CN113382794A

CN113382794A - 粒子状碳材料及其分离方法

Info

Publication number: CN113382794A
Application number: CN201980091051.0A
Authority: CN
Inventors: 托比亚斯·维特曼; 雅各布·波德舒恩
Original assignee: Suncoal Industries GmbH
Current assignee: Suncoal Industries GmbH
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2021-09-10
Also published as: KR20210106466A; KR102565653B1; EP3890862A1; CA3125923A1; JP2022510444A; DE102018220946A1; WO2020115143A1; US20220194798A1

Abstract

本发明涉及一种分离粒子状碳材料的方法和由此获得的材料及其用途。

Description

粒子状碳材料及其分离方法

技术领域

背景技术

粒子状碳材料用于许多的应用领域。所述领域从用作黑色颜料到用作聚合物中、尤其是弹性体中的填料。这种碳基粒子状材料可以是例如炭黑、具有相对高比例碳的材料。其他粒子状碳材料是例如基于生物质(例如木质素)的，例如水热碳化(HTC)或沉淀的产物。此类材料具有的碳比例与炭黑相比较低，但由于高度官能化而显示出有趣的特性。

这种基于HTC的粒子状材料可以例如通过如WO2016/020383、DE10 2016 201801A1或WO2017/085278中描述的方法制造。在这些基于HTC的粒子状材料的制造中，调整某些方法参数尤其对要获得的粒度分布产生影响。该粒度分布通常根据ISO 13320通过激光衍射测量或根据多级筛分法(例如在筛塔中)确定。由此获得单个存在的颗粒的空间尺度。这种颗粒要么是显著较小的不能或不易彼此分离的初级粒子的结块，要么是单个存在的初级粒子。

如果粒子状碳材料至少部分地由结块构成，即由不能或不易彼此分离的初级粒子构成，那么这种初级粒子的尺寸就不能通过测量粒度分布来确定。为了考虑这种结块的初级粒子的尺寸，测量了粒子状碳材料的比表面积。比表面积是单个存在的且不能或不易分离的初级粒子的平均尺寸的间接测量值。

比表面积可以例如通过如BET测定或STSA测定的方法来量化。在此通过BET测量确定外表面积和内表面积的和，而在STSA测定中仅确定外表面积。合适的测定方法在例如ASTM D 6556-14中给出。

已知初级粒子的平均尺寸或比表面积的大小对使用粒子状碳材料生产的材料的性能有影响，所述材料例如为通过将粒子状碳材料与弹性体复合并随后交联而生产的橡胶制品。例如，橡胶制品的磨损特性根据是否使用具有更高或更低BET表面积的粒子状碳材料而不同。对于机械特性，如抗拉强度，也是类似的情况。BET表面积值越高，抗拉强度值越高，磨损越低。当使用基于HTC的粒子状碳材料时，为了获得高质量的橡胶制品，通常需要至少15m²/g，优选20m²/g或更高，优选30m²/g或更高的比表面积值。

然而，在通过HTC或沉淀法生产粒子状碳材料时，通过上述影响初级粒度(通过比表面积间接测量)的可能性并不能总是在商业可接受的范围内获得希望的高比表面积。

通过对REM图像的研究现已令人惊讶地发现，借助现有技术获得的粒子状碳材料不是由尺寸均一的初级粒子组成的。

对于由不同尺寸的材料组成的混合物的分离，分类方法如筛分法、吹风法或浮沉法是合适的。借助这些方法根据尺寸(筛分法)或根据尺寸和/或比材料密度(吹风法、浮沉法)进行级分分离。例如，DE 28 29 977公开了一种用于水泥分类的方法。然而，根据现有技术，这种方法不适于将由不同尺寸的初级粒子组成的粒子状碳材料分成在初级粒子尺寸上更均匀的两批，因为

-初级粒子—至少部分地—以结块形式存在，因此，旨在根据尺寸进行分离的分类方法无法区分大的初级粒子和尺寸大致相同的小得多的初级粒子的结块

-并且不同尺寸的初级粒子的比材料密度是相同的。

因此，根据现有技术的分类方法不能将粒子状碳材料分成具有不同比表面积的批次。

因此，希望能够提供一种允许有针对性地分离成不同比表面积的级分的方法。例如，可以将具有较大表面积的级分与具有较小比表面积的材料分离，这可以用于要求更高的用途(而具有较低比表面积的级分仍然适用于其他应用)。通过这种方式，还可以获得比表面分布更均匀的粒子状碳材料，这对于某些应用是有利的。然而，特别是没有已知的易于实施的这种类型的分离方法。

