[发明专利]基于粉末预处理的高纯炭黑纳米材料及其制备方法

说明书

本发明涉及炭黑材料技术领域，具体地说，涉及基于粉末预处理的高纯炭黑纳米材料及其制备方法。其包括以下重量份的原料：高纯炭黑、钛酸酯偶联剂、十八醇、分散剂、接枝剂和氧化处理剂，其余为水；该基于粉末预处理的高纯炭黑纳米材料及其制备方法中，本发明制备的炭黑其粒径相较于传统工艺制备的炭黑要小，比表面积大，同时碳的转化率接近100%，制备过程中无污染物的产生，相对来说更为环保，通过加入的氧化处理剂，可提高炭黑表面的基团数量，提升基团的挥发性和局部极性，使得炭黑粒子间的聚集可能性下降，提高炭黑在基体中的分散性，同时不会对炭黑的纯度造成影响，且氧化效果较好。

技术领域

本发明涉及炭黑材料技术领域，具体地说，涉及基于粉末预处理的高纯炭黑纳米材料及其制备方法。

背景技术

纳米炭黑与橡胶的复合方法在一定程度上解决了纳米材料的分散并强化了与基体之间的界面作用，但炭黑的分散性差，应用于基体中增强效果不明显，同时由于传统工艺制备的炭黑纯度交底，在分散性差的基础上使得增强效果进一步下降，因此需要一种高纯炭黑纳米材料来改善现有技术的不足。

发明内容

本发明的目的在于提供基于粉末预处理的高纯炭黑纳米材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供基于粉末预处理的高纯炭黑纳米材料，包括以下重量份的原料：高纯炭黑20-30份、钛酸酯偶联剂1-3份、十八醇1-3份、分散剂1-5份、接枝剂5-10份和氧化处理剂300-400份，其余为水。

作为本技术方案的进一步改进，所述高纯炭黑的制备方法为：

S1.1、将碳氢化合物通入高温预先产生的等离子体中，并在高温下快速通过；

S1.2、然后再次进入另一个高温环境中，最后通过冷却分离即可制备的高纯炭黑。

在这种方法下制备的炭黑其粒径相较于传统工艺制备的炭黑要小，比表面积大，同时碳的转化率接近100%，制备过程中无污染物的产生，相对来说更为环保。

作为本技术方案的进一步改进，所述S1.1中，等离子体温度为3200-3500℃，S1.2中，高温环境为600-1000℃。

作为本技术方案的进一步改进，所述分散剂选自顺丁烯二酸酐、甲基丙烯酸、丙烯酸、乙烯苯磺酸和聚氧乙烯醚中的至少一种，便于让炭黑粒子均匀分布在水洗体系中，更好的进行改性。

作为本技术方案的进一步改进，所述接枝剂选自阴离子聚丙烯酰胺和聚苯乙烯中的至少一种，使炭黑表面的聚合物支链可以大大减少炭黑的聚集，而且可以使炭黑在聚合物基体中分散性变好。

作为本技术方案的进一步改进，所述氧化处理剂选自硝酸溶液和过氧化氢溶液中的至少一种，通过氧化炭黑，可提高炭黑表面的基团数量，提升基团的挥发性和局部极性，使得炭黑粒子间的聚集可能性下降，提高炭黑在基体中的分散性，而采用硝酸溶液或过氧化氢溶液进行液相氧化，不会在炭黑中残留其他杂质，因此不会对炭黑的纯度造成影响，且氧化效果较好。

另一方面，本发明提供了一种用于制备如权利要求1-6中任意一项所述的基于粉末预处理的高纯炭黑纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤；

S2.1、将氧化处理剂通过水浴保持低温，然后加入高纯炭黑，升温后进行搅拌；

S2.2、再次加入至低温水浴中，进行冲洗过滤，之后再次加水；

S2.3、加入钛酸酯偶联剂、十八醇、分散剂和接枝剂，升温进行搅拌；

S2.4、搅拌后冷却到室温，然后进行过滤，并冲洗干净，最后干燥制得高纯纳米炭黑。

优选的，所述S2.1中，低温水浴为0-10℃，加入高纯炭黑10-15min后，升温至80-100℃。

优选的，所述S2.2中，低温水浴为0-10℃，反复冲洗过滤3-5次。