一种高性能白炭黑分散剂及其制备方法与应用与流程

本发明涉及白炭黑分散剂，尤其涉及ipc c08k领域，更具体地，涉及一种高性能白炭黑分散剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、在目前环保背景下，新能源车辆发展迅速，与传统燃油车相比，新能源汽车车身重、扭矩大，为了保证大扭矩下轮胎能够平稳抓地，就需要轮胎就具备强大的抓地性能。同时，新能源车拥有更高的瞬时扭矩，这两点相加导致新能源车的轮胎磨损率比燃油车更高，也对轮胎的耐磨性提出了更高要求。

2、白炭黑是橡胶制品中的重要填充物，用作橡胶的良好补强剂，添加白炭黑作为补强剂制成的轮胎不但抓着力大、耐磨性能和抗湿滑性能优秀，而且有很好的操纵安全性和经济性，满足新能源轮胎的使用需求。

3、但白炭黑内部的聚硅氧和外表面存在的活性硅醇基极易吸附水使其呈亲水性，在有机相中较难湿润和分散，且由于其表面存在羟基,表面能较大，聚集体总倾向于凝聚，因而导致生产效率下降，次品率上升，残留水与醇往往造成模具污染、胶料发粘。为解决这一问题，就需要用一种针对高填充白炭黑分散性能好而且对环境影响尽可能小的加工助剂。

4、申请号为cn 201310381174.2的专利申请文件，公开了一种橡胶用白炭黑分散剂及其制备方法，制备得到的白炭黑分散剂具有分散、润滑和化学改性多重功能，可提高橡胶胶料的加工安全性能、物理机械性能及硫化速度，但是其添加了脂肪酸锌皂，锌盐容易造成锌流失，从而导致环境污染。

5、申请号为cn 201310337857.8的专利申请文件，公开了一种白炭黑分散剂及其制备方法，分散剂中含有脂肪酸烷醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚等成分，经济环保，无污染，同时具有物理分散和化学分散的作用，但是其对于胶料的门尼粘度降低有限。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明第一方面，提供了一种高性能白炭黑分散剂，按重量份计，包括以下原料：脂肪酸65-85份、无机碱5-15份、蜡助剂2-15份、脂肪酸酯10-20份。

2、优选的，所述脂肪酸包括硬脂酸、油酸、棕榈酸中的一种或多种；进一步优选的，为油酸。

3、优选的，所述油酸中，c18-1的含量为70-90wt％；进一步优选的，所述油酸中，c18-1的含量为78wt％。

4、在一些优选的方案中，所述油酸购买自赞宇科技。

5、本发明人创造性地发现，选用c18-1的含量为70-90wt％的油酸作为脂肪酸，并配合特定的脂肪酸酯时，能够提高白炭黑分散剂的分散效果。这可能是由于脂肪酸和脂肪酸酯中均具有极性基团和非极性的长碳链两种分子结构，当将其应用于在橡胶制品中，其中的极性基团就会吸引白炭黑表面的硅醇基团，长碳链则与橡胶基体之间的相容性好，从而能够在降低白炭黑颗粒之间相互作用的同时，还能够提高白炭黑和橡胶之间的相容性，改善白炭黑的分散性。此外，脂肪酸酯还能够降低胶料的粘度，提高胶料的流动性，进而提高橡胶制品的加工性能，选用的脂肪酸原料链不饱和度高，对断裂自由基物理封端作用效果好。但是这两种原料对白炭黑的分散性和胶料的加工性能提高有限。

6、优选的，所述无机碱包括氢氧化镁、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化铁中的一种或多种；进一步优选的，为氢氧化镁和氢氧化钾。

7、优选的，所述氢氧化镁和氢氧化钾的重量比为(1-3)：1。

8、优选的，所述脂肪酸和无机碱的重量比为(7-12)：1。

9、优选的，所述蜡助剂包括石蜡、费托蜡、聚乙烯蜡、微晶蜡中的一种或多种；进一步优选的，为费托蜡。

10、优选的，所述费托蜡为60#精炼费托蜡。

11、在一些优选的方案中，所述费托蜡购买自内蒙古伊泰。

12、本发明人创造性的发现，当选用重量比为(1-3)：1的氢氧化镁和氢氧化钾作为无机碱，且脂肪酸和无机碱的重量比为(7-12)：1时，能够在进一步提高白炭黑分散性的同时，还能够提高橡胶制品的加工性能。这可能是由于脂肪酸与无机碱能够反应生成脂肪酸镁皂和脂肪酸钾皂，两种脂肪酸金属皂能够共同作用，一方面能够降低胶料密炼过程中的转矩和能耗，减弱了胶料中的白炭黑网络效应，从而提高了白炭黑在橡胶体系中的混炼效果以及白炭黑甚至是防老剂等助剂在胶料中的分散效果。另一方面其能够在橡胶中形成胶束，具有一定的内润滑作用，可以和费托蜡共同作用，提高胶料的流动性和加工性能。此外，本技术中避免使用脂肪酸锌皂，具有一定的环保意义。