发明目的

因此，本发明的目的是提供这样一种方法以提供上述粒子状碳材料的更均匀级分。

发明内容

该目的通过权利要求1中定义的方法和权利要求7、8和11中定义的产品以及权利要求10中定义的用途来实现。本发明的优选实施方式和其他的方面来自在其他的权利要求和以下详细描述中给出的实施方案。

附图说明

图1示意性地示出了根据本发明的方法的可能实施方式。

图2示出了另一个实施方案，其中在旋流器中第一次分离之后，将获得的两种级分干燥，然后各自在筛子中进行进一步分离。

图3a和3b示出了，在根据图1使用旋流器进行分离的可能的方法进程中，具有和没有第一级分的回流的示意性过程图。

图4至图7示出了实施例的化合物的磨损值和抗拉强度值。

图8示出了实施例4的化合物的应力-应变曲线。

具体实施方式

本发明的方法允许粒子状碳材料的简单和有针对性的分级，所述粒子状碳材料从含碳原料的沉淀法或水热碳化(下文称为HTC)获得，所述含碳原料例如为可再生原材料如木材、草、稻草或从中获得的物质如木质素、糖蜜、酒糟、糖或淀粉。HTC或沉淀法的实施方式是本领域技术人员已知的，特别是此类粒子状碳材料可以例如通过如WO2006031175或WO2006038863或WO2009104995(沉淀法)或WO2016/020383或WO2017/085278(HTC)中所述的方法生产。已证明有效的是通过沉淀法或HTC获得的粒子状碳材料具有的STSA表面积为至少5m²/g、优选至少7m²/g、更优选至少9m²/g。

根据本发明的分离之前的粒子状碳材料的STSA表面积通常在5至200m²/g的范围内，例如10至150m²/g或10至100m²/g，优选10-75m²/g或10至50m²/g，更优选10至40m²/g或10至30m²/g。这种粒子状碳材料，特别是具有优选的STSA表面积的，易于通过HTC方法或沉淀法获得，并且在使用通过根据本发明的分离获得的级分的可能性方面是大有希望的。通常，此类粒子状碳材料包含商业相关比例的粒子状碳材料，其STSA表面积高于粒子状碳材料的平均STSA，适用于高价值应用。同时，STSA表面积比粒子状碳材料的平均STSA低的级分的STSA表面积仍然足够高，可以商业使用。对于粒子状碳材料，STSA表面积和BET表面积的数值彼此相差不远。因此，粒子状碳材料不是多孔的或仅在很低的程度上是多孔的。有利地，BET表面积和STSA表面积彼此相差不超过20％，优选不超过15％，特别优选不超过10％。

粒子状碳材料还优选地具有50至80质量％(Ma％)的碳含量(基于无灰干燥物质)，更优选60至小于80Ma％。因此，粒子状碳材料是一种在碳含量方面不同于炭黑的材料。通过由HTC或沉淀法生产这种粒子状碳材料，确保了与炭黑相比具有较低的碳含量，同时确保了在粒子表面上的官能团含量较高。这些对于粒子状碳材料的后续用途可能是有利的。

令人惊讶的是，已经表明可以通过简单的重力分离将这种粒子状碳材料分离成至少两种级分(第一和第二级分)，它们在比表面积(STSA表面积)方面明显不同。其中一个级分显示的比表面积(STSA表面积)值高于原料的值(第一级分)，而另一级分(第二级分)的比表面积(STSA表面积)值小于或等于粒子状碳材料的STSA比表面积。

通过根据本发明的分离获得的级分在初级粒度分布方面分别比粒子状碳材料更均匀。然而，已经表明分离对粒度分布(即结块的尺寸分布)没有显著影响。对于分离后获得的级分，这基本上对应于粒子状碳材料的粒度分布。

