[发明专利]一种改性炭黑及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于化合物改性领域，具体涉及一种改性炭黑及其制备方法与应用。

背景技术

导热粘合剂在电子电器散热领域正日益发挥着不可替代的作用，导热填料的开发与应用已成为人们研究的热点。炭黑资源丰富，价格低廉，广泛应用于补强填料、导电填料和颜料等。炭黑还具有较好的导热性，可用作导热填料，但导热性不及石墨、氮化硅等导热填料，在这方面开发的产品并不多。炭黑作为导热填料往往是未经任何表面处理直接加入聚合物基体中制备导热复合材料，但在很高填充量下，导热系数仍然不高，而且使聚合物本体拉伸强度、冲击强度等力学性能下降，给导热复合材料的制备和加工带来了困难。主要原因是高分子为低表面能物质,而炭黑为高表面能物质，亲水性好，与疏水性的有机物吸附性弱，炭黑粒子间容易团聚，在高分子基体中的分散性差，不能很好地形成导热网链结构，导热性能下降。欲克服炭黑作为导热填料分散性差的缺点，必须对其进行改性。

目前，在改性炭黑方面，研究者主要采用物理吸附和化学键合的改性方法将聚合物修饰到炭黑表面，借助炭黑粒子之间的物理隔离或静电排斥，解决炭黑在基体中的团聚问题。聚合物对炭黑进行改性技术主要包括聚合物包覆改性、聚合物吸附改性和聚合物接枝改性。其中聚合物接枝改性是提高炭黑分散性质的一个最有效方法。借助炭黑表面的含氧官能团，可与低分子化合物反应形成活性位点，也可直接与带活性端基的聚合物分子结合，得到分子量和结构容易控制的接枝聚合物。高分子链接枝到炭黑表面,其空间位阻作用阻止了炭黑粒子再聚集,从而改善炭黑在溶剂中的分散性，炭黑与聚合物基体的相容性也大大提高。

(1)中国专利200610155007.6公开了一种采用表面接枝改性法制备分散性炭黑的方法。在4-羟基-2，2，6，6-四甲基哌啶氮氧自由基(HTEMPO)存在下，经可控自由基聚合，制得一系列带有HTEMPO端基的聚合物。所得改性炭黑可以分散在多种聚合物有机溶剂中。但是该改性过程需在无氧条件下进行，反应条件要求过于苛刻，成本较高。

(2)中国专利201410301378.5提供一种改性炭黑，在它的表面接枝不饱和偶联剂，偶联剂一端的不饱和双键作为接枝基团，接枝在炭黑表面上，另一端的活性基团作为交联基团，赋予其与橡胶交联的功能。但在改性炭黑中引入氯硫等元素，使用过程中容易降解，产生污染气体，不适宜用于环保要求较高的电子电器散热领域。

(3)中国专利200780053081.X通过使炭黑表面的官能团与三异氰酸酯化合物的一个异氰酸酯端基键合，而其余两个异氰酸酯端基分别与具有二醇改性端基的聚合物的羟基键合，制得一种分散性表面改性炭黑。该改性炭黑在非极性溶剂、低极性溶剂和树脂中分散性大大提高。但是未对炭黑表面官能团进行活化，与三异氰酸酯化合物的反应效率不高，接枝率比较低。

发明内容

为了克服现有技术中原生炭黑添加量大、导热性差、力学性能下降等缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种改性炭黑的制备方法，该方法是在炭黑表面接枝聚烯烃链段，使其与丁基橡胶、天然橡胶、乙丙橡胶等具有很好的相容性。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的改性炭黑。

本发明的再一目的在于提供上述改性炭黑的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种改性炭黑的制备方法，包含如下步骤：

(1)将炭黑加入强氧化剂溶液中进行氧化，以增加炭黑表面羧基(-COOH)含量，氧化后淋洗，得到氧化炭黑(OCB)；

(2)将氧化炭黑(OCB)加入氯化亚砜溶液中，在炭黑表面引入酰氯基团(-COCl)，除去氯化亚砜，得到酰氯化的炭黑；

(3)将酰氯化的炭黑和端羟基聚丁二烯(HO-[-CH₂-CH＝CH-CH₂-]_n-OH)在石油醚溶剂中反应，从而在炭黑表面引入聚丁二烯链段，冷却抽滤，得到改性炭黑(MCB)；

步骤(1)中所述的炭黑为原生炭黑，其粒径为30～100nm；

步骤(1)中所述的强氧化剂溶液为物质的量浓度1～5mol/L的硝酸溶液、过氧化氢溶液、高氯酸和高锰酸钾溶液中的至少一种；

步骤(1)中所述的氧化条件为炭黑于80～100℃下在强氧化剂溶液中回流12～24h；

步骤(2)中所述的氯化亚砜溶液的浓度为2～5mol/L；优选为3mol/L；

步骤(1)中所述的淋洗优选使用水进行淋洗；