一种白炭黑复合粉体的生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及填料领域，更具体的为一种沉淀法工艺生产白炭黑和片状碳材料复合粉体的方法，其中白炭黑占复合粉体质量百分比的60% -99%。
【背景技术】
[0002]白炭黑是白色粉末状无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅和超细二氧化硅凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等，其中气相白炭黑生产成本很高，沉淀法白炭黑价格便宜。白炭黑在食品添加剂领域、塑料、涂料、染料、油漆和纺织、造纸、农药、合成树脂等日用及工业化学制品中作为不同性能的添加剂，应用较为广泛。
[0003]白炭黑作为一种环保、性能优异的助剂，广泛用作橡胶制品中替代炭黑的补强剂，并具有较好粘附力、抗撕裂及耐热抗老化性能。国内以沉淀法白炭黑为主，它在橡胶制品中的补强效果次于炭黑。沉淀法白炭黑为橡胶配方提供高硬度、高扯断强度、高撕裂强度，改善胶料与钢丝帘线的粘合力。沉淀法白炭黑还能提高胶料的耐久性能，改善耐屈烧和抗冲击性能，提尚雪地轮胎在路面的牵引性，提尚轮胎全天候性能。
[0004]白炭黑填充橡胶制品在降低轮胎滚动阻力、提高轮胎抓地力等方面优于炭黑，符合绿色节油轮胎的要求，市场上对于全白炭黑胎面的需求越来越大。但是，沉淀法白炭黑替代炭黑用于橡胶制品，会引起橡胶制品体积电阻率的降低，容易产生静电危害，这对橡胶制品尤其是轮胎制品是非常不利的负面影响。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于为了提高单一沉淀法白炭黑粉体的性能，提供了一种白炭黑复合粉体的生产方法，从而促进白炭黑产品附加值的提升。
[0006]本发明的技术方案是:
[0007]—种白炭黑复合粉体的生产方法，是在沉淀法生产白炭黑的过程中经干燥制得白炭黑和片状碳材料的复合粉体，片状碳材料为鳞片石墨、纳米石墨片、石墨烯、或氧化石墨烯中的一种，其特征在于:在生产中间过程中形成含有白炭黑和片状碳材料的混合液态浆料。
[0008]目前，液相沉淀法白炭黑的生产在中国国内大都采用稀硫酸两步法进行:第一步反应生成稀硅溶胶、放置熟化一段时间，在稀硅溶胶中逐步形成晶核，作为第二步反应的晶种；第二步即用含晶种的溶液作为聚集生长的母液，按一定速度加水玻璃及稀硫酸进行沉淀反应，反应一段时间后，停加水玻璃，只加稀硫酸进行酸化处理，当反应液PH值达一定值时，停止加酸，陈化一定时间，然后过滤用水洗涤，脱除Na2S(V^，送喷雾干燥，粉碎后得到产品。但是这样生产的沉淀法白炭黑具有不足的导电性
[0009]通过在白炭黑传统生产工艺的中间过程，沉淀生成白炭黑工序或白炭黑滤饼制成喷雾干燥用浆料工序引入片状碳材料，可以显著提高白炭黑复合粉体的导电性。虽然片状碳材料一一鳞片石墨、纳米石墨片和石墨烯具有高的石墨化结晶度，具有高的导电性，但是片层间具有较强的范德华力，具有不足的可分散性。氧化石墨烯可以通过还原处理，也具有较好导电性。片状碳材料通过小比例的和白炭黑复合，白炭黑和片状碳材料可以互相隔离和分散，从而得到高分散性和高导电性的白炭黑复合粉体。此外，纳米石墨片、石墨烯、氧化石墨烯、超细鳞片石墨的价格较贵，沉淀法白炭黑是廉价的大宗产品，通过小比例的在沉淀法白炭黑中掺入片状碳材料可以得到经济好的高导电性白炭黑复合材料。既解决了片状导电材料，尤其是昂贵的纳米石墨片、氧化石墨烯和石墨烯的使用成本问题和分散性问题，也提升了沉淀法白炭黑的导电性。高导电性沉淀法白炭黑复合粉体，可以广泛使用在橡胶、塑料、涂料等领域。
