[發(fā)明專利]一種碳包覆白炭黑

有效

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• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN103937293A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設計）人: 王益慶;沈家鋒;鄧斯奇;張立群
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C09C1/28
• 分類號: C09C1/28;C09C3/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發(fā)明涉及一種碳包覆白炭黑。具體涉及一種新型核殼結構的納米白炭黑的制備方法。本發(fā)明方法簡便，效率高且滿足節(jié)能環(huán)保需求。

背景技術

白炭黑即沉淀二氧化硅，又名為水合二氧化硅，分子式為SiO₂·nH₂O，具有特殊的表面結構(帶有表面羥基和吸附水)、特殊的顆粒形態(tài)(粒子小、比表面積大等)和獨特的物理化學性能。因而白炭黑具有多孔性、高分散性、質輕、化學穩(wěn)定性好、耐高溫、不燃燒、電絕緣性好等優(yōu)異性能的重要無機硅化合物。這樣的特性使得白炭黑廣泛應用在橡膠、塑料、涂料、醫(yī)藥、日用化工等諸多領域。

然而，由于傳統(tǒng)的白炭黑內部的聚硅氧和外表面存在的活性硅醇基及其吸附水特性，使其呈親水性，將白炭黑添加入橡膠等材料后，白炭黑難以在有機相中濕潤和分散。而且，由于白炭黑表面存在羥基，表面能較大，聚集體總傾向于凝聚，因而產品的應用性能受到影響。

因此，為提高白炭黑在聚合物中的分散性，必須對其進行表面改性。目前，白炭黑的表面改性，國內外都已經做了許多研究，但是大部分的研究都局限在消弱白炭黑成品顆粒表面硅羥基活性等對分散的影響。

中國專利一種淀粉/白炭黑復合填料的制備方法，涉及的白炭黑改性方法是將白炭黑混入預先糊化好的淀粉糊中的共混改性方法，此法工藝簡單，易于實現，但僅僅是對白炭黑成品的改性處理，淀粉與白炭黑間的包覆為簡單的吸附。

對白炭黑進行改性，不僅僅局限于對成品白炭黑的改性，可以在白炭黑的生成過程中進行原位改性。

含碳鏈結構的物質有淀粉，低聚糖，甘油等，這些物質中，淀粉是由a—D—葡萄糖組成的多糖高分子化合物，分子式為(C₆H₁₀O₅)_n，其分子結構有直鏈狀和支鏈狀兩種，它是一種強極性多羥基的結晶性物質。淀粉分子的每個葡萄糖結構單元中的2，3，6位碳上含有羥基，有這幾個具有化學活性的羥基，所以可以與許多化合物發(fā)生接枝、交聯(lián)反應，這使得淀粉對白炭黑進行改性成為可能。

而低聚糖是碳與水的化合物，是多羥基醛或酮，低聚糖由2～10個單糖分子脫水縮合而成，常見的蔗糖，麥芽糖等均為低聚糖，這些物質中同樣含有化學活性的羥基。同樣，甘油、聚乙二醇等物質中也擁有類似結構的活性羥基。

因而，使用這些擁有活性基團的含碳結構的物質，對白炭黑進行改性。在制備白炭黑的過程中，使白炭黑表面包覆一層含碳的包覆層，最后再經惰性氣體或絕氧氛圍中高溫碳化，可獲得一種新的核殼結構的碳包覆白炭黑復合材料。

目前，對于包覆改性白炭黑的研究尚屬空白，采用碳源物質對白炭黑進行改性制備碳包覆白炭黑，對于改善白炭黑的表面結構有著重大的意義，其擁有的獨特結構將對白炭黑行業(yè)及碳黑行業(yè)均有重大的影響，輪胎胎面要求的‘魔鬼三角’性能將會獲得更為明顯的平衡。

發(fā)明內容

本發(fā)明涉及一種碳包覆白炭黑，本發(fā)明采用淀粉、低聚糖、甘油、聚乙二醇、木質素為原料，對白炭黑進行改性，在二氧化硅表面均勻包覆一層碳源物質，再經惰性氣體或絕氧氛圍中高溫碳化得到一種以二氧化硅為核、碳為殼的核殼結構納米粉末。與傳統(tǒng)白炭黑相比，本發(fā)明得到的碳包覆白炭黑表面擁有獨特的碳包覆層，賦予了白炭黑導電性，提高了白炭黑的結構性，改善了白炭黑與橡膠的相容性，且應用在輪胎中提高了輪胎的抗?jié)窕阅埽Σ辽鸁嵝〉忍攸c，這些特性使得碳包覆白炭黑的研究意義十分重大。

一種碳包覆白炭黑，其特征在于，所述白炭黑表面均勻包覆一層白炭黑質量的2～25％碳源物質，惰性氣體或絕氧氛圍中，300～500℃下碳化得到碳包覆白炭黑，形成核-殼結構；所述碳包覆白炭黑中二氧化硅平均粒徑為5～100nm，所述碳包覆層厚度為1～10nm，碳包覆層含碳量不小于95％，所述碳包覆白炭黑包覆率為50％～85％。

進一步，所采用的碳源物質為淀粉、低聚糖、甘油、聚乙二醇或木質素一種或幾種。

進一步，所使用的淀粉為糯米淀粉，玉米淀粉，豌豆淀粉，木薯淀粉，紅薯淀粉，大豆淀粉或高粱淀粉。

進一步，所使用的低聚糖為：紅糖、白糖、蔗糖或麥芽糖。

進一步，所使用的惰性氣體為氮氣或氬氣。

作為優(yōu)選：所用的白炭黑為氣相白炭黑、沉淀法白炭黑。