[其他]改進炭黑表面特性的方法及經改進的炭黑

無效

• 申請號: 87102344
• 申請日: 1987-03-24
• 公開（公告）號: CN87102344A
• 公開（公告）日: 1987-10-14
• 發明（設計）人: 賈斯帕德·哈維·阿特金斯
• 申請（專利權）人: 卡伯特公司
• 主分類號: C09C1/56
• 分類號: C09C1/56
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 李若娟

當碳黑摻入聚合物系統時，化合物吸濕（CMA）即化合物吸收水量可能增加。導電聚合物中提高化合物吸濕至少會造成兩個值得注意的問題。首先，在擠壓成形期間，溫度能超過100℃（373°K），化合物吸收的水份就可蒸發。這種蒸發導致在擠壓物表面產生氣孔，此乃電介質缺陷的潛在根源。其次，化合物吸收的水份本身能通過“電弧電阻”技術促使介質擊穿。（所述術語“電弧電阻”源于顯微觀察看到的介質擊穿軌跡的形狀）。

尤其當一些導電碳黑摻入聚合物材料，發現化合物吸收水份的增加，主要歸因于碳黑的微孔率。現在，根據本發明介紹一種方法，可選擇地改進碳黑的微孔率。用被碳黑吸附的有機吸附物處理碳黑，可有效地堵塞特定尺寸范圍的微孔，而對化合物的其它性質沒有不利影響。

申請人確定用吸附物處理碳黑，重要的是選定分子尺寸可以填充選定孔徑范圍微孔的吸附物，由此有效地阻止吸收不利水份。據發現，選擇的吸附物分子牢固地粘合在碳黑上，而且在正常的處理、貯存或使用情況下不會脫離。理論假定存在于如此小孔的重疊勢場粘合吸附物分子，具有較高的能量，使之難以取代微孔中的分子。

根據本發明的處理方法可有效地適用于任意品位的碳黑，該碳黑具有能透過水分子尺寸范圍的有效微孔部分為特征的表面顯微組織，可以做成丸狀或是松散的碳粒。因此，本處理方法有助于改進有很大表面積的爐碳黑（氮表面積[N₂SA]約大于140米²/克），因為這些碳黑具有有效微孔部分在規定的尺寸范圍的表面顯微組織的特征。在處理具有N₂SA大約200米²/克～260米²/克的較好爐碳黑條件下，達到了有效結果。

本發明（被）吸附物可以是任意的包括至少有4個碳原子的直鏈的有機分子，例如烷烴和取代的烷烴（胺、鹵化物、醇等）及其混合物。典型的材料包括正辛烷、正氨基辛烷、正己醇、正溴辛烷、正氯辛烷、4-甲基庚烷、2，5-二甲基庚烷、2，3，4-三甲基戊烷、2，2，4-三甲基戊烷、六甲基乙烷、正壬烷、正癸烷、正十二烷、正十六烷、1，3-二氯丙烷等。為了保持加熱過程中處理的效率和持久性，吸附物最好至少有10個碳原子的直鏈，尤其是C₁₀-C₁₆的正烷烴，它們的特征是熱穩定性達到大約250℃（523°K）以上。

使吸附物吸附到碳黑上的方法并不嚴格。一般說來，處理方法僅僅包括下述步驟，即將選定的吸附物量與碳黑放在適宜的容器內混合，再攪動碳黑，確保吸附物浸漬碳黑表面。過量的或未被吸附的吸附物可在適宜的溫度下，對已處理的碳黑進行干燥而排除，一般溫度范圍約100～200℃（373～473°K）。碳黑的處理方法也可在制造或利用碳黑期間，方便地摻入到各種工藝步驟。例如在收集碳黑之前，把適宜的吸附物加入碳黑反應器的工藝管線，或當碳黑與聚合物摻在一起的配合工序期間，引入吸附物。

所用吸附物的最佳量取決于要處理的碳黑，它的表面積以及由本發明吸附物有效阻塞的尺寸范圍內微孔表面積的百分率。當處理導電碳黑時，用大約0.5%～5%（重量）吸附物實現了有效結果，而用大約1.0～2.0%吸附物尤佳。

下述實施例進一步說明本發明。這些實施例在性質上是作為說明的，并不限制本發明的范圍。

試驗方法

秤好的碳黑量加入大口玻璃瓶，然后吸附物以測定的重量百分比加到碳黑上，大口瓶用蓋子密封。滾動大口瓶大約1～5分鐘（60～300秒）使瓶內組分充分混和，揭開蓋子后，大口瓶及瓶內組分放在烘箱內干燥。

為了估計碳黑????賦予化合物吸濕的性能和體積電阻率特性，用適宜的樹脂與碳黑結合。為了說明起見，在下述實施例中，用乙烯-丙烯酸乙酯（EEA）作樹脂，以重量百分比為基準，用所要求的碳黑量摻入樹脂制備試驗化合物。在指定填充量條件下，將碳黑混入乙烯-丙烯酸乙酯中，用轉速60轉/分帶有循環油的布雷本登混合器，在110℃（383°K）下混合9分鐘（540秒）。在冷卻兩輥磨上壓成最后的化合物，并且為后續試驗制成片狀。