[发明专利]一种白炭黑复合粉体的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及填料领域，更具体的为一种沉淀法工艺生产白炭黑和片状碳材料复合粉体的方法，其中白炭黑占复合粉体质量百分比的60％-99％。

背景技术

白炭黑是白色粉末状无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅和超细二氧化硅凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等，其中气相白炭黑生产成本很高，沉淀法白炭黑价格便宜。白炭黑在食品添加剂领域、塑料、涂料、染料、油漆和纺织、造纸、农药、合成树脂等日用及工业化学制品中作为不同性能的添加剂，应用较为广泛。

白炭黑作为一种环保、性能优异的助剂，广泛用作橡胶制品中替代炭黑的补强剂，并具有较好粘附力、抗撕裂及耐热抗老化性能。国内以沉淀法白炭黑为主，它在橡胶制品中的补强效果次于炭黑。沉淀法白炭黑为橡胶配方提供高硬度、高扯断强度、高撕裂强度，改善胶料与钢丝帘线的粘合力。沉淀法白炭黑还能提高胶料的耐久性能，改善耐屈挠和抗冲击性能，提高雪地轮胎在路面的牵引性，提高轮胎全天候性能。

白炭黑填充橡胶制品在降低轮胎滚动阻力、提高轮胎抓地力等方面优于炭黑，符合绿色节油轮胎的要求，市场上对于全白炭黑胎面的需求越来越大。但是，沉淀法白炭黑替代炭黑用于橡胶制品，会引起橡胶制品体积电阻率的降低，容易产生静电危害，这对橡胶制品尤其是轮胎制品是非常不利的负面影响。

发明内容

本发明的目的在于为了提高单一沉淀法白炭黑粉体的性能，提供了一种白炭黑复合粉体的生产方法，从而促进白炭黑产品附加值的提升。

本发明的技术方案是：

一种白炭黑复合粉体的生产方法，是在沉淀法生产白炭黑的过程中经干燥制得白炭黑和片状碳材料的复合粉体，片状碳材料为鳞片石墨、纳米石墨片、石墨烯、或氧化石墨烯中的一种，其特征在于：在生产中间过程中形成含有白炭黑和片状碳材料的混合液态浆料。

目前，液相沉淀法白炭黑的生产在中国国内大都采用稀硫酸两步法进行：第一步反应生成稀硅溶胶、放置熟化一段时间，在稀硅溶胶中逐步形成晶核，作为第二步反应的晶种；第二步即用含晶种的溶液作为聚集生长的母液，按一定速度加水玻璃及稀硫酸进行沉淀反应，反应一段时间后，停加水玻璃，只加稀硫酸进行酸化处理，当反应液PH值达一定值时，停止加酸，陈化一定时间，然后过滤用水洗涤，脱除Na₂SO₄后，送喷雾干燥，粉碎后得到产品。但是这样生产的沉淀法白炭黑具有不足的导电性

通过在白炭黑传统生产工艺的中间过程，沉淀生成白炭黑工序或白炭黑滤饼制成喷雾干燥用浆料工序引入片状碳材料，可以显著提高白炭黑复合粉体的导电性。虽然片状碳材料——鳞片石墨、纳米石墨片和石墨烯具有高的石墨化结晶度，具有高的导电性，但是片层间具有较强的范德华力，具有不足的可分散性。氧化石墨烯可以通过还原处理，也具有较好导电性。片状碳材料通过小比例的和白炭黑复合，白炭黑和片状碳材料可以互相隔离和分散，从而得到高分散性和高导电性的白炭黑复合粉体。此外，纳米石墨片、石墨烯、氧化石墨烯、超细鳞片石墨的价格较贵，沉淀法白炭黑是廉价的大宗产品，通过小比例的在沉淀法白炭黑中掺入片状碳材料可以得到经济好的高导电性白炭黑复合材料。既解决了片状导电材料，尤其是昂贵的纳米石墨片、氧化石墨烯和石墨烯的使用成本问题和分散性问题，也提升了沉淀法白炭黑的导电性。高导电性沉淀法白炭黑复合粉体，可以广泛使用在橡胶、塑料、涂料等领域。

片状碳材料和沉淀法白炭黑复合，除了可以改善白炭黑的导电能力，还可以用在聚合物里提高制品的综合性能。例如，沉淀法白炭黑与石墨烯形成的复合材料可以显著提高橡胶制品的导热性和耐磨性，添加到轮胎里可以显著提高轮胎的导热能力和耐磨能力。

根据制备方法的不同，片状碳材料中的鳞片石墨、纳米石墨片、或石墨烯的平均片径从常见的几百μm到几百nm都可以制备。本发明中，片状碳材料的平均片径最好小于20μm，尤其平均片径小于5μm为好。在聚合物中，片状碳材料与聚合物基体通常具有弱的界面结合力，会成为应力的集中区域。平均片径越大，对聚合物基体的力学性能影响越严重，所以优选小片径的片状碳材料与炭黑复合。本发明中鳞片石墨的目数大于1000目，优选大目数超细鳞片石墨与沉淀法白炭黑复合，超细鳞片石墨具有更小的平均片径和层数，性能更优越，导电性更好。