[发明专利]由可再生原材料制备的颗粒状的碳材料和用于其制备方法

说明书

本发明涉及一种能由可再生原材料，尤其含木质素的生物质制备的颗粒状的碳材料，其具有：对应于可再生原材料的¹⁴C含量的¹⁴C含量，所述¹⁴C含量优选大于0.20Bq/g的碳，尤其优选大于0.23Bq/g的碳，然而，优选分别小于0.45Bq/g的碳；碳含量按不含灰分的干物质计占60质量％和80质量％之间；最小5m²/g并且最大200m²/g的一次颗粒的STSA表面积；和在50ml/100g和150ml/100g之间的吸油值(OAN)。本发明同样涉及用于其制备的方法和其应用。

本申请是申请号为201680068049.8(国际申请号PCT/EP2016/078176)、申请日为2016年11月18日、发明名称为“能由可再生原材料制备的颗粒状的碳材料和用于其制备方法”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种颗粒状的碳材料和一种用于所述碳材料制备的方法和该材料在聚合物混合物中的应用。

背景技术

存在颗粒状的碳材料的各种各样的应用。一种应用是用作用于聚合物如弹性体、热塑性塑料或热固性塑料的填充材料。在制造由弹性体构成的橡胶制品时使用填充材料，以便影响交联的橡胶制品的橡胶方面的特性，其例如作为拉伸强度、硬度、刚性或抗断强度来测量。此外，由此调节产物特性，例如在车辆轮胎中的滚动阻力、磨损和湿滑抓地性能。通过填充材料影响橡胶方面的特性也称作增强。

目前使用最广泛的填充材料是炭黑和硅酸。炭黑大多通过天然气的、石油颗粒的和/或煤基油的热解来制备，其中根据炭黑质量在制备时产生巨大量的二氧化碳。沉淀二氧化硅由水玻璃制备，其中在水玻璃制备时同样产生大量的二氧化碳。

在化石的碳资源减少(参见石油和煤焦油作为炭黑原材料)，节约化学制剂(见在硅酸沉淀时的硫酸)的过程中，但主要在避免从化石来源中排放二氧化碳(见在水玻璃制备时的碳酸盐分解；见油或气体在炭黑反应器的预燃烧室中燃烧以及炭黑原材料在炭黑形成时的部分燃烧)期间，存在基于可再生原材料制备工业产物的日益增长的需求。在可再生原材料中，全部碳源自大气的二氧化碳。因此，在可再生原材料的能量利用中，二氧化碳平衡尽可能是中性的。在可再生原材料的材料利用中，在制备时不释放化石的碳并且甚至——至少在相应的产物的利用的持续时间期间——大气的碳结合在含碳的材料中。

在下文中描述例如基于可再生原材料的、能用作填充材料的颗粒状的碳材料，与经典制备的填充材料炭黑和硅酸比较，所述颗粒状的碳材料在用作弹性体中的填充材料时具有令人惊讶好的特性。

下面，描述本发明使用的术语的含义：

填充材料是颗粒状的固体，所述固体添加给弹性体、热塑性塑料或热固性塑料。根据填充材料的特性，例如，在添加至弹性体时，(例如通过硫化)交联的橡胶混合物的橡胶方面的特性通过在交联之前通常与其他添加剂一起添加填充材料受到不同程度影响。

典型的填充材料是硅酸。硅酸基本上指的是沉淀二氧化硅，所述沉淀二氧化硅主要在橡胶制品中应用。此外，还有烟雾硅胶。

其他典型的填充材料是炭黑。在此，总是指的是工业炭黑、即具有限定的特性的、技术上有针对性制备的炭黑。炭黑主要经由不完全燃烧或热解制备。在此，炭黑并不表示如在柴油炭黑或烟囱炭黑的情况下的燃烧副产物。

炭黑和/或硅酸的增强作用与填充材料的一次粒径密切相关。一次粒径与比表面积直接相关。