白炭黑改性方法和其應用
【專利摘要】一種白炭黑改性方法和其應用，在鎳系催化劑作用下使白炭黑顆粒表面進行碳納米管包敷，得到白炭黑顆粒的表面為碳納米管層的改性白炭黑，提高了在橡膠中分散性能，也提高了橡膠的硫化效率和補強性能,開辟了白炭黑在輪胎等橡膠行業(yè)應用新途徑,能夠有效降低輪胎滾動阻力、提高汽車能源利用率。
【專利說明】
白炭黑改性方法和其應用
[0001]—、
技術領域
本發(fā)明涉及一種白炭黑改性方法和其應用，尤其是一種適應用于輪胎的白炭黑改性方法和其應用。
[0002]二、
【背景技術】
白炭黑即二氧化硅，分子式為:Si02^H20，由于白炭黑內部的聚硅氧和外表面存在的活性硅醇基及其吸附水，使其呈親水性，在有機相中難以濕潤和分散，因此白炭黑是一種重要的無機橡膠補強添加劑，在現(xiàn)有的普通白炭黑即未改姓，由于其表面存在羥基，其表面能較大，聚集體總是傾向于凝聚，因而其產品的應用性能受到影響，如在橡膠硫化體系中，不能很好的在橡膠中分散，從而降低了橡膠的硫化效率和補強性能。
[0003]三、
【發(fā)明內容】
本發(fā)明的客體是一種白炭黑改性方法，
本發(fā)明的客體是一種用于改性方法得到的白炭黑的應用。
[0004]為了克服上述技術缺點，本發(fā)明的目的是提供一種白炭黑改性方法和其應用，因此提高了在橡膠中分散性能，也提高了橡膠的硫化效率和補強性能。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明采取的技術方案是:一種白炭黑改性方法，其步驟是:使白炭黑與鎳系催化劑反應，得到白炭黑顆粒的表面為碳納米管層的改性白炭黑。
[0006]由于設計了白炭黑與鎳系催化劑，在白炭黑顆粒表面形成碳納米管層，不再只是用白炭黑，因此提高了在橡膠中分散性能，也提高了橡膠的硫化效率和補強性能。
[0007]本發(fā)明設計了，其步驟是:在白炭黑顆粒表面形成碳納米管層的白炭黑與鎳系催化劑的反應。
[0008]本發(fā)明設計了，其步驟是:
a、按照重量比例，白炭黑:鎳系催化劑為1000:0.1-1，在白炭黑中加入鎳系催化劑，通過攪拌的方式，把白炭黑中加入鎳系催化劑均勻混合得到中間物；
b、將中間物放到反應釜中，注入99%氮氣，保持反應釜的壓力為1.8-2.2Kg/cm2、溫度為1000-1400°C，反應120分鐘得到改性白炭黑；
c、把改性白炭黑在自然環(huán)境中，自由釋放48小時后，通過造粒得到成品改性白炭黑。
[0009 ]本發(fā)明設計了，其步驟是:
a、按照重量比例，白炭黑:鎳系催化劑為1000:0.26，在白炭黑中加入鎳系催化劑，通過攪拌的方式，把白炭黑中加入鎳系催化劑均勻混合得到中間物；
b、將中間物放到反應釜中，注入99%氮氣，保持反應釜的壓力為2.lKg/cm2、溫度為1400°C，反應120分鐘得到改性白炭黑；
c、把改性白炭黑在自然環(huán)境中，自由釋放48小時后，通過造粒得到成品改性白炭黑。
[0010]—種用于改性方法得到的白炭黑的應用，在制作輪胎的橡膠原料中，按照重量比例10-100%，改性白炭黑替代炭黑。
[0011 ]在本技術方案中，鎳基催化劑一般是指雷尼鎳又譯蘭尼鎳，是一種由帶有多孔結構的鎳鋁合金的細小晶粒組成的固態(tài)異相催化劑，它最早由美國工程師莫里.雷尼在植物油的氫化過程中，作為催化劑而使用。其制備過程是把鎳鋁合金用濃氫氧化鈉溶液處理，在這一過程中，大部分的鋁會和氫氧化鈉反應而溶解掉，留下了很干燥的活化后的雷尼鎳.具有大小不一的微孔。這樣雷尼鎳表面上是細小的灰色粉末，但從微觀角度上，粉末中的每個微小顆粒都是一個立體多孔結構，這種多孔結構使得它的表面積大大增加，極大的表面積帶來的是很高的催化活性，這就使得雷尼鎳作為一種異相催化劑被廣泛用于有機合成和工業(yè)生產的氫化反應中。我們所說的骨架鎳，原料是鎳鋁合金，用氫氧化鈉處理該合金:2N1-Al+2Na0H+2H20=2Ni+2NaA102+3H2