由于这种重力分离在设备方面相对简单，在方法控制方面也不太复杂，因此可以通过这种方式低成本地从粒子状碳材料中获得适用于质量要求更高的应用的级分，而无需在例如HTC或沉淀法的情况下更复杂的方法调整。例如，具有明显较高比STSA表面积的级分可以从易于由HTC或沉淀法生产的具有相对较低比STSA表面积的粒子状碳材料中分离出来，所述级分例如可以以更高的价格转售。这些具有显著更高STSA表面积的级分可以有利地被用于其中例如抗拉强度和/或磨损是特性参数的应用中。

由于这种重力分离既可以在液相中也可以在气相中进行，所以这些分离可以很容易地与HTC或沉淀法的设施相结合。其基本的方法流程在图1中示出。有机材料，例如可再生原材料，例如木材、草、稻草或从它们获得的物质，例如木质素、糖蜜、酒糟、糖或淀粉，主要在第一过程步骤中溶解或主要以溶液形式向其提供以及在其中通过HTC或沉淀法转化为粒子状碳材料，其具有根据本发明的至少5m²/g的STSA。然后将粒子状碳材料在第二过程步骤(即重力分离)中分离成至少两种级分。术语液相描述了粒子状碳材料存在于液体介质中，例如存在于水中或存在于HTC或沉淀法中使用的水相中。类似地，术语气相描述了粒子状碳材料存在于气态介质中，例如空气、氮气、过热蒸汽、二氧化碳或这些气态介质的混合物。

使这些相进行分离的装置是本领域技术人员熟知的。例如旋流器(根据本发明已证明水力旋流器适用于分离在液体介质中例如水中分散的粒子状碳材料；旋流器也可用于粒子状碳材料，其与气体例如空气、氮气、过热蒸汽、二氧化碳或混合物一起旋转并被引入旋流器中)、离心机(根据本发明也已证明离心机适用于分离在液体介质中例如水中分散的粒子状碳材料)或筛分器(空气筛分器已被证明适用于分离粒子状碳材料，其与例如空气、氮气、过热蒸汽、二氧化碳或混合物一起旋转并被引入筛分器中)。用于在水力旋流器中进行分离的合适设备示于图3a和b中。粒子状碳材料在第一过程步骤中通过沉淀法或HTC从有机材料获得，并例如与水一起输送至第二过程步骤。在那里，例如，它作为与水的浆液被泵入水力旋流器中，第二级分可以被分离，并且没有作为第二级分排出的部分可以返回到容器中，该容器包含原始的粒子状碳材料，并且在方法完成后从其中扣除第一级分(图3a)。或者，在第二过程阶段，粒子状碳材料也可以作为与水的浆液输送到水力旋流器，然后在其中被分离成第一级分和第二级分。(图3b)。第一和第二级分都可以连续地或以分批方法输送到随后的过程步骤。然而，本发明不限于使用这些特定设备。可以使用所有能够根据本文公开的基本原理进行分离的设备，即也可以使用其他分类设备、流化床设备、离心机等。

根据本发明，不同类型的分离也可以相互组合。由于粒子状碳材料是在水相中由HTC或沉淀法获得，因此可以例如首先在旋流器(例如水力旋流器)中进行分离。然后所获得的级分可以彼此独立地经受进一步的分离处理，该分离处理彼此独立地在液相或气相中进行。因此，获得的级分中的至少一种然后可以在干燥之后在例如空气筛分器中进行进一步分离。该选项在图2中示意性地示出。分离处理的类型根据可用性、所需分离的类型(如果希望级分对于比STSA表面积具有差别非常大的值或差别不应太显著，如果希望级分大小大致相同，或如果分离会导致至少一个小的但是非常均匀的级分，可能的情况下同时还有对于各比STSA表面积极其不同的值)以及经济上的考虑来选择。

已经表明，在液相中分离的情况下(即基本上使用粒子状碳材料在液体载体、特别是水性载体中的浆液)，液相中粒子状碳材料的比例约为1至20质量％(质量百分比)，优选为5至15质量％，特别是6至10质量％。通过旋流器的分离是通过调整填充量和排放量来适当调整通过旋流器(例如水力旋流器)的压力损失来进行的。该压力损失优选为0.2至5bar，更有选为0.8至4bar，特别是1.5至3bar。对于在气相中分离的情况(即基于气溶胶)，固体的比例为约0.01至0.5kg/m³，优选为0.05至0.4kg/m³，特别是0.1至0.3kg/m³。

