一种专门用于橡胶轮胎硫化的纳米单质硫及其制备方法，采用气相沉积法，其特征包括如下步骤：１．固态硫蒸发：将单质硫置入Ａ炉中，加入分散剂，在保护气体作用下，炉温５００℃附近，将固态硫蒸发；利用高温将单质硫原子化和高密分散：２．在有预热的条件下，硫蒸气进入Ｂ炉，炉温７２０℃附近，然后进入Ｃ炉，炉温８７０℃附近，利用高温将单质硫原子化和高密分散，其中Ｃ炉内设有多孔阻隔层；３．利用液相进行气体收集，硫气体在液相中凝固为固体颗粒；４．硫微粒经化学修饰剂聚异丁烯丁二酰亚胺脱修饰；５．水分离并烘干得产品。制备的硫为颗粒状，其粒径为１－１００ｎｍ。本发明专利技术与已有技术相比，反应快，产率高，特别适宜作为橡胶轮胎的硫化剂，并能大幅度提升橡胶轮胎的强度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种硫及其制备方法。
技术介绍
硫在制酸、化纤、化肥、橡胶、医药等多种生产领域中有十分广泛的用途。有关的精制硫产品、微粉化产品的研究和制备，国内有多项报道。例如山西大学马永明提出的硫磺的提纯方法(CN1031934)中，将高砷工业硫磺等置于加热器中加热通入水或水蒸气反应，制得硫量≥99.9％，砷量≤0.003％，粒径＜3um的优质硫磺；山东鲁南化学工业集团公司王修平等以石蜡为溶剂，将硫加工成医药及化妆品所需要的微细硫磺(＜3um)，其纯度达99.9％(《山东化工》1999年6期)。国外有将硫制成纳米级粉体的报道，如在DE19934167中，提出将含水硫磺用升华干燥法生产纳米粒子硫磺，其颗粒尺寸为10-1500nm。微细硫磺表面需进行修饰才能稳定，才能保证硫磺以微细粉状与橡胶进行硫化反应，而到目前为止，未见有对纳米级粉体硫进行修饰的报道，也未见专门用于橡胶轮胎硫化的纳米硫(粒竟径小于100nm)的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能提升硫化后的橡胶轮胎强度的专门用于橡胶轮胎硫化的纳米单质硫及其制备方法。本专利技术的用于橡胶轮胎硫化的纳米硫是这样实现的，硫为颗粒状，其粒径为1-100nm。由于硫为颗粒状，其粒径为1-100nm，因此，其在与橡胶的硫化反应中，将橡胶高分子链紧密地交联在一起，大幅度提升了轮胎橡胶的硫化交联程度，从而大大地提升了硫化后橡胶的强度。这里，硫磺颗粒表面设有化学修饰剂(表面活性剂)。化学修饰剂是BEVALIOD(低分子量的丙烯酸共聚物)或PPA(聚丙烯酸)或丙烯酸-丙烯酸羟丙酯-AMPS共聚物。采用上述化学修饰剂的既能防止纳米化后的硫磺颗粒重新抱团，同时，不会影响甚至有助于硫与橡胶的硫化交联反应。本专利技术的专门用于橡胶轮胎硫化的纳米硫的制备方法是这样实现的，采用气相沉积法制备颗粒状纳米硫，依下步骤制备1)、硫蒸发在加热炉内在有阴离子分散剂及保护气体作用下，将硫蒸发。炉温在460-530℃间，最好在490-510℃间，分散剂是TAMOL-N(化学成分为萘磺酸钠甲醛缩合物)或烷基苯磺酸钠或烷基萘磺酸钠，保护气体为惰性气体，惰性气体是Ar、N2混合气体；2)、利用多级逐步加温的方法，在高温下温和地将单质硫原子化和高密分散即炉温保持在690-750℃，最好在710-730℃间，加热硫蒸气，然后炉温保持在840-900℃，最好在860-880℃间，加热硫蒸气，由于硫蒸发后的比重很小，因此，硫蒸汽温度很快就达到炉温温度。3)、液相收集；将硫气体通入水中，水的温度为70-85℃；4)、脱水分离并烘干得产品。在硫气体通入水前，硫气体先经过多孔阻隔层的过滤，多孔阻隔层孔径为10-20nm。多孔阻隔层材料为介孔二氧化硅。这里，在水中加入化学修饰剂(特殊的表面活性剂)，以便对制备出的硫颗粒表面进行化学修饰，化学修饰剂是BEVALIOD(低分子量的丙烯酸共聚物)或DM-301聚丙烯酸PPA或DM-307丙烯酸-丙烯酸羟丙酯-AMPS共聚物或聚异丁烯丁二酰亚胺，硫蒸气在进入水后与化学修饰剂相互作用，形成颗粒状物，化学修饰剂可对硫颗粒表面进行化学修饰，防止纳米硫颗粒重新抱团，同时不会影响甚至有助于硫与橡胶的硫化交联反应，化学修饰剂含量为10％-15％重量比。Ar∶N2配比为1∶2。