異辛酸鋅在降低白炭黑團(tuán)聚中的應(yīng)用、含異辛酸鋅的白炭黑分散劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了異辛酸鋅在降低白炭黑團(tuán)聚中的應(yīng)用，本發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn)異辛酸鋅能降低白炭黑表面硅醇基的極性，起到分散白炭黑的作用。在此作用的支持下，異辛酸鋅可以用在多個白炭黑的應(yīng)用領(lǐng)域中。本發(fā)明還提供了含異辛酸鋅的白炭黑分散劑及其制備方法，該方法簡捷、無污染、節(jié)能環(huán)保，所得分散劑同時具有物理分散和化學(xué)分散的作用，適用于高白炭黑填充量膠料的分散，不僅可以提高白炭黑的分散性，還能改善膠料的加工性能，縮短混煉時間，增強膠料的光滑性、分散均一性，提高膠料在加工混煉階段的流動性，降低門尼粘度，而且具有補強效果，提高了硫化膠的力學(xué)性能。
【專利說明】異辛酸鋅在降低白炭黑團(tuán)聚中的應(yīng)用、含異辛酸鋅的白炭 黑分散劑及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種橡膠用白炭黑分散劑及其制備方法，屬于精細(xì)化工【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 為了提高輪胎的機械強度、耐磨性及抗?jié)窕?，需要在橡膠中添加大量的填充補 強劑白炭黑。由于白炭黑表面存在大量的硅羥基，這些基團(tuán)容易聚集結(jié)團(tuán)，在輪胎加工過程 中難以均勻分散，而且混煉膠的門尼粘度容易反彈，從而影響機械力學(xué)性能。所以，在橡膠 混煉時添加白炭黑分散劑或活性劑的技術(shù)形式，對改善白炭黑表面硅醇基的化學(xué)性質(zhì)，提 高白炭黑表面活性，實現(xiàn)在橡膠中的良好分散，進(jìn)而提高或改善膠料物理和化學(xué)性能已取 得非常顯著地功效。
[0003] 目前，白炭黑在橡膠中分散的加工助劑一般有三種類型：醇和醇胺類活性劑、鋅皂 類分散劑以及硅烷類偶聯(lián)劑。醇和醇胺類活性劑在橡膠混煉時通常被白炭黑表面的極性硅 醇基所吸附，吸附的過程，就是白炭黑硅醇基極性自我屏蔽的過程，使膠料的硫化性能不受 干擾。鋅皂類分散劑的作用機理就是利用白炭黑表面硅醇基上氫離子的活性，并與之發(fā)生 陽離子置換作用，進(jìn)而降低白炭黑表面的極性，控制白炭黑離子抱團(tuán)，降低膠料門尼粘度， 實現(xiàn)加工性能改善。但這類分散劑對改善硫化膠的物理化學(xué)性能作用不大。硅烷類偶聯(lián)劑 不僅改善白炭黑膠料加工性能，同時使白炭黑填充膠料的硫化膠物理化學(xué)性能也獲得較大 提高和改善。但偶聯(lián)劑并沒有徹底解決應(yīng)用的所有問題，而且硅烷偶聯(lián)劑生產(chǎn)過程中會產(chǎn) 生大量的高鹽有機廢水，對環(huán)境污染嚴(yán)重，價格相對較貴。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種異辛酸鋅在降低白炭黑團(tuán)聚中的應(yīng)用。
[0005] 本發(fā)明的另一目的是提供一種白炭黑分散劑，該分散劑可使高含量的白炭黑在膠 料中分散性能優(yōu)良。
[0006] 本發(fā)明的另一目的是提供該白炭黑分散劑的制備方法，該方法工藝簡單，無污染， 所得產(chǎn)品性能優(yōu)良。
[0007] 本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下： 發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn)，異辛酸鋅能降低白炭黑表面硅醇基的極性，將異辛酸鋅加入白 炭黑中可以很好的防止白炭黑的團(tuán)聚，起到分散白炭黑的作用。在此作用的支持下，異辛酸 鋅可以用在多個白炭黑的應(yīng)用領(lǐng)域中，用于分散白炭黑，防止其團(tuán)聚，例如用于含有白炭黑 的橡膠制品領(lǐng)域中，起到白炭黑分散劑的作用。此外，異辛酸鋅也可以與其他成分復(fù)配成具 有多種功效的白炭黑分散劑，既起到分散白炭黑的作用，又能提高膠料的一些性能。
