[发明专利]一种碳黑/聚苯胺纳米纤维复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳黑/聚苯胺纳米纤维复合材料及其制备方法，制备方法包括：将碳黑粉末混合于苯胺、有机酸和有机溶剂构成的有机层中，并进行超声分散；将引发剂和无机酸在水中混合均匀形成无机层；将无机层边搅拌边缓慢滴加至有机层中，并进行超声分散，然后静置反应生成聚苯胺纳米纤维，实现对碳黑的复合改性；将反应产物后处理得到所述碳黑/聚苯胺纳米纤维复合材料。本发明采用自由基聚合反应生成聚苯胺纳米纤维，与碳黑进行复合，在提高碳黑分散能力的同时，增强碳黑在基体材料中的镶嵌及拉拽能力以提升界面结合能力，从而更大程度上提高材料的力学性能。

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种碳黑复合材料及其制备方法。

背景技术

碳黑是由有机物不完全燃烧形成的碳微粒，其内部晶粒结构介于有序三维石墨结构与无序二维碳层结构之间，晶粒之间通过官能团或无定形碳层相连，且碳层发育不完全，即使热处理温度达到3000℃以上，也无法形成较高的石墨化度。同时，碳黑在碳层结构上的特殊性也使其具有良好的硬度、强度及耐磨性，因而常作为填料或增强相广泛应用于碳石墨材料、橡胶材料中。然而，碳黑较大的比表面积、表面静电力导致其在溶剂中极易团聚沉淀，即使采用长时间的机械搅拌、超声振荡也无法有效分散。为提升碳黑填料的分散能力及其与基体材料的结合力，需对碳黑进行表面改性，目前大部分改性方法集中在表面附着或生成亲水/亲油官能团以提高碳黑在溶剂中的分散性能。

例如，CN 101679776A公开了分散性表面改性碳黑，其通过三异氰酸酯化合物与碳黑表面的官能团及具有二醇改性端基的聚合物结合，使表面改性过的碳黑在非极性或低极性溶剂中良好分散。

CN 109836851A公开了一种碳黑的氧化方法，采用氧气反应形成的氧气和臭氧的混合气体对碳黑进行氧化处理，使碳黑表面生成氧化官能团以具备一定的亲水性能。

但是，采用官能团改性碳黑表面的方法无法改善碳黑颗粒在基体中的镶嵌性能，尤其在需要高温焙烧的基体材料中，有机官能团极易分解挥发，此时官能团改善复合材料界面性能的价值不再体现，性能将无法得到有效提升。因此，亟需提出一种可同时提高碳黑分散能力及其在基体材料中的镶嵌能力的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种碳黑复合材料及其制备方法，以提高碳黑的分散能力及在基体材料中的镶嵌能力。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种碳黑/聚苯胺纳米纤维复合材料的制备方法，包括下述的步骤：

S1.将碳黑粉末混合于苯胺、有机酸和有机溶剂构成的有机层中，并进行超声分散；

S2.将引发剂和无机酸在水中混合均匀形成无机层；

S3.将无机层边搅拌边缓慢滴加至有机层中，并进行超声分散，然后静置反应生成聚苯胺纳米纤维，实现对碳黑的复合改性；

S4.将S3的反应产物后处理得到所述碳黑/聚苯胺纳米纤维复合材料。

进一步的，S1所述碳黑包括喷雾碳黑、高耐磨碳黑或造粒碳黑中的任意一种或多种。

进一步的，S1所述有机溶剂为不溶于水的有机溶剂。

进一步的，S1所述有机酸包括柠檬酸、醋酸或苯磺酸中的任意一种或多种。

进一步的，S1所述有机层中苯胺、有机酸和有机溶剂的质量比为2:(1～2):(10～20)，碳黑与苯胺质量比≤1:2。

进一步的，S2所述引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、FeCl₃或MnCl₂中的任意一种或多种。

进一步的，S2所述无机酸包括盐酸、硫酸、高氯酸或硼酸中的任意一种或多种。