[发明专利]一种炭黑纳米材料的制备方法

说明书

本发明涉及炭黑纳米材料技术领域，具体为一种炭黑纳米材料的制备方法，包括以下原料：纳米级载体、改性蒙脱土、纳米炭黑、硅烷偶联剂、醇、多元醇、酸性催化剂、分散剂、抗氧剂以及抗菌剂。本发明工艺简单，能耗极低，成本较低，采用硅烷偶联剂对纳米级载体进行表面处理，调节特定的pH范围，并且协同特定的纳米材料和炭黑的质量比，可以大大提交炭黑纳米材料对橡胶的补强性能，在橡胶中分散性佳的炭黑纳米材料的制备方法从而阻止炭黑纳米材料的制备方法的老化并延长其使用寿命；通过采用特定的硅烷偶联剂，同时增加其中硅烷偶联剂的含量，可提高防腐效果，简化工艺、环保，且节省成本。

技术领域

本发明涉及炭黑纳米材料技术领域，具体为一种炭黑纳米材料的制备方法。

背景技术

大量实验和理论研究表明橡胶的高效增强必须是“纳米”增强。采用纳米增强技术即使用纳米尺度原生粒子分散在橡胶基体中，可得到性能优异的橡胶纳米复合材料。碳纳米材料与橡胶的复合方法在一定程度上解决了纳米材料的分散并强化了与基体之间的界面作用，但这些方法通常适用于低极性甚至无极性的聚合物纳米复合材料，其复合材料存在伸长率低，补强性低、加工性能差及工艺繁琐等缺点，并且将复合纳米材料添加到橡胶中分散性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种炭黑纳米材料的制备方法，以解决上述背景技术中提出传统的聚合物纳米复合材料存在伸长率低，补强性低、加工性能差及工艺繁琐等缺点的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种炭黑纳米材料的制备方法，制备方法具体包括如下步骤：

S1：按重量份数称取炭黑纳米材料的原料；

S2：将硅烷偶联剂、醇、水、改性蒙脱土和多元醇混合，并加入酸性催化剂调pH值为3.5-6.5，搅拌得到硅烷偶联剂水解液；

S3：将纳米级载体、分散剂、抗氧剂以及抗菌剂加入至硅烷偶联剂水解液中，经高压、剪切乳化后与纳米炭黑混合反应，使纳米级载体镶嵌在炭黑表面或者支链中，干燥后得到炭黑纳米材料。

作为优选，所述炭黑纳米材料包括以下重量份数的原料：15-25份纳米级载体、30-50份改性蒙脱土、200-250份纳米炭黑、10-15份硅烷偶联剂、0-5份醇、10-15份多元醇、5-10份酸性催化剂、5-10份分散剂、5-8份抗氧剂以及3-5份抗菌剂。

作为优选，所述改性蒙脱土的制备方法为：将蒙脱土高速搅拌成悬浊液，按73mmol/100g的比例加入插层剂，并加入无水硫酸铜中经离心干燥后得到，性质将插层剂与蒙脱土层间的阳离子进行阳离子交换，从而不仅降低其亲水性，也能使蒙脱土层间适度张大，有利于聚合物分子进入。。

作为优选，所述插层剂为十八烷基胺盐酸盐或溴化十六烷基三甲基铵，增强其疏水性。

作为优选，所述载体采用碳纳米管或改性石墨烯纳米材料，用于承载炭黑材料。

作为优选，改性石墨烯纳米材料的制备方法包括以下步骤：

S61：将石墨烯粉末进行表面热处理，然后加入到有机溶剂中进行超声分散，得到石墨烯悬浮液，离心、蒸发去除溶剂，洗涤、过滤及干燥得到黑色片状结构的石墨烯粉体；

S62：将石墨烯粉体和乳化的改性剂混配均匀，在120℃的温度下保持30-60min，得到有机改性石墨烯。

作为优选，有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、丙酮、四氢呋喃、乙醇，苯乙烯、甲磺酸、异丙醇，甲醇、二氯甲烷、二甲基亚砜的一种，提高炭黑的粒子结合性能。

作为优选，所述酸性催化剂为冰醋酸或丙酸，所述抗菌剂采用香草醛，调节特定的pH范围，并且协同特定的纳米材料和炭黑的质量比。