[0008] 以下是加入異辛酸鋅分散白炭黑和不加異辛酸的膠料的分散效果實驗，方法如 下： 1、試驗用膠料配方為（重量份):SCR#100份，ZnO 5份，白炭黑175GR 60份，Si-69 4份， 促進(jìn)劑3. 6份，硫黃I. 6份，異辛酸鋅O份或3份。
[0009] 2、試驗時，以不加異辛酸鋅的膠料作為空白對照，驗證加入3份異辛酸鋅的膠料 的分散性。因異辛酸鋅為粘稠態(tài)，為了便于加入，先將異辛酸鋅和部分白炭黑預(yù)混成粉體后 再加入膠料中，方法如下：將異辛酸鋅加熱到l〇〇°C，然后按照1:1的質(zhì)量比將白炭黑175GR 和加熱的異辛酸鋅在微型捏合機中攪拌混合，混合均勻后倒出備用。
[0010] 3、將配制的兩份膠料切片，用掃描電子顯微鏡觀察切片表面白炭黑分散效果，不 加異辛酸鋅的膠料的掃描電鏡圖片如圖1所示，加入異辛酸鋅的膠料的掃描電鏡圖片如圖 2所示。從圖片可以看出，異辛酸鋅具有分散白炭黑的良好作用，可以將其用于分散白炭黑 或降低白炭黑團(tuán)聚。
[0011] 本發(fā)明提供了一種白炭黑分散劑，其成分包括異辛酸鋅。
[0012] 上述白炭黑分散劑中，異辛酸鋅的含量為l-100wt%，優(yōu)選20-99wt%，進(jìn)一步優(yōu)選 40-70wt%，最優(yōu)選 55. 3-66. 7wt%。
[0013] 上述白炭黑分散劑中，還包括聚乙二醇、有機填料和無機填料成分，以使白炭黑分 散劑除了分散白炭黑的作用還能提高膠料的一些性能。各組分重量份含量如下： 異辛酸鋅80-100份 聚乙二醇30-50份 有機填料1-10份 無機填料10-20份。
[0014] 上述白炭黑分散劑中，各組分優(yōu)選含量如下(重量份）： 異辛酸鋅 90份 聚乙二醇 40份 有機填料 5份 無機填料 15份。
[0015] 上述白炭黑分散劑中，所述聚乙二醇的分子量為200-20000,例如PEG200、 PEG400、PEG2000、PEG4000、PEG6000、PEG10000 和 PEG20000 等中的一種或幾種，優(yōu)選為 PEG2000和PEG4000中的至少一種。
[0016] 上述白炭黑分散劑中，所述有機填料為橡膠防護(hù)蠟和/或脂肪酸酯，優(yōu)選脂肪酸 酯。其中，所述橡膠防護(hù)蠟為市場上銷售的橡膠防護(hù)蠟即可。所述脂肪酸酯可以選擇季戊 四醇硬脂酸酯、季戊四醇油酸酯、單硬脂酸甘油酯、脂肪酸甘油酯、脂肪酸甲酯等。
[0017] 上述白炭黑分散劑中，所述無機填料為陶土、滑石粉、云母粉、蒙脫土和碳酸鈣中 的至少一種，優(yōu)選為碳酸鈣。
[0018] 上述白炭黑分散劑的制備方法，包括以下步驟：將異辛酸鋅、聚乙二醇和有機填料 在80?KKTC下熔融共混，然后加入無機填料攪拌均勻，得均一粘稠液體混合物，將混合物 冷卻制片或熔融造粒，得白炭黑分散劑。
[0019] 上述制備方法中，熔融共混的時間為2-3h。
[0020] 本發(fā)明在異辛酸鋅的基礎(chǔ)上，經(jīng)過進(jìn)一步研究和優(yōu)選，得到了上述白炭黑分散劑 組合物，該組合物中至少含有異辛酸鋅、聚乙二醇、有機填料和無機填料四種成分，異辛酸 鋅和聚乙二醇同時具有物理分散和化學(xué)分散的作用，適用于高白炭黑填充量膠料的分散， 不僅可以提高白炭黑的分散性，還能改善膠料的加工性能和力學(xué)性能。有機填料和無機填 料具有提高膠料性能的作用，使白炭黑膠料的加工性能、安全性能及物理機械性能得到進(jìn) 一步提高。經(jīng)過大量的實驗篩選，將上述四種成分按照特定用量進(jìn)行復(fù)配，使各成分協(xié)同起 效，所得分散劑使白炭黑在橡膠中含量較高時分散性能亦優(yōu)良，此外分散劑的加入還使白 炭黑膠料的加工性能、安全性能及物理機械性能都得到提高。
[0021] 本發(fā)明白炭黑分散劑組合物含富含羥基吸收體的有機長鏈化合物，對白炭黑表面 的羥基進(jìn)行吸附或反應(yīng)，不僅與白炭黑表面的硅醇基具有很強的化學(xué)反應(yīng)能力，而且還可 以通過物理吸附作用降低白炭黑硅醇基極性，同時與橡膠基體反應(yīng)形成一種新型交聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 并促進(jìn)橡膠與白炭黑形成牢固的結(jié)合膠。
