一种改性硅灰石及其制备方法和应用与流程

本发明涉及无机粉体制备，尤其涉及一种改性硅灰石及其制备方法和应用。

背景技术：

1、氟橡胶是一种具有优异的耐高温、耐油、耐化学介质等性能的合成高分子弹性体，是新能源、新材料、节能环保等战略性新兴产业的重要原材料，在国防军工、航空航天、电子通信、车辆船舶、石油化工等尖端技术领域获得广泛应用。然而，碳链上氟原子的屏蔽作用，使得氟橡胶很难与其它填料完美结合，这导致氟橡胶行业所用填料长期依赖进口硅灰石、硅藻土、白土等产品，价格高昂且供货链不稳定，运输成本高。同时，虽然氟橡胶具有卓越的耐热性能，但氟橡胶的拉伸和撕裂强度会随着温度升高而明显降低，高温下力学性能下降较大，进一步限制了氟橡胶在高温工况下的应用。因此，找到一种耐高温、化学性质稳定的填料用于氟橡胶中，解决氟橡胶与功能填料之间的界面相容性问题，对于拓宽氟橡胶在功能材料领域的应用至关重要。

2、硅灰石是链状硅酸盐矿物，化学式为casio3，为白色放射状和纤维状集合体，具有绝缘、耐热(1200℃)、化学性能稳定、耐碱、防腐等特点，莫氏硬度4.5～5，其特殊的结构和硬度使其在橡胶中起到填充和增强作用，可以有效地提高橡胶制品的耐磨性和耐用性。但是由于硅灰石的硬度高，采用传统的机械研磨工艺难以将其超细化且容易破坏其纤维结构，同时其表面存在大量的羟基基团，与高分子聚合物的界面相互作用弱，容易导致高分子材料力学性能下降明显，限制了其在高精尖等工业领域中的应用。沉淀白炭黑常用于天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶或者其并用胶中，其对橡胶的补强效果强弱取决于它的表面化学性质和粒径分布。目前，沉淀白炭黑在氟硅橡胶的使用过程中存在如下问题：首先，由于沉淀白炭黑的颗粒聚集程度高，导致其对橡胶的补强效果不如气相白炭黑；其次，由于颗粒团聚，团聚体内部的二氧化硅颗粒实际不发挥作用；最后，白炭黑颗粒微细、质轻，在空气中的流动性和飞溅性强，使其与树脂和其它无机材料难以混合均匀，制约了白炭黑性能的发挥，对应用的橡胶制品性能产生不利影响。因此，改善硅灰石在橡胶中的补强效果，并解决沉淀白炭黑在应用过程中存在的问题成为目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种改性硅灰石及其制备方法和应用。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种改性硅灰石的制备方法，包含下列步骤：

4、(1)将硅灰石、无机硅源和水混合进行研磨，得到硅灰石浆料；

5、(2)将沉淀白炭黑溶液和聚丙烯酸钠溶液混合进行研磨，得到白炭黑浆料；

6、(3)将硅灰石浆料和白炭黑浆料混合进行研磨，得到混合浆料；

7、(4)将混合浆料和有机分散剂混合进行研磨，得到复合粉体；

8、(5)将复合粉体与硅烷偶联剂混合进行改性，得到所述的改性硅灰石；

9、其中，(1)和(2)之间没有顺序限制。

10、作为优选，步骤(1)所述硅灰石的粒径为5～10μm，所述硅灰石的白度≥85％；

11、步骤(1)所述无机硅源为硅酸钠或硅酸钾。

12、作为优选，步骤(1)所述硅灰石浆料的固含量为60～70％，所述硅灰石与无机硅源的质量比为100：0.6～1.2；

13、步骤(1)所述研磨的时间为90～120min，所述硅灰石浆料的d97为1.5～2μm。

14、作为优选，步骤(2)所述沉淀白炭黑溶液的质量分数为25～35％，聚丙烯酸钠溶液的质量分数为20～30％，沉淀白炭黑与聚丙烯酸钠溶液的质量比为100：6～9；

15、步骤(2)所述研磨的搅拌磨主机转速为330～390r/min，所述研磨的隔膜泵供料速率为40～60l/min，所述研磨的时间为60～90min。

16、作为优选，步骤(3)所述硅灰石浆料和白炭黑浆料的质量比为2.5～3.5：0.5～1.5；

17、步骤(3)所述研磨的搅拌磨主机转速为450～650r/min，所述研磨的球料比为15～20：1；所述研磨的时间为60～90min。

18、作为优选，步骤(4)所述有机分散剂包含聚乙二醇、高效型聚羧酸改性剂和硅油中的一种或几种；混合浆料和有机分散剂的质量比为100：0.8～1；

19、步骤(4)所述研磨的时间为60～90min，所述复合粉体的d97为0.8～1.2μm。

20、作为优选，步骤(5)所述硅烷偶联剂为n-苯基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂；所述复合粉体与硅烷偶联剂的质量比为100：0.6～1.2。

