[发明专利]改性炭黑复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种改性炭黑复合材料及其制备方法和应用。所述的改性炭黑复合材料，包括炭黑1‑90wt％和无机纳米材料10‑20wt％，所述无机纳米材料紧密贴合于所述炭黑表面和/或嵌入所述炭黑内。本发明提供的改性炭黑复合材料中无机纳米材料与炭黑结合，增加了炭黑表面的粗糙度，以及增加了炭黑表面的高能活性点，从而提高了改性炭黑复合材料在橡胶材料中的补强性能，在橡胶材料制备中减少了炭黑的使用量，节约了生产成本。

技术领域

本发明涉及一种纳米材料，特别涉及一种改性炭黑复合材料及其制备方法和应用，属于纳米材料技术领域。

背景技术

无机纳米材料因其独特的纳米尺寸效应和较高的表面活性，在橡胶基体中具有一定的补强效果，但是由于纳米材料本体之间存在强烈的团聚作用，且与橡胶大分子的界面相容性不好等原因，导致了无机纳米材料在橡胶基体中的分散性能不好，大大影响了其补强性能的发挥。为了解决上述问题，人们习惯上对无机纳米材料本身进行表面改性，很多科研院所都进行过相关尝试，但是采取表面改性的方法往往会导致生产成本大大增加，改性效果也未必良好，因此影响了无机纳米材料潜在价值的发挥。而橡胶行业中早已大量使用的传统补强材料炭黑就不存在上述问题，但是炭黑也有其自身缺点，即生产炭黑的基本原料毕竟是石油、煤炭、天然气等越来越珍贵的战略能源物资，这就迫使人们不得不开发新型补强材料，减少炭黑生产的数量，摆脱或降低对炭黑的依赖。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种改性炭黑复合材料及其制备方法和应用，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例一方面提供了一种改性炭黑复合材料，包括炭黑1-90wt％和无机纳米材料10-20wt％，所述无机纳米材料紧密贴合于所述炭黑表面和/或嵌入所述炭黑内。

进一步的，所述无机纳米材料紧密贴合于所述炭黑微晶区域凹凸不平的表面和/或嵌入所述炭黑的微孔和中孔内，所述微孔的孔径为10-100nm，所述中孔的孔径为300-500nm。

更进一步的，所述改性炭黑复合材料的比表面积为86-129m²/g，所述改性炭黑材料的孔隙率为50-90％。

优选的，所述无机纳米材料包括无机纳米晶体，所述无机纳米晶体包括纳米级的氢氧化物，所述氢氧化物的粒径为10-50nm。

更为优选的，所述无机纳米晶体的形状为针状，针状无机纳米晶体的长度不超过100nm；所述针状无机纳米晶体针尖部位的长度和断面宽度之比不小于10，所述针状无机纳米晶体针尖部位的断面宽度和/或厚度小于10nm。

本发明实施例还提供了一种制备所述改性炭黑复合材料的方法，包括：将无机纳米材料分散于水溶液中形成无机纳米材料的水性分散体系，调节所述水性分散体系的pH为8-11，将炭黑与无机纳米材料的水性分散体系于80-120℃混合后获得所述改性炭黑复合材料。

优选的，所述无机纳米材料于炭黑的质量比为1∶4-5。

本发明实施例还提供了一种橡胶补强填料，包括所述改性炭黑复合材料或由所述的方法制备的改性炭黑复合材料。

本发明实施例另一方面还提供了一种橡胶材料，包括所述的橡胶补强填料。

进一步的，所述橡胶材料包括按重量份计算的如下组分：橡胶100份、改性炭黑复合材料30-50份、氧化锌2-6份、硬脂酸2-4份、硫磺1-5份，促进剂0.2-0.8份。

与现有技术相比，本发明的优点包括：本发明提供的改性炭黑复合材料中无机纳米材料与炭黑结合，增加了炭黑表面的粗糙度，以及增加了炭黑表面的高能活性点，从而提高了改性炭黑复合材料在橡胶材料中的补强性能，在橡胶材料制备中减少了炭黑的使用量，节约了生产成本。

附图说明