酸酯进行搅拌混合，向盛有混合物的反应器中加入300mL无 水甲苯，在氮气保护下，在室温下先进行高速搅拌分散，再加热至反应温度85°C，持续60分 钟后进行过滤，以无水甲苯溶剂洗涤，以除去表面结合较弱的改性剂，在40°C左右的真空环 境进行干燥，干燥后得到二次改性白炭黑。实施例4将50g白炭黑进行活化，然后通氮气保护下，加热至30(TC，活化5小时，再将活化 后的白炭黑与2g Y -氨丙基三乙氧基硅烷进行混合，将混合物加入500mL无水乙醇，在78°C 温度下进行高速搅拌，持续120分钟，然后进行过滤分离，干燥后，再将此一次改性白炭黑 与IOg的甲苯异氰酸酯进行搅拌混合，向盛有混合物的反应器中加入300mL无水甲苯，在 氮气保护下，在室温下先进行高速搅拌分散，再加热至反应温度70°C，持续20分钟后进行 过滤，以无水甲苯溶剂洗涤，以除去表面结合较弱的改性剂，在40°C左右的真空环境进行干 燥，干燥后得到二次改性白炭黑。实施例5
将50g白炭黑进行活化，然后通氮气保护下，加热至300°C，活化5小时，再将活化后的白炭黑与2. 5g γ -氨丙基三乙氧基硅烷进行混合，将混合物加入500mL无水乙醇，在 78°C温度下进行高速搅拌，持续100分钟，然后进行过滤分离，干燥后，再将此一次改性白 炭黑与8. 5g的甲苯异氰酸酯进行搅拌混合，向盛有混合物的反应器中加入300mL无水甲 苯，在氮气保护下，在室温下先进行高速搅拌分散，再加热至反应温度85°C，持续60分钟后 进行过滤，以无水甲苯溶剂洗涤，以除去表面结合较弱的改性剂，在40°C左右的真空环境进 行干燥，干燥后得到二次改性白炭黑。实施例6将50g白炭黑进行活化，然后通氮气保护下，加热至250°C，活化4小时，再将活化 后的白炭黑与2. 5g γ -氨丙基三乙氧基硅烷进行混合，将混合物加入500mL无水乙醇，在 78°C温度下进行高速搅拌，持续80分钟，然后进行过滤分离，干燥后，再将此一次改性白炭 黑与5g的甲苯异氰酸酯进行搅拌混合，向盛有混合物的反应器中加入300mL无水甲苯，在 氮气保护下，在室温下先进行高速搅拌分散，再加热至反应温度75°C，持续60分钟后进行 过滤，以无水甲苯溶剂洗涤，以除去表面结合较弱的改性剂，在40°C左右的真空环境进行干 燥，干燥后得到二次改性白炭黑。实施例7将50g白炭黑进行活化，然后通氮气保护下，加热至280°C，活化4. 5小时，再将活 化后的白炭黑与3gY-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷进行混合，将混合物加入500mL 无水乙醇，在78°C温度下进行高速搅拌，持续60分钟，然后进行过滤分离，干燥后，再将此 一次改性白炭黑与7g的甲苯异氰酸酯进行搅拌混合，向盛有混合物的反应器中加入300mL 无水甲苯，在氮气保护下，在室温下先进行高速搅拌分散，再加热至反应温度70°C，持续60 分钟后进行过滤，以无水甲苯溶剂洗涤，以除去表面结合较弱的改性剂，在40°C左右的真空 环境进行干燥，干燥后得到二次改性白炭黑。实施例8将50g白炭黑进行活化，然后通氮气保护下，加热至280°C，活化4小时，再将活化 后的白炭黑与3g Y -氨丙基三乙氧基硅烷进行混合，将混合物加入500mL无水乙醇，在78°C 温度下进行高速搅拌，持续80分钟，然后进行过滤分离，干燥后，再将此一次改性白炭黑与 IOg的甲苯异氰酸酯进行搅拌混合，向盛有混合物的反应器中加入300mL无水二甲苯，在氮 气保护下，在室温下先进行高速搅拌分散，再加热至反应温度80°C，持续40分钟后进行过 滤，以无水二甲苯溶剂洗涤，以除去表面结合较弱的改性剂，在40°C左右的真空环境进行干 燥，干燥后得到二次改性白炭黑。
权利要求
二次改性白炭黑的制备方法，其步骤为首先将白炭黑在通氮气保护下，在250～300℃进行加热活化，时间持续4～5小时，再将活化后的白炭黑与硅烷偶联剂混合，硅烷偶联剂的用量为白炭黑用量的4～6％，在乙醇的作用下，进行一次改性，再将一次改性后的白炭黑与甲苯异氰酸酯进行混合，甲苯异氰酸酯的用量为白炭黑用量的6～20％，向上述混合物中加入无水甲苯，无水甲苯的用量的体积与白炭黑用量的质量之比为5～8∶1，在氮气保护下、在室温下进行搅拌分散，再加热至60～85℃，然后进行过滤、干燥，得到二次改性白炭黑。
2.根据权利要求1所述的二次改性白炭黑的制备方法，其特征在于一次改性所用的硅 烷偶联剂是甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，或Y-氨丙基三乙氧基硅烷，硅烷偶 联剂的用量为白炭黑用量的4 6%。
3.根据权利要求1所述的二次改性白炭黑的制备方法，其特征在于二次改性的改性剂 是甲苯异氰酸酯，甲苯异氰酸酯的用量为白炭黑用量的6 20%。
4.根据权利要求1所述的二次改性白炭黑的制备方法，其特征在于白炭黑活化时间 4 5小时，活化温度250 300°C。
5.根据权利要求1，或者2所述的二次改性白炭黑的制备方法，其特征在于活化后的白 炭黑与硅烷偶联剂的改性时间60 120分钟，反应温度为78°C，溶剂为乙醇。
6.根据权利要求1，3所述的二次改性白炭黑的制备方法，其特征在于一次改性后的白 炭黑与甲苯异氰酸酯的改性反应时间20 60分钟，反应温度为60 85°C。
7.根据权利要求1所述的二次改性白炭黑的制备方法，其特征在于溶剂采用无水甲 苯，溶剂的用量的体积与白炭黑用量的质量之比为5 8 1。
全文摘要
二次改性白炭黑的制备方法，其步骤为首先将白炭黑在通氮气保护下，在250～300℃进行加热活化，时间持续4～5小时，再将活化后的白炭黑与硅烷偶联剂混合，硅烷偶联剂的用量为白炭黑用量的4～6％，在乙醇的作用下，进行一次改性，再将一次改性后的白炭黑与甲苯异氰酸酯进行混合，甲苯异氰酸酯的用量为白炭黑用量的6～20％，向上述混合物中加入无水甲苯，无水甲苯的用量的体积与白炭黑用量的质量之比为5～8∶1，在氮气保护下、在室温下进行搅拌分散，再加热至60～85℃，然后进行过滤、干燥，得到二次改性白炭黑。
文档编号C09C3/08GK101817999SQ20091014277
公开日2010年9月1日 申请日期2009年5月25日 优先权日2009年5月25日
发明者冯辉霞, 李晓明, 马建军, 魏云 申请人:甘肃银光聚银化工有限公司