一種橡膠制品用白炭黑分散劑的制備及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種分散劑，尤其涉及一種橡膠工業(yè)用分散劑，所述分散劑特別適用 于提高橡膠及橡膠組合物混煉過程中白炭黑的分散能力；本發(fā)明還涉及所述分散劑的制備 方法及應(yīng)用，以及包含所述分散劑的橡膠組合物。
【背景技術(shù)】
[0002] 白炭黑作為橡膠材料中重要的補(bǔ)強(qiáng)劑，近年來它的應(yīng)用得到了快速發(fā)展，尤其是 作為輪胎胎面膠的補(bǔ)強(qiáng)填充劑的應(yīng)用已引起特別的重視。由于白炭黑表面具有大量的羥 基，當(dāng)白炭黑用于胎面時(shí)這些羥基能夠與路面的水分子相互作用，有利于在濕滑路面上與 路面的結(jié)合，提高濕地抓地力，同時(shí)白炭黑的使用也可以改善輪胎滾動(dòng)阻力、磨耗和牽引性 能。同時(shí)，在配方中全部用白炭黑代替?zhèn)鹘y(tǒng)炭黑生產(chǎn)"綠色輪胎"，已經(jīng)成為輪胎企業(yè)的共 識(shí)。
[0003] 但是，白炭黑聚集體或離子表面覆蓋有相當(dāng)活潑的硅醇基（-Si-OH)，具有極高的 極性，這使得它與通用非極性的橡膠極不相容，它們之間的結(jié)合力極弱，從而使得白炭黑在 聚合物中很難分散。同時(shí)，白炭黑微粒也趨于相互聚集，在填料之間形成一種填料-填料網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得未硫化膠料變得堅(jiān)硬，導(dǎo)致橡膠的加工困難。白炭黑表面的極性及其高比表面 積使得白炭黑對(duì)極性小分子有著很強(qiáng)的吸附能力，因此易于吸附橡膠配方中使用的極性分 子如促進(jìn)劑、防老劑等，從而導(dǎo)致橡膠硫化延遲等問題。白炭黑難于分散的缺點(diǎn)使得白炭黑 的利用受到限制。
[0004] 因此，在白炭黑的使用過程中通常需要添加如硅烷偶聯(lián)劑、聚乙二醇以及鋅鹽等 加工助劑來提高其分散性。其中硅烷偶聯(lián)劑一方面與白炭黑表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)對(duì)白炭黑表 面進(jìn)行修飾，另一方面與橡膠中的雙鍵產(chǎn)生連接，從而促進(jìn)白炭黑在橡膠中的分散。但是， 傳統(tǒng)的硅烷偶聯(lián)劑如Si69與白炭黑反應(yīng)時(shí)會(huì)釋放出大量的乙醇，造成環(huán)境污染，同時(shí)容易 在橡膠中產(chǎn)生氣泡。雖然有新型的硅烷偶聯(lián)劑出現(xiàn)，降低了這種風(fēng)險(xiǎn)，但是硅烷偶聯(lián)劑的成 本昂貴，復(fù)配使用后使得白炭黑的成本進(jìn)一步變高。另外一種提高白炭黑分散的方法是添 加極性的聚合物或小分子，如聚乙二醇，利用氫鍵作用屏蔽白炭黑表面的羥基，從而減少白 炭黑之間的相互作用，提高分散，同時(shí)也能減弱白炭黑的吸附作用。這種方法的問題在于聚 乙二醇本身與橡膠相容性較差，雖然改善了白炭黑表面，但是與橡膠沒有結(jié)合力，對(duì)分散的 改善作用有限。在現(xiàn)有的市場(chǎng)上，另外一些產(chǎn)品作為白炭黑分散劑出現(xiàn)，其實(shí)質(zhì)是鋅鹽、蠟 或酰胺類的化合物，通過這類物質(zhì)的加入可以降低橡膠的加工粘度，但是由于缺乏與白炭 黑的相互作用，對(duì)于白炭黑的分散并沒有特別明顯的作用。
[0005] 鑒于目前白炭黑在橡膠領(lǐng)域的應(yīng)用前景及其缺點(diǎn)，如何使白炭黑在橡膠中更好的 分散的研究也多了起來，因此也出現(xiàn)了不少關(guān)于白炭黑分散劑的專利，如專利公開號(hào)分別 為 CN103642067A、CN103450504A、CN103387695A、CN103333378A 的專利均采用各種助劑復(fù) 配成混合物的方式來提高白炭黑在橡膠中的分散效果；專利公開號(hào)為CN103525068A的專 利采用一元酸與胺類物質(zhì)反應(yīng)制備得到環(huán)保型的銨鹽，該銨鹽能夠與白炭黑和橡膠均產(chǎn)生 有效作用，起到分散作用，且安全環(huán)保。然而，上述白炭黑分散劑分子量相對(duì)較小。對(duì)于橡 膠材料而言，小分子物質(zhì)雖然能夠起到一定程度的增塑作用，提高白炭黑的分散，但是在橡 膠硫化之后，這些小分子物質(zhì)保留在橡膠基體之中，導(dǎo)致橡膠材料的強(qiáng)度下降，同時(shí)部分小 分子物質(zhì)會(huì)遷移至橡膠表面并逐步流失到自然環(huán)境中造成污染。
[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的這些缺陷，本發(fā)明提供了一種有效且更為環(huán)保的分散劑，所述分 散劑在提高白炭黑分散的同時(shí)能夠有效的改善橡膠材料的強(qiáng)度、降低加工能耗，并且使用 該分散劑的橡膠材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0007] 本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種分散劑，所述分散劑包括具有式（I)所示結(jié)構(gòu)的 化合物：
[0008]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種分散劑，其特征在于，包括具有式（I)所示結(jié)構(gòu)的化合物：
