[发明专利]一种高分散炭黑及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种高分散炭黑及其制备方法和应用，属于导电材料技术领域。本发明提供的高分散炭黑的制备方法通过引入微波场对共混体系进行预处理，可发挥炭黑的吸波发热特性，在微波场下，炭黑温度快速上升，并使得附着在炭黑表面的加工助剂液化或汽化，加工助剂分子在微波场的高能量作用下运动更为活跃，增加与炭黑的碰撞几率，进而使得加工助剂分子更均匀地分布在炭黑表面及空隙中，在经过挤压、降温、造粒后即可形成高分散炭黑，该体系仅有炭黑和加工助剂组成，可更好地实现炭黑在基体中的分散，有利于在减少炭黑使用量的情况下实现导电性能更优异、更稳定的功能高分子复合材料。

技术领域

本发明涉及导电材料技术领域，尤其涉及一种高分散炭黑及其制备方法和应用。

背景技术

导电复合材料在电磁屏蔽、抗静电材料、电极材料、导体材料、传感器和显示材料领域有着十分巨大的应用和发展前景，主要原因在于复合材料具备密度低、导电性范围大、加工性能优良、耐腐蚀性强、成本相对较低等优点。近年来，随着科技的发展及应用范围的拓展，对导电材料的性能、成本提出了更高的要求，导电复合材料新技术的开发也越来越得到重视。

导电炭黑具有较低的电阻率，其具备粒径小，比表面积大，结构性高的特点，是制备导电高分子材料的重要功能填料，因其价格低廉而在工业上有着广泛的应用。导电高分子材料的导电性能与导电填料结构和含量密切相关，对于炭黑这种高结构的导电填料而言，其分散性直接决定了导电性能的好坏及导电性的稳定性，例如在电缆屏蔽料领域，使用高结构导电碳黑可在较低含量下制备电阻率符合要求的屏蔽材料，但高结构的炭黑难以在加工中完全分散开，其导电机理主要是场致发射论和隧道效应，存在体积电阻率重现性不好，并容易受到设备和工艺的影响。因此当前电缆用屏蔽料多采用低结构、中高导电性能的炭黑作为填料，通过增加炭黑含量使得炭黑粒子间相互接触形成导电通路，从而制得导电性能更稳定、重现性更高的产品。

虽然低炭黑含量、导电性能高且稳定的导电高分子复合材料对于减少制造成本、降低产品密度、保持产品力学性能等有着重要的意义，但是当前产业上所用导电高分子复合材料多是直接将导电碳黑、高分子基体和加工助剂在计量后直接投料进行熔融加工，这种加工方式也决定了难以实现纳米级炭黑材料的高分散，无法充分发挥自身导电性能，制约了低炭黑含量、高导电性能导电高分子材料的发展。

因此，如何实现纳米级炭黑材料的高分散，使其充分发挥自身导电性能，成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高分散炭黑及其制备方法和应用，本发明提供的高分散炭黑直接与高分子基体熔融共混即可实现高分散，制备的导电高分子复合材料的体积电阻率低，导电性能好。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种高分散炭黑的制备方法，包括以下步骤：

(1)将炭黑与加工助剂混合后进行微波处理，得到混合物；

(2)将所述步骤(1)得到的混合物进行造粒，得到高分散炭黑。

优选地，所述步骤(1)中的加工助剂包括润滑剂、增塑剂和偶联剂中的至少一种。

优选地，所述润滑剂包括硬脂酸丁酯、硬脂酸锌、石蜡、PE蜡和乙撑双硬脂酰胺中的至少一种；所述增塑剂包括磷酸酯、邻苯二甲酸酯、偏苯三酸酯和环氧甘油三羧酸酯中的至少一种；所述偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的至少一种。

优选地，所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺；所述增塑剂为磷酸酯；所述偶联剂为硅烷偶联剂。

优选地，所述步骤(1)中炭黑与加工助剂的质量比为1：(0.1～1)。

优选地，所述步骤(1)中混合的方式为高速搅拌或喷洒。

优选地，所述步骤(1)中微波处理的功率为50～500W，微波处理的时间为0.5～5min。