[0022] 本發(fā)明白炭黑分散劑可以適合于各類橡膠制品，例如例如丁苯橡膠制品、天然橡 膠制品、以及多種橡膠混合的橡膠制品等。其可以使白炭黑填充量占橡膠70wt%或以下的 膠料的分散性良好。
[0023] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點： 1、分散劑中的異辛酸鋅、聚乙二醇等成分，經(jīng)濟環(huán)保，無污染，同時具有物理分散和化 學(xué)分散的作用，適用于高白炭黑填充量膠料的分散，不僅可以提高白炭黑的分散性，還能改 善膠料的加工性能，縮短混煉時間，增強膠料的光滑性、分散均一性，提高膠料在加工混煉 階段的流動性，降低門尼粘度，而且具有補強效果，提高了硫化膠的力學(xué)性能。
[0024] 2、分散劑中的有機填料對膠料具有物理增塑、防老化功能，改善了膠料的加工性 能和安全性能。
[0025] 3、本發(fā)明的白炭黑分散劑的添加可以使膠料在加工安全性能、物理機械性能及硫 化速度等方面都得到了提高和改善。用于天然橡膠和合成橡膠等各種橡膠的混煉過程可以 提高白炭黑在膠料中的分散性，并且可以顯著降低膠料的粘度，提高膠料的流動性和擠出 速率，從而降低輪胎或制品加工的能量消耗，提高混煉效率，還有助于硫化產(chǎn)品的脫模，保 持模具干凈。
[0026] 4、本發(fā)明分散劑制備方法簡捷、無污染、節(jié)能環(huán)保，符合國家綠色化工、清潔化生 產(chǎn)的政策要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1為不加異辛酸鋅的膠料的掃描電鏡圖片。 圖2為加入異辛酸鋅的膠料的掃描電鏡圖片。 圖3為不同樣品的功率消耗圖。 圖4為不同樣品的擠出速度圖。 圖5為不同樣品的門尼粘度值圖。

【具體實施方式】 下面根據(jù)具體的實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的闡述，如無特別說明，各成分用量均為 重量份。 本發(fā)明所用的聚乙二醇、橡膠防護(hù)蠟、脂肪酸酯均為現(xiàn)有技術(shù)，市場可購得，例如聚乙 二醇可購自濟南魯盈化工有限公司，橡膠防護(hù)蠟可購自中國石油天然氣股份有限公司大連 石化分公司，脂肪酸酯可購自聊城瑞捷化工有限公司。
[0029] 下述實施例所用的異辛酸鋅可以從市場中購買，也可以按以下方法制備，步驟為： 在帶有冷凝器、分水器、攪拌裝置和可加熱的反應(yīng)容器里，加入氧化鋅、溶劑，通氮氣保護(hù)， 蒸汽加熱，升溫至80°C開啟攪拌向反應(yīng)器里勻速滴加異辛酸，加完后保持反應(yīng)器內(nèi)溫度為 80°C?120°C，反應(yīng)生成的水通過分水器分離，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)約需1?2h。當(dāng)沒有水生 成時降溫，減壓蒸餾，剩余液體即為異辛酸鋅。氧化鋅與異辛酸的摩爾比為I :2. 05-2. 15。
[0030] 下面例舉幾個本發(fā)明優(yōu)選分散劑配方的實施例，以對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0031] 實施例1 本發(fā)明白炭黑分散劑的配方為：異辛酸鋅90份，聚乙二醇2000 40份、脂肪酸酯5份， 碳酸鈣15份。
[0032] 制備方法為：將異辛酸鋅、聚乙二醇2000和橡膠防護(hù)蠟在80°C攪拌熔融共混，然 后在90°C的溫度下加入碳酸鈣攪拌混合均勻，倒出冷卻制片或熔融造粒即得本發(fā)明白炭黑 分散劑。
[0033] 實施例2 本發(fā)明白炭黑分散劑配方為：異辛酸鋅90份，聚乙二醇4000 40份、脂肪酸酯5份，碳 酸鈣15份。制備方法同實施例1。
[0034] 實施例3 本發(fā)明白炭黑分散劑配方為：異辛酸鋅90份，聚乙二醇6000 40份、脂肪酸酯5份，碳 酸鈣15份。制備方法同實施例1。
[0035] 實施例4 本發(fā)明白炭黑分散劑配方為：異辛酸鋅90份，聚乙二醇2000 40份、橡膠防護(hù)蠟5份， 碳酸鈣15份。制備方法同實施例1。