雷尼鎳主要用于不飽和化合物，如烯烴，炔烴，腈，二烯烴，芳香烴，含羰基的物質，乃至具有不飽和鍵的高分子的氫化反應。使用雷尼鎳進行氫化有時甚至不需要特意加入氫氣，僅憑活化后的雷尼鎳中吸附的大量氫氣即可完成反應。反應后得到的是順位氫化產物。另夕卜，雷尼鎳也可以用于雜原子-雜原子鍵的還原。除了作為催化劑加氫，雷尼鎳還將充當試劑參與有機含硫化合物如硫縮酮的脫硫生成烴類的反應。鎳催化劑呈現(xiàn)出很高的加氫活性，由于其催化活性好，機械強度高，對毒物不敏感，導熱性好等優(yōu)點，不僅應用于各種不飽和烴的加氫，而且也是脫氫、氧化脫鹵、脫硫等某些轉化過程中的良好催化劑，使用于石油、化工、制藥、油脂、香料、雙氧水、合成纖維，特別是在山梨醇、木糖醇、麥芽糖醇等工業(yè)上得到了廣泛應用。
[0012]本發(fā)明的技術效果在于:對于輪胎，輪胎是汽車最重要部件之一，汽車在行駛過程中由于動力傳動、摩擦等原因會使輪胎產生較大滾動阻力，較大的輪胎滾動阻力也會消耗更多的汽車動力，為此，降低輪胎滾動阻力就成為了輪胎行業(yè)的課題，改性白炭黑由于解決了其在橡膠中的分散、導熱等問題，可以使白炭黑在輪胎中的用量大幅度提高，按重量份數(shù)能夠代替炭黑的百分比來計量，可以從普通白炭黑的< 10%到改性白炭黑的100%代替，相應輪胎滾動阻力系數(shù)可以降低3—3.5個單位，反映到汽車上可以使汽車的油耗或能耗降低4%—7% ο
[0013]在本技術方案中，在白炭黑顆粒表面形成碳納米管層為重要技術特征，在白炭黑改性方法和其應用的技術領域中，具有新穎性、創(chuàng)造性和實用性，在本技術方案中的術語都是可以用本技術領域中的專利文獻進行解釋和理解。
[0014]四、
【具體實施方式】
根據審查指南，對本發(fā)明所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術語應當理解為不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。
[0015]—種白炭黑改性方法，下面結合實施例，對本發(fā)明進一步描述，以下實施例旨在說明本發(fā)明而不是對本發(fā)明的進一步限定。第一個實施例，
其步驟是:
a、按照重量比例，白炭黑:催化劑(鎳系催化劑)為1000:0.1，在白炭黑中加入催化劑(鎳系催化劑)，通過攪拌的方式，把白炭黑中加入催化劑(鎳系催化劑)均勻混合得到中間物；
b、將中間物放到反應釜中，注入99%氮氣，保持反應釜的壓力為1.8Kg/cm2、溫度為1000°C，反應120分鐘得到改性白炭黑；
c、把改性白炭黑在自然環(huán)境中，自由釋放48小時后，通過造粒得到成品改性白炭黑。
[0016]第二個實施例， 其步驟是:
a、按照重量比例，白炭黑:催化劑(鎳系催化劑)為1000:1，在白炭黑中加入催化劑(鎳系催化劑)，通過攪拌的方式，把白炭黑中加入催化劑(鎳系催化劑)均勻混合得到中間物；
b、將中間物放到反應釜中，注入99%氮氣，保持反應釜的壓力為2.2Kg/cm2、溫度為1400°C，反應120分鐘得到改性白炭黑；