21、作为优选，步骤(5)所述改性的温度为80～120℃，所述改性的时间为20～60min。

22、本发明还提供了所述改性硅灰石的制备方法制备得到的改性硅灰石。

23、本发明还提供了所述改性硅灰石在氟橡胶填料中的应用。

24、本发明的有益效果是：

25、1、本发明提供了一种改性硅灰石的制备方法，包含下列步骤：(1)将硅灰石、无机硅源和水混合进行研磨，得到硅灰石浆料；(2)将沉淀白炭黑溶液和聚丙烯酸钠溶液混合进行研磨，得到白炭黑浆料；(3)将硅灰石浆料和白炭黑浆料混合进行研磨，得到混合浆料；(4)将混合浆料和有机分散剂混合进行研磨，得到复合粉体；(5)将复合粉体与硅烷偶联剂混合进行改性，得到改性硅灰石。本发明公开了一种高温氟橡胶用改性硅灰石的制备方法，选用颗粒复合的方法，分别以硅灰石和沉淀白炭黑为原料，制备硅灰石表面包覆白炭黑的复合颗粒材料，解决了氟橡胶与无机材料结合力弱的瓶颈难题，改善了氟橡胶的高温压缩永久变形性和热传导性，实现了高性能高附加值硅灰石填料国产化。

26、2、步骤(1)中的无机硅源既可作为分散剂，又可作为无机原位改性剂，对硅灰石达到了分散和预改性的效果，且步骤(1)利用研磨过程产生的热量进行分散改性，达到了节能降耗的效果；步骤(3)中将针状硅灰石粉体和颗粒状的白炭黑进行复合，白炭黑包覆的硅灰石粉体能在橡胶体系中进行“连续相”填充，对橡胶能起到优异的填充补强效果，并且能起到良好的导热效果；步骤(4)加入有机分散剂不仅能达到良好的改性效果，而且有机分散剂能连续的包覆在粉体表面，达到较好的包覆效果；步骤(5)采用硅烷偶联剂对白炭黑包覆的硅灰石进行偶联改性，使得白炭黑包覆的硅灰石粉体能与橡胶分子具有良好的相容性，进一步提升了橡胶产品的力学性能及其耐高温性。

技术特征：

1.一种改性硅灰石的制备方法，其特征在于，包含下列步骤：

2.如权利要求1所述的改性硅灰石的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述硅灰石的粒径为5～10μm，所述硅灰石的白度≥85％；

3.如权利要求1或2所述的改性硅灰石的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述硅灰石浆料的固含量为60～70％，所述硅灰石与无机硅源的质量比为100：0.6～1.2；

4.如权利要求3所述的改性硅灰石的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述沉淀白炭黑溶液的质量分数为25～35％，聚丙烯酸钠溶液的质量分数为20～30％，沉淀白炭黑与聚丙烯酸钠溶液的质量比为100：6～9；

5.如权利要求4所述的改性硅灰石的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述硅灰石浆料和白炭黑浆料的质量比为2.5～3.5：0.5～1.5；

6.如权利要求5所述的改性硅灰石的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述有机分散剂包含聚乙二醇、高效型聚羧酸改性剂和硅油中的一种或几种；混合浆料和有机分散剂的质量比为100：0.8～1；

7.如权利要求6所述的改性硅灰石的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述硅烷偶联剂为n-苯基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂；所述复合粉体与硅烷偶联剂的质量比为100：0.6～1.2。

8.如权利要求7所述的改性硅灰石的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述改性的温度为80～120℃，所述改性的时间为20～60min。

9.权利要求1～8任意一项所述改性硅灰石的制备方法制备得到的改性硅灰石。

10.权利要求9所述改性硅灰石在氟橡胶填料中的应用。

技术总结本发明属于无机粉体制备技术领域，提供了一种改性硅灰石及其制备方法和应用。该方法包含下列步骤：将硅灰石、无机硅源和水混合进行研磨，得到硅灰石浆料；将沉淀白炭黑溶液和聚丙烯酸钠溶液混合进行研磨，得到白炭黑浆料；将硅灰石浆料和白炭黑浆料混合进行研磨，得到混合浆料；将混合浆料和有机分散剂混合进行研磨，得到复合粉体；将复合粉体与硅烷偶联剂混合进行改性，得到改性硅灰石。本发明选用颗粒复合的方法，分别以硅灰石和沉淀白炭黑为原料，制备硅灰石表面包覆白炭黑的复合颗粒材料，解决了氟橡胶与无机材料结合力弱的瓶颈难题，改善了氟橡胶的高温压缩永久变形性和热传导性，实现了高性能高附加值硅灰石填料国产化。技术研发人员：肖毓秀,刘伟强,钟晨,李海滨,邓鹏受保护的技术使用者：江西广源化工有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/12/12