[0036] 實施例5 本發(fā)明白炭黑分散劑配方為：異辛酸鋅90份，聚乙二醇2000 20份、聚乙二醇200 20 份、橡膠防護(hù)蠟3份，脂肪酸酯2份、陶土 15份。制備方法同實施例1。
[0037] 實施例6 本發(fā)明白炭黑分散劑配方為：異辛酸鋅90份，聚乙二醇2000 40份、橡膠防護(hù)蠟5份， 滑石粉15份。制備方法同實施例1。
[0038] 實施例7 本發(fā)明白炭黑分散劑配方為：異辛酸鋅80份，聚乙二醇2000 50份、橡膠防護(hù)蠟2份、 脂肪酸酯3份，陶土 5份、碳酸鈣10份。制備方法同實施例1。
[0039] 實施例8 本發(fā)明白炭黑分散劑配方為：異辛酸鋅100份，聚乙二醇2000 30份、脂肪酸酯5份，云 母粉5份、蒙脫土 5份、碳酸鈣5份。制備方法同實施例1。
[0040] 實施例9 本發(fā)明白炭黑分散劑配方為：異辛酸鋅90份，聚乙二醇400 15份、聚乙二醇20000 35 份、脂肪酸酯1份，云母粉20份。制備方法同實施例1。
[0041] 實施例10 本發(fā)明白炭黑分散劑配方為：異辛酸鋅90份，聚乙二醇200 20份、聚乙二醇10000 10 份、脂肪酸酯10份，蒙脫土 1份、滑石粉9份。制備方法同實施例1。
[0042] 將上述制得的分散劑分別用于SBR膠料中，以證明本發(fā)明的有益效果。
[0043] -、膠料加工性能、安全性能及物理機械性能實驗 1、SBR膠料配方（重量份）：SBR1502 70份，BR9000 30份，ZnO 5份，白炭黑175GR 70 份，炭黑6份，促進(jìn)劑3. 6份，硫黃1.6份，白炭黑分散劑3份。
[0044] 2、混煉工藝： 一段混煉采用IL密煉機，初溫100°C，轉(zhuǎn)數(shù)60r/min。

【權(quán)利要求】
1. 異辛酸鋅在降低白炭黑團(tuán)聚中的應(yīng)用。
2. -種白炭黑分散劑，其特征是：包括異辛酸鋅。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的白炭黑分散劑，其特征是：異辛酸鋅的含量為Ι-lOOwt%，優(yōu)選 20-99wt%，進(jìn)一步優(yōu)選 40-70wt%，最優(yōu)選 55. 3-66. 7wt%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的白炭黑分散劑，其特征是：還包括聚乙二醇、有機填料和無機 填料，各組分重量份含量如下： 異辛酸鋅80-100份 聚乙二醇30-50份 有機填料1-10份 無機填料10-20份。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的白炭黑分散劑，其特征是，各組分重量份含量如下： 異辛酸鋅 90份 聚乙二醇 40份 有機填料 5份 無機填料 15份。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的白炭黑分散劑，其特征是：所述聚乙二醇的分子量為 200-20000 ;所述有機填料為橡膠防護(hù)蠟和/或脂肪酸酯；所述無機填料為陶土、滑石粉、云 母粉、蒙脫土和碳酸鈣中的至少一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的白炭黑分散劑，其特征是：所述聚乙二醇的分子量為2000和 4000中的至少一種；所述有機填料為脂肪酸酯；所述無機填料為碳酸鈣。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的白炭黑分散劑，其特征是：所述脂肪酸酯為季戊四醇硬 脂酸酯、季戊四醇油酸酯、單硬脂酸甘油酯、脂肪酸甘油酯或脂肪酸甲酯。
9. 一種白炭黑分散劑的制備方法，其特征是包括以下步驟：將異辛酸鋅、聚乙二醇和 有機填料在80?10(TC下熔融共混，然后加入無機填料攪拌均勻，得均一粘稠液體混合物， 將混合物冷卻制片或熔融造粒，得白炭黑分散劑。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征是：熔融共混的時間為2-3h。
【文檔編號】C08K5/098GK104292796SQ201410519422
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】郭慶飛, 李劍波, 張琳 申請人:山東陽谷華泰化工股份有限公司