[0010]片状碳材料和沉淀法白炭黑复合，除了可以改善白炭黑的导电能力，还可以用在聚合物里提高制品的综合性能。例如，沉淀法白炭黑与石墨烯形成的复合材料可以显著提高橡胶制品的导热性和耐磨性，添加到轮胎里可以显著提高轮胎的导热能力和耐磨能力。[0011 ] 根据制备方法的不同，片状碳材料中的鳞片石墨、纳米石墨片、或石墨烯的平均片径从常见的几百μπι到几百nm都可以制备。本发明中，片状碳材料的平均片径最好小于20 μπι，尤其平均片径小于5 μπι为好。在聚合物中，片状碳材料与聚合物基体通常具有弱的界面结合力，会成为应力的集中区域。平均片径越大，对聚合物基体的力学性能影响越严重，所以优选小片径的片状碳材料与炭黑复合。本发明中鳞片石墨的目数大于1000目，优选大目数超细鳞片石墨与沉淀法白炭黑复合，超细鳞片石墨具有更小的平均片径和层数，性能更优越，导电性更好。
[0012]本发明中，复合粉体含有过多的沉淀法白炭黑以外的片状碳材料不利于白炭黑主体性能的发挥，也不利于白炭黑复合粉体成本的降低和可分散性的提高，白炭黑占复合粉体质量百分比的60% _99%，优选小比例的片状碳材料和沉淀法白炭黑复合使用。本发明中，白炭黑复合粉体里除了沉淀法白炭黑和片状碳材料还可以含有炭黑。在复合粉体中含有炭黑，可以进一步提高所得复合粉体填充橡塑制品的耐磨性能和导电性能。
[0013]片状碳材料纳米石墨片、石墨烯和氧化石墨烯，通常大都是液相剥离、反应得到的，也需要经历分散和干燥流程，分散和干燥都是高能耗的过程。通过在白炭黑液相生产的过程耦合加入片状碳材料的分散和干燥流程，可以节约很多能耗。此外片状碳材料的干燥过程中，由于高的表面能，极易团聚，通过白炭黑纳米颗粒的隔离，可以阻止片层的回叠，对得到高分散性白炭黑复合材料有利。在生产中间过程中形成含有白炭黑和片状碳材料的混合液态浆料，可以借助球磨机、超声波、高剪切乳化机、高压均质机等设备完成，混合浆料中还可以进一步添加十二烷基磺酸钠、聚乙二醇、羧甲基纤维素钠等分散剂。借助强力分散设备和分散剂，可以形成均匀的白炭黑和二维碳材料的混合浆料，进一步的压榨过滤或喷雾干燥就可以得到混合均匀的白炭黑与二维碳材料的复合粉体。
[0014]本发明的优点:
[0015]1、通过在沉淀法生产白炭黑的流程中耦合引入片状碳材料，节约了能耗，降低了白炭黑和片状碳材料复合粉体的制造成本。
[0016]2、通过在沉淀法生产白炭黑的过程中耦合引入片状碳材料，得到高导电性的白炭黑复合粉体，提升了白炭黑在橡胶制品尤其是轮胎制品里的附加值。
[0017]3、通过在沉淀法生产白炭黑的过程中耦合引入片状碳材料，让白炭黑纳米颗粒和片状碳材料互相隔离，得到高分散性的复合粉体，提升了复合粉体整体的可分散性。
【附图说明】
[0018]附图示出本发明实施例1的沉淀法白炭黑复合粉体的扫描电镜图。
具体实施例方式
[0019]以下结合附图及具体实施例方式进一步说明本发明，附图和下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。本领域技术人员根据本发明上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明保护的范围。下文示例具体的时间、投料量等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
[0020]实施例1
[0021]称取85%含量2-羟基丙酸溶液74.11克加水84.04克，配成浓度3.30mol/L的2-羟基丙酸水溶液212ml，备用。称取254克水玻璃原料，其中Na20和3102百分含量分别为7.99%和26.75%，模数为3.45，加水稀释成为800ml水玻璃基液。将上述水玻璃基液加入到1.2L搅拌反应釜中，搅拌升温至75°C。在3h内滴加上述2-羟基丙酸水溶液，使悬浮液PH降低至5.2，停止加酸。在85°C下陈化30min，过滤、洗涤，洗涤至滤液电导率彡300 μ S/cm，压滤。滤饼再次打成浆料，浆料中加入30.98克纳米石墨片(平均片径为18微米，平均片层厚度为15nm)，含白炭黑和纳米石墨片的混合浆料固含量为10%，用高剪切分散机在10000r/min的转速