[发明专利]一种改性热裂解炭黑

说明书

本发明涉及一种改性热裂解炭黑及其制备的方法，该改性热裂解炭黑包括羟基化热裂解炭黑、羟基化碳纤维和偶联剂,其改性方法是先用羟基化改性剂将热裂解炭黑和碳纤维的表面羟基化，再用偶联剂将羟基化的热裂解炭黑和羟基化碳纤维键接生成改性热裂解炭黑。

技术领域

本发明涉及一种改性热裂解炭黑及其改性方法。特别涉及一种采用碳纤维和偶联剂改性的改性热裂解炭黑。将该改性热裂解炭黑应用于橡胶制品中，能提高橡胶制品中的强度，并增加了热裂解炭黑的使用量。

背景技术

在经济、社会高速发展的今天，资源、环境等方面的矛盾日趋尖锐，家用轿车逐渐进入千家万户，废轮胎的数量也越来越多。目前处理废轮胎的方法主要有：旧胎翻新、直接掩埋、生产胶粉和生产热裂解炭黑。轮胎翻新要求胎体完整不受损，但是用于轮胎翻新的轮胎比较少，有一定的局限性；掩埋处理虽然简单，但会对地下水质和周围土壤造成污染；胶粉生产过程中需要冷冻粉碎研磨，但这个过程需要较高的能耗和能源密集型设备；热裂解炭黑生产过程中无废弃、无废渣、裂解产物可以完全利用，有极强的经济和社会效益。

热裂解炭黑是法国的 Bouier J. M .等在20世纪80年代初采用重油为反应介质,在氮气中于340℃～380℃热解废橡胶,得到了脱硫的低聚物和热裂解炭黑，热裂解炭黑和传统炭黑不同，热裂解炭黑含有15%左右的灰分（由白炭黑或Zn类物质组成），还有残余的裂解油，生产的热裂解炭黑比表面积、结构度和表面活性很低，在橡胶中的分散和力学性能较差，一般都要经过改性处理后才能在橡胶制品中使用。目前改性热裂解炭黑的技术主要包括超细粉碎改性、改性剂改性和酸洗去灰分法改性。

超细化改性热裂解炭黑是用震动磨或研磨机将热裂解炭黑研磨粉碎、超细化处理，并根据粒度大小进行分级的过程。超细化改性后的热裂解炭黑表面活性有所提高，有利于提高硫化胶的物理机械性能，但缺点是由于热裂解炭黑粒径变小，粒子更容易发生团聚，在橡胶中的分散会变差，且超细化改性设备需要的转速很高，而大型超细化设备不能满足高转速的要求，以上原因导致超细化改性方法不能实现产业化。

改性剂改性热裂解炭黑是使用不同的改性剂在专用设备中对热裂解炭黑进行改性，南开大学环境科学与工程学院沈博雄使用硬脂酸改性热裂解炭黑，一部分硬脂酸通过范德华力吸附在热裂解炭黑粒子表面，另一部分硬脂酸依靠末端的羧基和热裂解炭黑的羟基发生酯化反应。虽然此改性方法工艺简单，热裂解炭黑的表面活性增大，在橡胶中的分散性变好，但是此改性产品在橡胶中的强度和力学性能较低，为了保证产品性能，只能掺用少量的改性热裂解炭黑，制约了热裂解炭黑在橡胶中的使用量。

酸洗改性热裂解炭黑主要目的是去除热裂解炭黑中的灰分，颜丽红等人使用HNO₃和硬脂酸/HNO₃对热裂解炭黑进行改性处理；沈博雄等人使用H₂SO₄对热裂解进行酸洗改性；Mtifide Banar等人采用50%的HN0₃和50%的HCL对热裂解炭黑进行改性。热裂解炭黑经过以上方法进行酸洗后，灰分含量明显减少，比表面积增大，改性热裂解炭黑的性能大幅度提升，但是此方法制备的改性热裂解炭黑强度较低，且改性过程中使用大量的高浓度酸性溶液，高浓度酸性溶液容易腐蚀设备，此改性方法很难实现产业化。

专利号为201410150841.0的中国专利公开了一种氧化改性热裂解炭黑的制备方法，此方法可提高热裂解炭黑的反应活性和吸附能力，虽然改性后的热裂解炭黑和橡胶的结合力增强，但是该改性热裂解炭黑的强度比较低，此专利的改性热裂解炭黑使用在轮胎橡胶配方中时，硫化胶料的力学性能和硬度比较低，制约了热裂解炭黑的使用。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种高强度的改性热裂解炭黑，从而进一步提高热裂解炭黑橡胶的力学性能和强度，并增加热裂解炭黑在橡胶中的使用量。

为实现上述发明目的，本发明提供一种改性热裂解炭黑包含热裂解炭黑和碳纤维。