其中，R1選自直鏈或支鏈的C C 3(|烷基、直鏈或支鏈的C 2?C 3(|的烯基、飽和或不飽 和的C6?C 22的脂環(huán)烴、C 6?C 22的芳基或C 7?C 22的芐基，任選的，所述基團(tuán)被一個(gè)或多個(gè) 齒素、疏基或輕基取代； 馬為k元酸中羧酸基以外的殘基，所述k元酸選自k元脂肪酸或k元芳香酸； k為2?4的整數(shù)；m和η表示燒氧基的聚合單元數(shù),均為整數(shù),且m+n的和為2?100 的整數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分散劑，其特征在于，所述R 1選自甲基、乙基、辛基、異辛基、 十二烷基、十八烷基、牛油基、松香基的一種或多種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分散劑，其特征在于，所述R2,即所述k元酸中羧酸基以 外的殘基選自價(jià)態(tài)為k的烴基或連接鍵，任選的，所述烴基被一個(gè)或多個(gè)鹵素、巰基或羥基 取代；所述烴基選自直鏈或支鏈的C 1?C 1(?的烷烴基、直鏈或支鏈的C 2?C 1(?的烯烴基、飽 和或不飽和的C6?C 1QQ的脂環(huán)烴基、C 6?C 1QQ的芳基或C 7?C 1QQ的芐基。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分散劑，其特征在于，所述式（I)所示結(jié)構(gòu)的化合物任選 地負(fù)載于載體上形成負(fù)載型分散劑，所述載體選自炭黑、白炭黑、碳酸鈣、高嶺土、坡縷石、 滑石粉中的一種或多種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的分散劑，其特征在于，所述載體占負(fù)載型分散劑的0? 90wt %。
6. 權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述分散劑的制備方法，所述分散劑通過有機(jī)胺類物質(zhì)與k元 酸反應(yīng)得到；其中，所述有機(jī)胺類物質(zhì)如式（Π )所示，所述k元酸如式（III)所示，所述反 應(yīng)如下所示：
其中，式⑴?式（III)中，Hnuruk的定義如上所述。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的分散劑的制備方法，其特征在于，所述式（II)所示的有機(jī)胺 類物質(zhì)選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、異辛基胺聚氧乙烯 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 種或多種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的分散劑的制備方法，其特征在于，所述式（III)所示的 k元酸選自丙二酸、丁二酸、戊二酸、癸二酸、對(duì)苯二甲酸、二聚油酸、二聚亞油酸、二聚松香 酸、二聚蓖麻酸、二聚亞麻油酸、三聚油酸、三聚松香酸、三聚亞麻油酸、四聚油酸、均苯四甲 酸以及氫化后的二聚、三聚油酸和亞麻油酸中的一種或多種。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的分散劑的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)胺類物質(zhì)（式 (II))與所述k元酸（式（III))的摩爾比例為0.2 : 1至10 : 1。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的分散劑的制備方法，其特征在于，反應(yīng)溫度范圍為20? 200。。。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的分散劑的制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)可以在有溶 劑或無溶劑條件下進(jìn)行，所述溶劑選自醇、烴、醚、酮、酯的一種或多種。
12. 權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述分散劑的用途，其特征在于，所述分散劑用作橡膠工業(yè)中 的白炭黑分散劑。
13. -種橡膠組合物，其特征在于，包含權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的分散劑、白炭黑和 橡膠，所述橡膠選自天然橡膠、合成橡膠、及其混合物的一種或多種。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種分散劑，其制備方法和應(yīng)用，以及包含所述分散劑的橡膠組合物。本發(fā)明的分散劑包括具有式(I)所示結(jié)構(gòu)的化合物，所述式(1)所示結(jié)構(gòu)的化合物由有機(jī)胺類物質(zhì)與二元酸或多元酸反應(yīng)得到，并可以任選地負(fù)載到載體上形成負(fù)載型分散劑。所述分散劑，制備方法簡(jiǎn)單，安全環(huán)保，較同類型的分散劑相比，可以顯著提高白炭黑在橡膠中的分散性能、橡膠的加工性能以及橡膠的各項(xiàng)物理性能方面。
【IPC分類】C08J3-22, C08K3-36, C08L9-06, C08K5-09, C08L71-02, C08K3-22, C08L9-00, C08G65-332, C08K13-02
【公開號(hào)】CN104530414
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410752146
【發(fā)明人】張潔, 張 成, 蔣小強(qiáng), 董棟
【申請(qǐng)人】北京彤程創(chuàng)展科技有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月11日