这里，为了实现连续生产颗粒状纳米硫，采用三个炉连续对硫进行蒸发、加热，硫连同阴离子分散剂先进入第一个炉A，炉A炉温在460-530℃间，最好在490-510℃间，炉A内有保护气体；从炉A出来的硫蒸气进入炉B，炉B炉温保持在690-750℃，最好在710-730℃间，；从炉B出来的硫蒸气进入炉C，炉C在840-900℃，最好在860-880℃间，多孔阻隔层设置在炉C内。本专利技术采用气相沉积法，通过保护气体、分散剂、温度、阻隔层材料的选择，使本专利技术得到的产品粒径为1-100nm，其形状为颗粒状(当在A炉中，加入分散剂时为颗粒状)。本专利技术使用介孔二氧化硅为阻隔层材料，可使得反应快，产率高。这样，本专利技术与已有技术相比，所获得的纳米硫具有能提升硫化后的橡胶轮胎强度的优点。附图说明图1为本专利技术的工艺流程图；图2为纳米硫粒子TEM图。具体实施例方式现结合实施例对本专利技术作进一步详细描述本专利技术的用于橡胶轮胎硫化的纳米硫是这样实现的，硫为颗粒状，其粒径为1-100nm，硫磺颗粒1表面设有表面活性剂2，表面活性剂是BEVALIOD(低分子量的丙烯酸共聚物)或商品名称为DM-301的聚丙烯酸或商品名称为DM-307的丙烯酸-丙烯酸羟丙酯-AMPS共聚物。本专利技术的用于橡胶轮胎硫化的高纯纳米硫(颗粒状)的制备方法是这样实现的，采用化学气相沉积法，其步骤为一、将单质固态硫蒸发将单质硫置入A炉中，加入分散剂，分散剂是TAMOL-N(化学成分为萘磺酸钠甲醛缩合物)或烷基苯磺酸钠或烷基萘磺酸钠，在保护气体的作用下将固态硫蒸发。1、保护气体的选择考虑到硫在高温条件下易氧化，故在过程中加入了保护气体，所选用气体为Ar、N2气。结果如表1-1所示。表1-1保护气体的选择 分散剂在制备过程中主要起防止硫原子成键的作用。二、利用高温将单质硫原子化和高密分散。在A炉中完全气化的硫蒸气进入B炉，然后进入C炉，利用高温将单质硫原子化和高密分散；其中C炉内设有多孔阻隔层，多孔阻隔层孔径为10-20nm。多孔阻隔层材料为介孔二氧化硅。A炉、B炉、C炉的温度如下表的组合 1、A炉、B炉、C炉炉温的控制若硫不分开三个炉逐步升温加热而采用一炉加热，温度直接上升至第三个炉的温度，硫在激烈的气化下，分散效果并不理想，不能保证获得颗粒粒径稳定在1-100nm间，采用三个炉(或三个炉以上)，使硫在其气化温度附近完全气化后再逐步升温，结果表明，分步加热效果好，能保证获得颗粒粒径稳定在1-100nm间。当在A炉的硫在500℃附近基本气化后，需升高温度，使硫趋于单原子化、分散度增加，若硫低于460℃，则气化不理想，若高于530℃，硫虽然能完全气化，但由于高温下，硫的气化激烈，不利于硫趋于单原子化、分散度的增加，不利于最终获得理想颗粒硫，B炉温度采用690-750℃间，是使气化了的硫逐步升温，避免因升温过快或升温不够使硫不会单原子化、不会增加分散度，实验证明，若B炉温度超出690-750℃范围，就不能获得粒径稳定在1-100nm间的硫颗粒。C炉温度采用840-900℃间，既保证硫的单原子化，同时，有利于最终的液相将纳米颗粒收集。2、C炉中阻隔层材料的选择C炉中阻隔层材料采用的是介孔二氧化硅(孔径10-20nm)。C炉温度在840-900℃间，此温度是使硫单质原子化、高分散的最佳温度。为使硫气体在此温区能停留更长的时间以便充分作用，选用三种不同的多孔材料作比较4A沸石、石英玻璃珠(直径0.5cm)、介孔二氧化硅(孔径10-20nm)，将三种材料分别置于C炉管中，进行制备效果比较，结果如表1-4。表1-4不同阻隔介质的试验效果比较 所选取材料均为耐高温材料，在炉中能起到延长加温时间的效果，但由于4A沸石孔径太小，产率低，反应速度慢；石英珠颗粒大，气体通过时速率相对较快，反应时间相对不长，效果不理想。而介孔二氧化硅能达到要求。三、利用液相将纳米颗粒收集采本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种专门用于橡胶轮胎硫化的纳米单质硫，其特征在于硫为颗粒状，其粒径为１－１００ｎｍ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：皮振邦，
申请(专利权)人：中国地质大学佛山研究院，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]
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