[发明专利]一种竹炭-炭黑纳米复合增强剂、制备方法及其应用

说明书

本发明涉及化工技术领域，具体而言，涉及一种竹炭‑炭黑纳米复合增强剂，包括以下步骤，S1向竹纤维浆料中通入含有机物的有机气体，将所述竹纤维浆料干燥并初步碳化，吸附含苯有机物的同时实现纤维低密度化，其中，所述含有机物的气体的温度大于250℃；S2将步骤S1初步碳化后的竹纤维在高温马弗炉中，加热，恒温至所述植物纤维完全碳化，得到所述竹炭‑炭黑纳米复合增强剂。其先利用竹纤维的吸附作用，使得竹纤维的内部和表面均负载有含苯有机物，再在高温下，使得有机物和竹纤维同时碳化，有机物碳化生成的炭黑直接附着在竹炭黑上，形成炭黑层，提高了竹炭黑的表面积，可为橡胶提供更多的结合位点。

技术领域

本发明涉及化工技术领域，具体而言，涉及一种竹炭-炭黑纳米复合增强剂、制备方法及其应用。

背景技术

炭黑是橡胶制品的常用添加剂，无论是在新制橡胶还是再生橡胶中都有较广泛的应用。在轮胎中加入炭黑可提高轮胎的力学性能、耐磨性等，目前向轮胎制品中加入炭黑的方式通常是将炭黑直接与橡胶粉等其他原料混合后，通过炼胶等方式得到橡胶制备，但炭黑容易团聚，在橡胶制品中存在分散不均匀的问题。

专利CN107674271A公开了一种轮胎用耐磨耐滑橡胶化合物，其包括粉末丁苯橡胶，纳米黄土粉体，玻璃纤维，竹炭，蒙脱土5-10份，端羟基液体丁苯橡胶、氢氧化铝，硫酸钙晶须，炉法炭黑等原料。该专利的配方中加入了炭黑、竹炭等，提高了橡胶的耐磨性，但在该配方中，炭黑和竹炭都容易团聚，二者仅仅是简单的物理混合，不会形成相互作用力，对橡胶的补强作用差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种竹炭-炭黑纳米复合增强剂的制备方法，其先利用竹纤维的吸附作用，使得竹纤维的内部和表面均负载上有机物，再在高温下，使得有机物和竹纤维同时碳化，有机物碳化生成的炭黑直接附着在竹炭黑上，形成炭黑层，提高了竹炭黑的表面积，可为橡胶提供更多的结合位点。

本发明通过以下技术方案实现：一种竹炭-炭黑纳米复合增强剂的制备方法，包括以下步骤，

S1向竹纤维浆料中通入含有机物的有机气体，将所述竹纤维浆料干燥并初步碳化，吸附含苯有机物的同时实现纤维低密度化，其中，所述有机气体的温度大于250℃；

S2将步骤S1初步碳化后的竹纤维在高温马弗炉中，加热，恒温至所述竹纤维完全碳化，得到所述竹炭-炭黑纳米复合增强剂。

在本发明中，其竹纤维浆料的制备方法包括，将天然竹子高速粉碎成浆料后，再在低速搅拌器中，低速搅拌1-2h，使得浆料充分浸润和混合，即得到所述竹纤维浆料。

在本发明中，先向竹纤维浆料中通入含有机物的有机气体，由于竹纤维的多孔结构具有吸附作用，气体中的有机物附着在竹纤维的内部和表面，通过高温气体的干燥和初步碳化，吸附含苯有机物的同时实现纤维低密度化，随后将初步碳化后的竹纤维在高温马弗炉中碳化，由于有机物附着在竹纤维的表面和内部，因此在碳化过程中，有机物碳化形成的炭黑原位生长，在竹炭黑上形成有机物炭黑层，并且有机物炭黑层的支链与竹炭黑的纤维结构相互作用，使得竹炭-炭黑复合增强剂较为松散。

本发明制备的竹炭-炭黑增强剂呈高结构炭黑聚集体堆积，其发达的链枝或纤维结构互相作用，提高橡胶的拉伸强度，降低原橡胶密度；且由于其大量微纳孔结构，可有效吸附并固定小分子有机物，起到再生橡胶无味改性效果。

进一步的，所述有机气体的通入速率为0.5-6m³/s，所述有机气体的温度为250-800℃。

进一步的，在所述步骤S1中，所述有机物为苯、二异丙苯、酸酐、苯乙烷、二甲苯或三甲苯中的任意一种。

进一步的，所述竹纤维浆料中，所述竹纤维的粒径小于等于10目。

本发明的另一个目的在于，提供一种基于竹炭-炭黑纳米复合增强剂的再生橡胶制备方法，包括以下步骤，