13、优选的，所述脂肪酸酯包括季戊四醇硬脂酸酯、硬酯酸甘油酯、棕榈酸十六醇酯中的一种或多种；进一步优选的，为季戊四醇硬脂酸酯。

14、本发明第二方面提供了所述高性能白炭黑分散剂的制备方法，包括以下步骤：

15、s1、将反应釜中加入适量蒸馏水，投入脂肪酸，升温加热并搅拌；

16、s2、当步骤s1中反应釜温度达到115-120℃时，投入氢氧化镁和适量催化剂，继续加热并搅拌60-90min；

17、s3、将步骤s2中反应釜的温度升至125-130℃，投入氢氧化钾，保持125-130℃并搅拌60-80min；

18、s4、将反应釜温度降至105-110℃，投入费托蜡，升温至115-120℃加热并搅拌10-15min；

19、s5、投入季戊四醇硬脂酸酯，继续在105-110℃加热并搅拌10-15min；

20、s6、将反应釜温度降至100-105℃，保温并搅拌10-15min，得到浅黄色均一溶液；

21、s7、将步骤s6中得到的溶液保温在100-105℃，将沉淀物过滤、干燥，然后注入回旋冷凝钢带造粒机开始造粒，获得浅黄色半圆形融滴粒子成品，即为高性能环保白炭黑分散剂。

22、优选的，步骤s1中所述升温加热的升温速率为2-8℃/min；进一步优选的，为5℃/min。

23、优选的，所述蒸馏水和脂肪酸的比例为(1-5)l:1kg；进一步优选的，为3l:1kg。

24、优选的，所述催化剂为浓度为25-30wt％的过氧化氢水溶液；进一步优选的，为浓度为30wt％的过氧化氢水溶液。

25、优选的，所述催化剂的加入量为脂肪酸重量的1-3wt％；进一步优选的，为2wt％。

26、本发明人创造性地发现，在制备高性能白炭黑分散剂的过程中，需要先加入适量的蒸馏水，这可能是由于脂肪酸和无机碱生成的脂肪酸金属皂粘度太大，反应过程中不利于搅拌，会导致反应不完全的情况。适量蒸馏水的加入可以降低反应产物的粘度，从而提高搅拌效率，使反应更完全，进而使得得到的白炭黑分散剂分散效果更好。

27、本发明人创造性地发现，选用浓度为25-30wt％的过氧化氢水溶液作为催化剂，且所述催化剂的加入量为脂肪酸重量的1-3wt％，能够提高脂肪酸和水的相容性。这可能是由于过氧化氢溶液具有乳化长链脂肪酸分子的作用，当体系中存在不相容的极性化合物水和非极性化合物脂肪酸时，通过添加和搅拌过氧化氢溶液，脂肪酸能以分散相均匀地悬浮在水中，成为相对稳定的混合液，与无机碱进行反应。此外，过氧化氢受热易分解为水和氧气，在制备白炭黑分散剂的过程中不会引入杂质。

28、本发明第三方面提供了所述高性能白炭黑分散剂的应用，应用于橡胶制品领域。

29、所述橡胶制品，其制备原料包括但不限于丁苯橡胶、丁二烯橡胶、白炭黑、偶联剂、炭黑、防老剂、保护蜡、软化油、硫化促进剂、白炭黑分散剂、石油树脂、硫化剂等。

30、有益效果：

31、1、通过选用c18-1的含量为70-90wt％的油酸作为脂肪酸，并配合特定的脂肪酸酯时，能够提高白炭黑分散剂的分散效果。

32、2、通过选用重量比为(1-3)：1的氢氧化镁和氢氧化钾作为无机碱，且脂肪酸和无机碱的重量比为(7-12)：1，能够在进一步提高白炭黑分散性的同时，还能够提高橡胶制品的加工性能。

33、3、通过选用浓度为25-30wt％的过氧化氢水溶液作为催化剂，且所述催化剂的加入量为脂肪酸重量的1-3wt％，能够提高脂肪酸和水的相容性。

34、4、本发明制备得到的白炭黑分散剂原料不含锌成分，符合现代环境保护和橡胶技术发展的趋势要求。

35、5、本发明制备得到的白炭黑分散剂的混炼胶的硫化性能及硫化胶的物理机械性能不仅与含锌的白炭黑分散剂基本相当，且其门尼粘度降低，胶料的流动性增大，加工性能提高，且白炭黑分散剂中脂肪酸、脂肪酸酯、脂肪酸金属皂、蜡助剂等各原料共同作用，有效提高了轮胎的抗湿滑性能，降低了轮胎的滚动阻力，以及胶料的生热，明显改善了白炭黑的分散效果。