第一级分的D(50)与第二级分的D(50)的比率有利地在0.45和0.75之间，更优选地在0.50和0.60之间。第一级分的D(90)与第二级分的D(90)的比率有利地在0.5和0.8之间，更优选地在0.6和0.7之间。第一级分的D(98)与第二级分的D(98)的比率有利地在0.9和1.1之间，更优选地在0.95和1.05之间。如实施例中所示，通过调整条件(粒子状碳材料的比率，旋流器/筛分器中的条件等)，可以轻松实现这些比率。D(50)、D(90)和D(98)的值是根据ISO13320通过激光衍射测量的。D(50)、D(90)和D(98)值的这些有利比率也清楚地表明，粒子状碳材料在重力分离中的表现与来自现有技术的常规材料明显不同，其用重力分离被分成不同尺寸的材料。

根据ISO 21687，第一级分的材料密度与第二级分的材料密度的比率有利地在0.95和1.05之间，更优选地在0.975和1.025之间。同样，这样的比率可以通过调整方法参数来实现。材料密度的有利比率也再次清楚地表明，粒子状碳材料在重力分离中的表现与基于现有技术适合于分离不同密度材料的重力分离的材料显著不同。

已表明特别有利的是在研磨机例如喷射研磨机中研磨或解聚之后进行在气相中的分离。为此，首先将载有粒子状碳材料的气体送入旋流器，在旋流器中分离出第二级分(连同小部分气体)。然后将仅载有第一级分的气体在过滤器中除尘，这样第一级分被分离出来。这种将研磨与随后应用于粒子状碳材料的重力分离相结合的优点在于，D(90)和D(98)的上述相互比率使得可以在旋流器中不去除大多数的粗颗粒并且将大多数的细颗粒施加到过滤器。这确保了过滤效果不会因细小颗粒过多而受到影响。因此，一种分离粒子状碳原料的方法是有利的，其中所述粒子状碳材料是通过有机原料的水热碳化或沉淀法获得的，其中所述粒子状碳材料在研磨成至少两种级分后具有至少5m²/g的STSA表面积，其中第一级分在过滤器中分离并且具有的STSA表面积大于所述粒子状碳材料的STSA表面积，而第二级分在旋流器中分离并且具有的STSA表面积小于所述粒子状碳材料的STSA表面积，其中所述方法包括所述粒子状碳材料的重力分离。

此外也已证明是特别有利的是在例如流化床干燥器、喷射干燥器、飞行床干燥器(Flugschichttrockner)或滚筒式干燥器中干燥后在气相中进行分离。为此，首先将载有粒子状碳材料的从干燥过程中送出的气体送入旋流器，在旋流器中分离出第二级分(连同小部分气体)。然后将仅载有第一级分的气体在过滤器中除尘，这样第一级分被分离出来。这种将干燥与随后应用于粒子状碳材料的重力分离相结合的优点在于，D(90)和D(98)的上述相互比率使得可以在旋流器中不去除大多数的粗颗粒并且将大多数的细颗粒施加到过滤器。这确保了过滤效果不会因细小颗粒过多而受到影响。因此，一种分离粒子状碳原料的方法是有利的，其中所述粒子状碳材料是通过有机原料的水热碳化或沉淀法获得的，其中所述粒子状碳材料在干燥成至少两种级分后具有至少5m²/g的STSA表面积，其中第一级分在过滤器中分离并且具有的STSA表面积大于所述粒子状碳材料的STSA表面积，而第二级分在旋流器中分离并且具有的STSA表面积小于所述粒子状碳材料的STSA表面积，其中所述方法包括所述粒子状碳材料的重力分离。

根据本发明的方法得到的级分在其STSA表面积方面与粒子状碳材料不同。如已经陈述的并且也在实施例中示出的，这些级分在它们的粒度分布方面彼此没有显著不同并且与粒子状碳材料也没有显著不同。然而，各级分就其STSA表面积而言更均匀，因为具有不同STSA表面积的级分被分离。因此，本发明产生将具有高STSA表面积的级分与具有低STSA表面积的粒子状碳材料分离的选项，这可用于要求更高的应用领域。相反地，可以将具有低STSA表面积的级分与具有高STSA表面积的原料分离，从而使剩余级分的STSA表面积进一步增加。