c、把改性白炭黑在自然環(huán)境中，自由釋放48小時后，通過造粒得到成品改性白炭黑。
[0017]第三個實施例，
其步驟是:
a、按照重量比例，白炭黑:催化劑(鎳系催化劑)為1000:0.1-1，在白炭黑中加入催化劑(鎳系催化劑)，通過攪拌的方式，把白炭黑中加入催化劑(鎳系催化劑)均勻混合得到中間物；
b、將中間物放到反應釜中，注入99%氮氣，保持反應釜的壓力為1.8-2.2Kg/cm2、溫度為1000-1400°C，反應120分鐘得到改性白炭黑；
c、把改性白炭黑在自然環(huán)境中，自由釋放48小時后，通過造粒得到成品改性白炭黑。
[0018]第四個實施例，
其步驟是:
a、按照重量比例，白炭黑:催化劑(鎳系催化劑)為1000:0.45，在白炭黑中加入催化劑(鎳系催化劑)，通過攪拌的方式，把白炭黑中加入催化劑(鎳系催化劑)均勻混合得到中間物；
b、將中間物放到反應釜中，注入99%氮氣，保持反應釜的壓力為2.0Kg/cm2、溫度為1200°C，反應120分鐘得到改性白炭黑；
c、把改性白炭黑在自然環(huán)境中，自由釋放48小時后，通過造粒得到成品改性白炭黑。
[0019]第五個實施例，
其步驟是:
a、按照重量比例，白炭黑:催化劑(鎳系催化劑)為1000:0.26，在白炭黑中加入催化劑(鎳系催化劑)，通過攪拌的方式，把白炭黑中加入催化劑(鎳系催化劑)均勻混合得到中間物；
b、將中間物放到反應釜中，注入99%氮氣，保持反應釜的壓力為2.lKg/cm2、溫度為1400°C，反應120分鐘得到改性白炭黑；
c、把改性白炭黑在自然環(huán)境中，自由釋放48小時后，通過造粒得到成品改性白炭黑。
[0020]經過第五個實施例得到的改性白炭黑，經過試驗測定，在不同種類橡膠制品中能夠提高對應橡膠制品強度提高9%，耐撕裂提高60%，且可以100%取代炭黑，能夠有效降低輪胎滾動阻力40%，如在高性能轎車輪胎的使用中使輪胎滾動阻力系數(shù)為6.08，試驗測定結果表明其效果最好，成本也最經濟。
[0021 ] 一種白炭黑改性方法的其它方式的實施例:
實施一:
2000g普通沉淀法白炭黑，加入2g納米鎳催化劑，均勻攪拌，加入2L反應釜，通入99%工業(yè)氮氣，通入壓力為2Kg/cm2并燃燒，120分鐘，取出，停放48小時，造粒、包裝。
[0022]實施二: 50Kg普通沉淀法白炭黑，加入50g納米鎳催化劑，均勻攪拌，加入2L反應釜，通入99%工業(yè)氮氣，通入壓力為2Kg/cm2并燃燒，120分鐘，取出，停放48小時，造粒、包裝。
[0023]實施三:
50Kg普通沉淀法白炭黑，加入1g納米鎳催化劑，均勻攪拌，加入2L反應釜，通入99%工業(yè)氮氣，通入壓力為2Kg/cm2并燃燒，120分鐘，取出，停放48小時，造粒、包裝。
[0024]—種用于改性方法得到的白炭黑的應用，
第一個實施例，在制作輪胎的橡膠原料中，按照重量比例10%，改性白炭黑替代炭黑。
[0025]第二個實施例，在制作輪胎的橡膠原料中，按照重量比例100%，改性白炭黑替代炭
M
TkTt O
[0026]第三個實施例，在制作輪胎的橡膠原料中，按照重量比例50%，改性白炭黑替代炭
M
TkTt O
[0027]本發(fā)明得到的改性白炭黑，在輪胎等橡膠制品中具有良好的分散性、相容性，經過試驗測定，在不同種類橡膠制品中能夠提高對應橡膠制品強度提高5%以上，耐撕裂提高30%以上，且可以100%取代炭黑，能夠有效降低輪胎滾動阻力10%—40%，如在高性能轎車輪胎的使用中使輪胎滾動阻力系數(shù)從8.8降低到6.08。
[0028]本發(fā)明具有下特點:
