[发明专利]改性细颗粒状碳材料及其制造方法

说明书

本发明涉及细颗粒状碳材料、其制造方法及其用途。

本发明涉及细分的改性颗粒状碳材料、其制造方法及其用途。

背景技术

细分的改性颗粒状碳材料用于许多应用领域。这些包括从作为黑色着色剂的应用到作为聚合物(例如弹性体、热塑性塑料或热塑性弹性体)中的填料的应用。这种基于碳的材料可以是例如炭黑，即具有相对较高比例的碳的材料。其他颗粒状碳材料从再生原料获得。与炭黑相比，这种颗粒状碳材料的碳比例略低，但由于高官能化度而表现出有趣的性能。对于基于再生原料制造颗粒状碳材料特别有意义的起始材料是可以完全或部分溶解的起始材料，例如糖、淀粉或木质素。这种基于再生原料的完全或部分溶解的起始材料可以通过沉淀法转化为颗粒状碳材料。用于制造溶解的颗粒状碳材料的沉淀法是本领域技术人员充分已知的。

例如，木质素类颗粒状碳材料可以从溶解在例如液体氢氧化钠中的木质素通过引入如CO₂或H₂S等酸性气体或通过添加如H₂SO₄等酸进行沉淀而获得。该现有技术的实例在WO2006031175、WO2006038863或WO2009104995中给出。

此外，木质素类颗粒状碳材料可以从溶解在碱、例如液体氢氧化钠中的木质素通过将温度升高至例如水热碳化条件经由沉淀同时稳定化而获得。该现有技术的实例记载于WO 2016/020383或WO 2017/085278。甚至可以结合通过引入酸性气体、通过添加酸或通过升高温度来沉淀的方法。

在颗粒状碳材料的制造中，某些工艺参数的调整开辟了影响特别是要获得的粒径(即，可以由一次颗粒构建的要获得的团聚物的尺寸)或粒径分布以及调节表面参数、特别是比表面积(其也用作一次粒径的量度)的可能性。

粒径或粒径分布可以例如通过筛选分析或通过激光衍射来量化。例如，可以按照DIN 66165对干燥颗粒状碳材料进行筛选分析。例如，对于分散在水中的颗粒状碳材料，可以按照ISO13320进行激光衍射。

一次粒径例如可以通过如BET测定或STSA测定等比表面积的测定方法进行量化。此处，BET测量确定外表面积和内表面积之和，而STSA测定仅确定外表面积。合适的测定方法例如在ASTM D 6556-14中给出。在选择脱气温度时，应注意应将其设置在约150℃的值，以检查颗粒状碳材料。

已知一次颗粒的平均尺寸或比表面积的尺寸对使用颗粒状碳材料制造的材料(例如通过将颗粒状碳材料与弹性体混炼、随后进行交联而制造的橡胶制品)的性能有影响。例如，橡胶制品的磨损特性取决于是否使用具有较高或较低BET表面积的颗粒状碳材料而不同。如拉伸强度等机械性能的情况也类似。较高的BET表面积值与较高的拉伸强度值和较低的磨损相关。这里，当使用颗粒状碳材料时，通常需要至少5m²/g、优选至少8m²/g、更优选至少10m²/g、进一步优选至少15m²/g或更大的比表面积值以获得高质量的橡胶制品。

然而，例如通过使基于全部或部分溶解的再生原料(特别是木质素类颗粒状碳材料)的原料沉淀而获得的已知的颗粒状碳材料的缺点是从颗粒状碳材料本身发出的、在颗粒状碳材料的加工过程中释放的和/或从含有颗粒状碳材料的材料发出的难闻的气味。这严重限制了本身受到高度关注的颗粒状碳材料的潜在应用。

木质纤维素类材料的难闻气味具体是由木质素、半纤维素和纤维素以及在木材加工过程中形成的其他木材成分(例如树脂)的热或化学降解过程引起的。

引起难闻气味的化合物包括：如二甲基硫醚、二甲基二硫醚、二甲基三硫醚或二甲基四硫醚等含硫物质，或如苯酚、愈创木酚和乙基愈创木酚等酚类物质。