MOPTMS改善稻殼納米白炭黑有機(jī)溶劑分散性研究.pdf

1、我國稻谷產(chǎn)量居世界首位。稻殼是稻谷加工的最大副產(chǎn)品，是富含硅化合物的可再生資源。以稻殼為資源制備白炭黑，是有效利用稻殼的途徑之一。目前采用傳統(tǒng)方法制備的白炭黑粒徑大、有機(jī)溶劑分散性差，限制了其廣泛應(yīng)用。本論文在獲得低粒徑納米白炭黑制備工藝基礎(chǔ)上，以硅烷偶聯(lián)劑γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（MOPTMS）為改性劑，以改善納米白炭黑有機(jī)溶劑分散性為研究目標(biāo)，研究獲得了納米白炭黑在眾多有機(jī)溶劑中有良好分散的改性工藝、有助于提高其有機(jī)溶劑分

2、散性廉價(jià)的MOPTMS溶劑及其改性條件，改性產(chǎn)品對(duì)我國應(yīng)用最廣的丁苯橡膠具有顯著的補(bǔ)強(qiáng)作用。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　 以水玻璃濃度和10％H2SO4溶液滴加速度為考察因素，正交實(shí)驗(yàn)獲得了低粒徑納米白炭黑制備工藝：每300 mL濃度為11.8％的水玻璃，10％H2SO4溶液以14.5 mL/min速度滴加，產(chǎn)品平均粒徑為30 nm。TEM分析表明，其在有機(jī)溶劑中呈現(xiàn)一定程度聚集。用6種不同工藝改性納米白炭黑，獲得最佳改性工藝

3、：MOPTMS無水乙醇溶液逐滴加入，對(duì)成品改性。改性后納米白炭黑DBP吸收值從2.0增加到3.2 cm3/g，表面羥基數(shù)從15.2降到2.4 number/nm2。FT-IR分析和29Si CP MAS NMR分析表明納米白炭黑被MOPTMS改性了。其親油化值從0°增加到2.12°，疏水率從0增加到20.5％，在水中從不分層變?yōu)?h后分層，從不分散于環(huán)己烷中變?yōu)?0min后分層，從1mL移液管中不流動(dòng)變?yōu)?5s流出，TEM分析表明其能較

4、好分散于有機(jī)溶劑中，在無水乙醇、CH2Cl2、CCl4、環(huán)己烷和液體石蠟中的分散性從0、0、0、0和0.1 g/100mL分別增加到9.4、9.6、9.8、9.8和10.0 g/100mL。這說明獲得的最佳改性工藝是有效的。用不同濃度的MOPTMS水溶液、無水乙醇溶液、丙酮溶液、正丁醇溶液、正己醇溶液、CH2Cl2溶液、乙用醚溶液和CCl4溶液改性納米白炭黑。結(jié)果表明：0.4 mol/L MOPTMS水溶液改性效果最好。改性后納米白炭黑

5、DBP吸收值從3.2增加到為3.4 cm3/g，表面羥基數(shù)從2.4降到0.6 number/nm2。FT-IR分析和29Si CP MAS NMR分析表明納米白炭黑改性程度被加深。其親油化值從2.12°增加到2.44°，疏水率從20.5％增加到25.3％，在水中從1h后分層變?yōu)?5min后分層，在環(huán)己烷中從20min后分層變?yōu)?0min后分層，從1mL移液管中25s流出變?yōu)?0s流出，TEM分析表明其能更好地分散于有機(jī)溶劑中，在無水乙醇

6、、CH2Cl2、CCl4、環(huán)己烷和液體石蠟中的分散性從9.4、9.6、9.8、9.8和10.0 g/100mL分別增加到11.1、11.2、11.3、11.3和11.5 g/100mL。這說明MOPTMS水溶液改性效果要好于MOPTMS無水乙醇溶液。
　　 研究了水與納米白炭黑分散比例、MOPTMS水溶液濃度和用量、反應(yīng)溫度和時(shí)間對(duì)改性效果的影響，獲得最佳改性條件為：水與納米白炭黑分散比例為10，MOPTMS水溶液濃度為0.4

7、mol/L，用量為30 mL/10g白炭黑，在80 ℃下反應(yīng)1.5 h。改性后納米白炭黑DBP吸收值從3.4增加到3.5 cm3/g，表面羥基數(shù)從0.6降到0.45 number/nm2。FT-IR分析和29Si CP MAS NMR分析表明納米白炭黑改性程度被進(jìn)一步加深。其親油化值從2.44°增加到3.38°，疏水率從25.3％增加到28.0％，在水中從45min后分層變?yōu)?0min后分層，在環(huán)己烷中從30min后分層變?yōu)椴环謱?，?

8、mL移液管中20s流出變?yōu)?5s流出，TEM分析表明其有機(jī)溶劑分散性進(jìn)一步改善，在無水乙醇、CH2Cl2、CCl4、環(huán)己烷和液體石蠟中的分散性從11.1、11.2、11.3、11.3和11.5 g/100mL分別增加到12.0、12.1、12.4、12.4和12.5 g/100mL。這說明獲得的最佳改性條件是有效的。
　　 將納米白炭黑和最終改性納米白炭黑分別作為補(bǔ)強(qiáng)劑，制得兩種橡膠樣品，并和空白樣品對(duì)照，研究它們對(duì)橡膠的補(bǔ)強(qiáng)作