[发明专利]一种改性炭黑粒子及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种改性炭黑粒子及其制备方法和用途，在炭黑造粒过程中加入纳米碳材料，造粒后得到改性炭黑粒子；所述纳米碳材料包括石墨烯材料和/或碳纳米管；所述改性炭黑粒子的粒径为1‑5mm；所述改性炭黑粒子用作导电填料、导热或轮胎橡胶的补强剂。本发明提供的制备方法能够实现纳米碳材料在炭黑中的均匀分散，最大程度的提高炭黑的导电性，也有利于后续与高分子材料混合时的分散性。

技术领域

本发明涉及碳材料技术领域，尤其涉及一种改性炭黑粒子及其制备方法和用途。

背景技术

炭黑是一种具有纳米尺度的粒子状结构，炭黑的粒径一般为50-300nm，炭黑的一个重要用途就是用于补强橡胶，在橡胶制品中，炭黑起到填充和补强的作用。填充炭黑后，提高基体材料的强度、黑度或导电性等功能。炭黑的粒子具有一定的聚集性，在炭黑生产中，炭黑与木质素、粘结剂造粒形成炭黑粒子，有利于在后续的包装、运输、加工领域使用。

为了进一步提高炭黑的导电性能，常常会加入石墨烯、多层石墨、碳纳米管等高导电性的碳材料，但是这些碳材料在于炭黑混合的同时容易发生团聚，导致分散不均匀，达不到预期的提升炭黑导电性能的效果，还会影响到后续与高分子材料的结合性能。例如，石墨烯的二维纳米片层结构，石墨烯的片层之间很容易在范德华力的作用下，发生团聚作用，致使石墨烯的片层厚度增加，不利于导电性的提升，后续的与高分子材料的混合分散方面也存在困难，很难使石墨烯实现均匀分散。

CN201510961101公开了一种炭黑复合粉体材料的生产方法，是往炭黑生产装置内注入生成炭黑的烃类原料的同时，往炭黑生产装置内注入无机粉体的液态浆料，其液态浆料包括碳纳米管液态浆料、白炭黑液态浆料、鳞片石墨液态浆料、纳米石墨片液态浆料、石墨烯液态浆料或氧化石墨烯液态浆料，无机粉体是使用超声波设备、球磨机、均质机、或高剪切乳化机中的一种分散在液态溶剂中，从而得到分散均匀的无机粉体液态浆料，最终经高温反应得到均匀的炭黑复合粉体材料。此方法工艺流程短，可以利用传统炭黑生产设备，能耗低，制得的炭黑复合材料相比单一的炭黑材料具有更好的综合性能，但是上述液态浆料其要分散在炭黑原料油中，不仅需要剧烈的分散处理工艺，而且在炭黑裂解过程中高温对石墨烯片层有一定的破坏作用，会影响炭黑与石墨烯等的结合作用，不利于导电性能的提升。

CN201711279620公开了一种碳纳米管和炭黑超强复合填料的原位制备方法，将定量的碳纳米管预先掺混入制备炭黑的液态原料后再经高温原位制备的碳纳米管和炭黑超强复合填料。将碳纳米管预先添加到制备炭黑的液态原料中，原位合成碳纳米管和炭黑的超强复合填料，制备出以预混入的碳纳米管为主线，以生成出的炭黑粒子为串珠形式的完美的类葡萄串结构。该原位形成的超强复合填料，可以自由控制碳纳米管与炭黑的组成比例，起到很好的导电和补强效果，但是碳纳米管在炭黑液态原料中会存在分散不均匀的情况，会影响后续与高分子材料的结合性能。

CN107099171A公开了一种石墨烯增强炭黑及其制备方法，其技术特征在于将富含碳源的物质与含氧气体、无机盐分别引入燃烧反应炉，先高温燃烧，再缺氧燃烧后形成气液固三相流，同时通过旋流离心将气相与液固相实现分离，固相炭黑混入熔盐形成由熔融无机盐、悬浮的炭黑和溶解于熔盐的单原子碳组成的溶有原子碳的炭黑熔盐悬浊液；气相物质经处理后排放；进一步收集所述溶有原子碳的炭黑熔盐悬浊液；将所述溶有原子碳的炭黑熔盐悬浊液冷却，石墨烯过饱和析出在炭黑上，然后结晶为固态粉体；将所述固态粉体中的无机盐通过水洗脱除，得到石墨烯增强炭黑粉。具有性能质量优良，成本低、效率高、污染少的特点，但是该方法操作十分复杂，还会产生烟气，并且石墨烯在炭黑粉中可能会发生团聚，致使石墨烯的片层厚度增加，不利于导电性的提升，在高分子材料中的分散液存在着困难。

因此，本领域亟待开发一种利用碳材料来改性炭黑的方法，使碳材料能够在炭黑中均匀分散，得到具有高导电性的改性炭黑，且改性炭黑在高分子材料中具有良好的分散性能，且操作简单、成本低。

发明内容