一种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
白炭黑的化学名称为水合无定形二氧化硅或胶体二氧化硅(SiO2·nH2O)，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。目前全世界70％的白炭黑用于橡胶工业，是优良的橡胶补强剂，能改善胶接性和抗撕裂性，其性能优于普通炭黑。然而，多数无机纳米填充材料与聚合物基体的相容性较差，因此需通过表面改性改善它们的相容性。白炭黑改性后，改性剂吸附在白炭黑表面，或与白炭黑表面发生化学反应，从而能够提高白炭黑与有机材料的亲和性，改善白炭黑的应用效果，拓展其应用领域。
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。H.Barthel用二甲基甲氧基硅烷改性纳米二氧化硅的表面，其改性效果比三甲基甲氧基硅烷改性好，研究表明气体吸附的数据揭露了微粒之间的相互作用是由聚合物在硅烷化时相互渗透作用形成的。Mathieu Etienne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改性白炭黑的制备方法。
本发明是一种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℃加热活化4～5小时，再将活化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10～20％，向上述混合物中加入无水二甲苯，无水二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、在室温进行搅拌分散，再加热至60～85℃，然后进行过滤、干燥，得到改性白炭黑；白炭黑活化时间4～5小时，活化温度250～300℃；活化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60～85℃；溶剂采用无水二甲苯，或无水甲苯，溶剂的用量与白炭黑用量的质量之比为4.5～7.0。
本发明采用甲苯异氰酸酯改性白炭黑表面，利用白炭黑表面的羟基与甲苯异氰酸酯反应，制得的改性白炭黑具有反应活性，使得聚合物可在改性的白炭黑表面反应，从而改善白炭黑与聚合物的界面粘结，进一步有效防止白炭黑的团聚。
【具体实施方式】
本发明是一种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℃加热活化4～5小时，再将活化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10～20％，向上述混合物中加入无水二甲苯，无水二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、在室温进行搅拌分散，再加热至60～85℃，然后进行过滤、干燥，得到改性白炭黑。
下面是本发明的8个实施例。
实施例1
将100g白炭黑进行活化，然后通氮气保护下，加热至250℃，活化4小时，再将活化后的白炭黑与10g的甲苯异氰酸酯进行搅拌混合，向混合物中加入500mL无水二甲苯，在氮气保护下，室温先高速搅拌分散，再加热至反应温度60℃，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℃左右的真空环境进行干燥，干燥后得到甲苯异氰酸酯改性白炭黑。
实施例2
将100g白炭黑进行活化，然后通氮气保护下，加热至300℃，活化4h，再将活化后的白炭黑与15g的TDI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，室温先高速搅拌分散，再加热至反应温度70℃，20min后，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℃左右的真空环境进行干燥，干燥后得到TDI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℃，活化4小时，再将活化后的白炭黑与10g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，在室温下先高速搅拌分散，再加热至反应温度85℃，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℃左右的真空环境进行干燥，干燥后得到甲苯异氰酸酯改性白炭黑。
实施例4
将50g白炭黑进行活化，然后通氮气保护下，加热至300℃，活化5小时，再将活化后的白炭黑与10g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，在室温下先高速搅拌分散，再加热至反应温度70℃，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℃左右的真空环境进行干燥，干燥后得到甲苯异氰酸酯改性白炭黑。
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℃，活化5小时，再将活化后的白炭黑与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400mL无水甲苯，在氮气保护下，在室温下先高速搅拌分散，再加热至反应温度85℃，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℃左右的真空环境进行干燥，干燥后得到甲苯异氰酸酯改性白炭黑。
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℃，活化5小时，再将活化后的白炭黑与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400mL无水二甲苯，在氮气保护下，在室温下先高速搅拌分散，再加热至反应温度75℃，持续60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℃左右的真空环境进行干燥，干燥后得到甲苯异氰酸酯改性白炭黑。
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℃，活化4.5小时，再将活化后的白炭黑与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，在室温下先高速搅拌分散，再加热至反应温度70℃，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℃左右的真空环境进行干燥，干燥后得到甲苯异氰酸酯改性白炭黑。
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℃，活化4小时，再将活化后的白炭黑与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无水二甲苯，在氮气保护下，在室温下先高速搅拌分散，再加热至反应温度80℃，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℃左右的真空环境进行干燥，干燥后得到甲苯异氰酸酯改性白炭黑。