这些级分及其STSA表面积可以有针对性地获得，因为考虑到本文所示的方法进程的变体，本领域技术人员清楚，在考虑到粒子状碳材料的STSA表面积的情况下，如何通过分离度获得目标级分的产率和/或STSA表面积。根据本发明提供的级分，特别是第一级分，具有的STSA表面积比粒子状碳材料优选地至少大5％，在实施方案中至少大10％，并且在一些情况下至少大20％，特别优选至少大30％。同时，第一级分在其组成方面(特别是在初级粒度的分布方面)比粒子状碳材料更均匀。根据本发明提供的级分，特别是第一级分，具有的STSA表面积比粒子状碳材料优选地至多大200％，在实施方案中至多大175％，并且在一些情况下至多大150％。

优选地，第一级分具有的STSA为至少15m²/g，更优选为至少20m²/g，特别优选为至少30m²/g或更高。优选地，第一级分被用于高要求的应用。这些应用是例如轮胎(优选充气轮胎)、传送带的工作面，其中低磨损是基本要求，或者例如轮胎(优选充气轮胎)的侧壁，其中抗拉强度是基本要求。

有利地，也可以将重力分离用作调节第一或第二级分的STSA的方法。由此实现了即使粒子状碳材料的STSA随时间变化，通过重力分离获得的级分中的至少一个具有仅在限定的误差范围内变化的STSA。作为STSA的替代，BET或粒度分布也可以用作STSA的间接量度。为此，例如，定期测量第一级分或第二级分的STSA、BET或粒度分布，并调整重力分离的工艺参数，以便第一级分或第二级分的STSA、BET或粒度分布仅在限定的误差范围内变化。在气相中进行重力分离的情况下，这可以例如通过调整筛分轮(Sichterrad)的转数或通过调整气体的体积流量来实现。在液相中进行重力分离的情况下，这可以例如通过调整液体的体积流量或经由分离装置(例如旋流器)的压力损失来进行。

误差范围有利地是第一或第二级分的STSA、BET或粒度分布的目标值的最大110％和最小90％。误差范围有利地是第一或第二级分的STSA或BET的目标值的+5m²/g和最小-5m²/g。

根据本发明的方法可以设计为使得第一级分与第二级分的重量比(分别基于分离操作)在1:15至15:1的范围内，例如1:10至10:1。根据所需的分离类型，该比率可以变化，例如其中该比率在1:5至5:1范围内、例如1:2至2:1的分离也是可能的。

根据本发明，还提供具有均匀分布的初级粒子的粒子状碳材料，其有利地由根据本发明的方法生产。

这种具有均匀分布的初级粒子的粒子状碳材料的优选特征在于，测量的STSA与计算的STSA的比率在0.7和1.3之间，更优选在0.75和1.25之间，特别优选在0.8和1.2之间，特别优选在0.85和1.15之间，进一步优选地在0.9和1.1之间。

计算得出的STSA是用以下公式计算的：

1.STSA表面积＝球表面积/(球体积*材料密度)

2.球表面积＝PI*测得的球直径^2

3.球体积＝1/6*PI*测得的球直径^3

将2和3代入1，得到以下关系式：

STSA表面积＝6/(测得的球直径*材料密度)

测得的球直径是在REM图像上可以分辨的最小的单个初级粒子的平均直径。

此外，本发明还提供权利要求中定义的用途，以及弹性体化合物和由其制成的产品，例如轮胎、充气轮胎和由此类弹性体化合物(硫化和未硫化形式)制成的其他产品。然而，根据本发明获得或提供的材料也可用于其他材料混合物，例如热塑性塑料或液体材料，例如油漆、油墨组合物等。在此，根据本发明获得或提供的材料还可有助于改善机械性能，但也可用于其他目的，例如着色、提供化学功能(基于存在于粒子中或粒子上的官能团)等。

实施例

实施例1

根据WO2017/085278所述的方法，在第一方法步骤中获得了STSA为11.9m²/g的粒子状碳材料。按照图1所示的基本流程，以这种方式获得的粒子状碳材料在气相中通过重力分离以三种不同的方法进程分离成第一级分和第二级分。

将具有筛分轮的Hosokawa Alpine公司的Picoline空气筛分器用于重力分离。使用了模块picosplit(20ATP筛分器)和picojet(40AFG流化床对置喷射磨)。输入材料的计量是通过picoline具有的微型计量装置(PMD)实现的。表1中给出了所获得的产率和所测定的各级分的STSA表面积。