1、由于設計了白炭黑與鎳系催化劑，在白炭黑顆粒表面形成碳納米管層，不再只是用白炭黑，因此提高了在橡膠中分散性能，也提高了橡膠的硫化效率和補強性能。
[0029]2、由于設計了白炭黑與鎳系催化劑，改良了輪胎的性能。
[0030]3、由于設計了鎳系催化劑，簡化了碳納米管層的化學工藝，同時形成的碳納米管層的效果最好。
[0031]4、由于設計了對結構形狀進行了數(shù)值范圍的限定，使數(shù)值范圍為本發(fā)明的技術方案中的技術特征，不是通過公式計算或通過有限次試驗得出的技術特征，試驗表明該數(shù)值范圍的技術特征取得了很好的技術效果。
[0032]5、由于設計了本發(fā)明的技術特征，在技術特征的單獨和相互之間的集合的作用，通過試驗表明，本發(fā)明的各項性能指標為現(xiàn)有的各項性能指標的至少為1.7倍，通過評估具有很好的市場價值。
[0033]還有其它的與在白炭黑顆粒表面形成碳納米管層的相同或相近似的技術特征都是本發(fā)明的實施例之一，并且以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為滿足專利法、專利實施細則和審查指南的要求，不再對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合的實施例都進行描述。
[0034]上述實施例只是本發(fā)明所提供的白炭黑改性方法和其應用的一種實現(xiàn)形式，根據本發(fā)明所提供的方案的其他變形，增加或者減少其中的成份或步驟，或者將本發(fā)明用于其他的與本發(fā)明接近的技術領域，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種白炭黑改性方法，其特征是:其步驟是:使白炭黑與鎳系催化劑反應，得到白炭黑顆粒的表面為碳納米管層的改性白炭黑。2.根據權利要求1所述的白炭黑改性方法，其特征是:其步驟是:在白炭黑顆粒表面形成碳納米管層的白炭黑與鎳系催化劑的反應。3.根據權利要求1所述的白炭黑改性方法，其特征是:其步驟是: a、按照重量比例，白炭黑:鎳系催化劑為1000:0.1-1，在白炭黑中加入鎳系催化劑，通過攪拌的方式，把白炭黑中加入鎳系催化劑均勻混合得到中間物； b、將中間物放到反應釜中，注入99%氮氣，保持反應釜的壓力為1.8-2.2Kg/cm2、溫度為1000-1400°C，反應120分鐘得到改性白炭黑； c、把改性白炭黑在自然環(huán)境中，自由釋放48小時后，通過造粒得到成品改性白炭黑。4.根據權利要求3所述的白炭黑改性方法，其特征是:其步驟是: a、按照重量比例，白炭黑:鎳系催化劑為1000:0.26，在白炭黑中加入鎳系催化劑，通過攪拌的方式，把白炭黑中加入鎳系催化劑均勻混合得到中間物； b、將中間物放到反應釜中，注入99%氮氣，保持反應釜的壓力為2.lKg/cm2、溫度為1400°C，反應120分鐘得到改性白炭黑； c、把改性白炭黑在自然環(huán)境中，自由釋放48小時后，通過造粒得到成品改性白炭黑。5.一種用于改性方法得到的白炭黑的應用，其特征是:在制作輪胎的橡膠原料中，按照重量比例10-100%，改性白炭黑替代炭黑。
【文檔編號】C01B33/12GK105836749SQ201610198646
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月1日
【發(fā)明人】王志惠, 王生隆, 蘇毅忠, 周成詩, 許蘭蘭
【申請人】山東容奈材料設計有限公司