[发明专利]一种碳包覆白炭黑

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳包覆白炭黑。具体涉及一种新型核壳结构的纳米白炭黑的制备方法。本发明方法简便，效率高且满足节能环保需求。

背景技术

白炭黑即沉淀二氧化硅，又名为水合二氧化硅，分子式为SiO₂·nH₂O，具有特殊的表面结构(带有表面羟基和吸附水)、特殊的颗粒形态(粒子小、比表面积大等)和独特的物理化学性能。因而白炭黑具有多孔性、高分散性、质轻、化学稳定性好、耐高温、不燃烧、电绝缘性好等优异性能的重要无机硅化合物。这样的特性使得白炭黑广泛应用在橡胶、塑料、涂料、医药、日用化工等诸多领域。

然而，由于传统的白炭黑内部的聚硅氧和外表面存在的活性硅醇基及其吸附水特性，使其呈亲水性，将白炭黑添加入橡胶等材料后，白炭黑难以在有机相中湿润和分散。而且，由于白炭黑表面存在羟基，表面能较大，聚集体总倾向于凝聚，因而产品的应用性能受到影响。

因此，为提高白炭黑在聚合物中的分散性，必须对其进行表面改性。目前，白炭黑的表面改性，国内外都已经做了许多研究，但是大部分的研究都局限在消弱白炭黑成品颗粒表面硅羟基活性等对分散的影响。

中国专利一种淀粉/白炭黑复合填料的制备方法，涉及的白炭黑改性方法是将白炭黑混入预先糊化好的淀粉糊中的共混改性方法，此法工艺简单，易于实现，但仅仅是对白炭黑成品的改性处理，淀粉与白炭黑间的包覆为简单的吸附。

对白炭黑进行改性，不仅仅局限于对成品白炭黑的改性，可以在白炭黑的生成过程中进行原位改性。

含碳链结构的物质有淀粉，低聚糖，甘油等，这些物质中，淀粉是由a—D—葡萄糖组成的多糖高分子化合物，分子式为(C₆H₁₀O₅)_n，其分子结构有直链状和支链状两种，它是一种强极性多羟基的结晶性物质。淀粉分子的每个葡萄糖结构单元中的2，3，6位碳上含有羟基，有这几个具有化学活性的羟基，所以可以与许多化合物发生接枝、交联反应，这使得淀粉对白炭黑进行改性成为可能。

而低聚糖是碳与水的化合物，是多羟基醛或酮，低聚糖由2～10个单糖分子脱水缩合而成，常见的蔗糖，麦芽糖等均为低聚糖，这些物质中同样含有化学活性的羟基。同样，甘油、聚乙二醇等物质中也拥有类似结构的活性羟基。

因而，使用这些拥有活性基团的含碳结构的物质，对白炭黑进行改性。在制备白炭黑的过程中，使白炭黑表面包覆一层含碳的包覆层，最后再经惰性气体或绝氧氛围中高温碳化，可获得一种新的核壳结构的碳包覆白炭黑复合材料。

目前，对于包覆改性白炭黑的研究尚属空白，采用碳源物质对白炭黑进行改性制备碳包覆白炭黑，对于改善白炭黑的表面结构有着重大的意义，其拥有的独特结构将对白炭黑行业及碳黑行业均有重大的影响，轮胎胎面要求的‘魔鬼三角’性能将会获得更为明显的平衡。

发明内容

本发明涉及一种碳包覆白炭黑，本发明采用淀粉、低聚糖、甘油、聚乙二醇、木质素为原料，对白炭黑进行改性，在二氧化硅表面均匀包覆一层碳源物质，再经惰性气体或绝氧氛围中高温碳化得到一种以二氧化硅为核、碳为壳的核壳结构纳米粉末。与传统白炭黑相比，本发明得到的碳包覆白炭黑表面拥有独特的碳包覆层，赋予了白炭黑导电性，提高了白炭黑的结构性，改善了白炭黑与橡胶的相容性，且应用在轮胎中提高了轮胎的抗湿滑性能，摩擦生热小等特点，这些特性使得碳包覆白炭黑的研究意义十分重大。

一种碳包覆白炭黑，其特征在于，所述白炭黑表面均匀包覆一层白炭黑质量的2～25％碳源物质，惰性气体或绝氧氛围中，300～500℃下碳化得到碳包覆白炭黑，形成核-壳结构；所述碳包覆白炭黑中二氧化硅平均粒径为5～100nm，所述碳包覆层厚度为1～10nm，碳包覆层含碳量不小于95％，所述碳包覆白炭黑包覆率为50％～85％。

进一步，所采用的碳源物质为淀粉、低聚糖、甘油、聚乙二醇或木质素一种或几种。

进一步，所使用的淀粉为糯米淀粉，玉米淀粉，豌豆淀粉，木薯淀粉，红薯淀粉，大豆淀粉或高粱淀粉。

进一步，所使用的低聚糖为：红糖、白糖、蔗糖或麦芽糖。

进一步，所使用的惰性气体为氮气或氩气。

作为优选：所用的白炭黑为气相白炭黑、沉淀法白炭黑。