表1：

然后将粒子状碳材料和两种级分在喷射磨中研磨至粒度为D99<10μm。将所有三种材料混合到SBR基质中作为填料。硫化后，在拉伸试验中记录应力-应变曲线的过程。抗拉强度结果示于图5。还测量了磨损。该结果示于图4。

实验令人印象深刻地表明，通过简单的重力分离方法，可以从具有相对较小STSA表面积(11.9m²/g)的材料中获得有价值的大量的具有显著更高STSA表面积的级分。可以有针对性地设置相应的产量或可达到的STSA表面积(见表1，实验1至3)。根据本发明，可以将具有非常低STSA表面积的级分与具有已经很高STSA表面积的材料分离(即颗粒具有的STSA表面积实际上被认为不足以在弹性体复合化中满足需要高耐磨性和高抗拉强度的高要求的应用，见表2)。通过将具有低STSA表面积的级分分离而获得的具有增加的STSA表面积的级分的特性状况得到改善，因为一方面获得了就STSA表面积而言更均匀的级分，另一方面，性能较差的级分(就弹性体中的用途而言)被分离出去了。

实施例2

根据WO2017/085278所述的方法，在第一方法步骤中获得了STSA为46m²/g的粒子状碳材料。按照图1所示的基本流程，以这种方式获得的粒子状碳材料在实验中通过在液相中重力分离被分离成第一级分和第二级分(参见表2)。

在第一方法步骤中获得STSA为33m²/g的另一种粒子状碳材料。在一个实验中，通过在液相中的重力分离将粒子状碳材料分离成第一级分和第二级分。所得级分的STSA表面积及各自的产率见表2。

表2：

对于重力分离使用了旋流器。该装置的基本结构如图3a所示。在第一方法步骤中，有机材料通过HTC转化为粒子状碳材料，并与水一起送入第二方法步骤，并在容器(B)中缓冲。水和粒子状碳材料的混合物通过泵(A)从容器(B)中连续排出，并在水力旋流器(C)中被分成两种级分。通过泵(A)从容器(B)排出的体积流量被设置为使得水力旋流器(C)上的压力损失(p)达到特定值。所述压力损失在水力旋流器的入口和出口之间确定。水中的粒子状碳材料的浓度为5质量％和10质量％(平均为8.6质量％)之间。

然后将粒子状碳材料和两种级分在喷射磨中研磨至粒度为D99<10μm。将所有三种材料混合到SBR基质中作为填料。硫化后，在拉伸试验中记录应力-应变曲线的过程。抗拉强度结果示于图6。还测量了磨损。该结果示于图7。

实施例1和2的弹性体化合物的混合物和硫化橡胶根据以下配方使用以下方法生产：

配方：

混合物组分	混合物比例[phr]
		SSBR 4526/2	103
BR(CB24)	25
		粒子状碳材料	80
Si 69	7
		氧化锌	2.5
硬脂酸	2.5
		6PPD	2
TMQ	2
		TDAE油	5
DPG	2
		TBBS	1.7
硫	1.4

按照以下方法制备所述混合物：

通过填充度为70％的Haake Rheomix 3000测量捏合机(Messkneter)(切向转子几何形状)生产混合物。混合温度通过转数调节保持恒定。混合时间约为20分钟。

根据流变仪中确定的最佳t90时间在160℃下进行硫化，每毫米片材厚度加一分钟。

实施例3

在第一方法步骤中获得STSA为13.1m²/g的一种粒子状碳材料。在一个实验中，在旋流器中通过在气相中的重力分离将初级粒子状碳材料分离成第一级分和第二级分。粒子状碳材料首先被送入带有筛分轮的喷射研磨机并粉碎。使用了100 AFG喷射研磨机(喷嘴插入1.9mm)。作为筛分轮使用了D20 T36 GLATT TR5；沟槽；RA(I)＝1.2。粉碎的材料通过筛分轮后，被送入旋流器。第一级分随气流从旋流器排出，并通过过滤器与气流分离，而第二级分在旋流器中被直接分离。这样，在6.3m³/h的气流下从1kg粒子状碳材料获得了0.15kg的第一级分和0.85kg的第二级分。结果如下所示：

表3：

两种级分的粒度分布通过激光衍射测定。结果如下所示：

表4：

结果表明，尽管分离后比表面积值不同，但粒子状碳材料的分离并未显著改变粒度分布。两种级分的粒度分布显示出良好的一致性。

将由此获得的两个级分(第一级分和第二级分)作为填料混合到EPDM基质中。硫化后，在拉伸试验中记录应力-应变曲线的过程。该结果示于图8。配方：

混合物组分	混合物比例[phr]
		Keltan 8550C	100.0
氧化锌	5.0
		硬脂酸	1.0
Sunpar 2280	60.0
		粒子状碳材料	140.0
PEG 4000	2.0
		硫	1.5
TMTM 80	1.9
		MBTS	0.9
ZDBC 80	3.7

混合物的制备按照以下方法进行：使用填充度70％的GK1,5E型W&P混合器(互锁转子几何形状)、40℃的混合温度以及40U/min的转数来制备混合物。根据流变仪中确定的最佳t90时间在160℃下进行硫化，每毫米片材厚度加一分钟。

实施例4

根据本发明的方法测量粒子状碳材料的几个样品以及分离的实施例3的样品Q和R的STSA并通过REM进行分析。对于每个样品，最小的单独的初级粒子的平均直径在REM上确定。然后由此计算STSA。测量的STSA与计算的STSA取比值。该结果示于表5:

表5：

这表明，对于根据本发明的样品，与原料相比，计算的和测量的表面积值之间出现更好的相关性。这再次显示了根据本发明的方法获得的材料的一致性。

Claims

1.一种将粒子状碳材料分离成至少两种级分的方法，其中所述碳材料是通过有机原料的水热碳化或沉淀法获得的，所述方法的特征在于，

-所述粒子状碳材料具有至少5m²/g的STSA表面积，

-所述第一级分具有的STSA表面积大于粒子状碳材料的STSA表面积，并且

-所述第二级分具有的STSA表面积小于粒子状碳材料的STSA表面积，并且

-所述方法包括粒子状碳材料的重力分离。

2.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其中所述重力分离发生在液相或气相中。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述重力分离用于调整第一或第二级分的STSA。

4.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其中所述第一级分的STSA表面积比粒子状碳原料的STSA表面积大至少5％。

5.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其中第一级分与第二级分的重量比在1:10至10:1的范围内。

6.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其中所述重力分离在空气筛分器或旋流器中进行。

7.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其中粒子状碳原料具有55质量％至小于80质量％的碳含量。

8.具有均匀分布的初级粒子的粒子状碳材料，其特征在于，测量的STSA与计算的STSA的比率在0.7和1.3之间，更优选在0.75和1.25之间，特别优选在0.8和1.2之间，特别优选在0.85和1.15之间，进一步优选在0.9和1.1之间。

9.具有均匀分布的粒子状碳材料，其能够通过根据前述权利要求中的至少一项所述的方法获得。

10.根据权利要求8或9所述的具有均匀分布的粒子状碳材料，其中STSA表面积比粒子状碳原料的STSA表面积大至少5％，和/或其中第一级分的STSA表面积比第二级分的STSA表面积大至少50％。

11.根据权利要求8-10中的至少一项所述的具有均匀分布的粒子状碳材料，其中STSA表面积为至少15m²/g。

12.根据权利要求8-10中的至少一项所述的具有均匀分布的粒子状碳材料，其中STSA表面积为至少20m²/g。

13.根据权利要求8-10中的至少一项所述的具有均匀分布的粒子状碳材料，其中STSA表面积为至少30m²/g。

14.根据权利要求8-13中的至少一项所述的具有均匀分布的粒子状碳材料或通过权利要求1-6中的至少一项所述的方法获得的粒子状碳材料的用途，用于在弹性体、热塑性塑料、染料、漆中特别是弹性体和热塑性弹性体中作为填料。

15.一种橡胶产品，其含有根据权利要求8-13中的至少一项所述的具有均匀分布的粒子状碳材料或通过权利要求1-7中的至少一项所述的方法获得的粒子状碳材料。

16.根据权利要求14所述的用途或根据权利要求15所述的产品，其中所述粒子状碳材料具有至少15m²/g的STSA。

17.根据权利要求14-16中的至少一项所述的用途或产品，其中所述产品是充气轮胎的胎面或侧壁。