CN116041986A - 一种水溶性炭黑的制备方法 - Google Patents
一种水溶性炭黑的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116041986A CN116041986A CN202211652909.6A CN202211652909A CN116041986A CN 116041986 A CN116041986 A CN 116041986A CN 202211652909 A CN202211652909 A CN 202211652909A CN 116041986 A CN116041986 A CN 116041986A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon black
- water
- treatment
- microwave
- ultrasonic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 title claims abstract description 146
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 claims abstract description 41
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 241000872198 Serjania polyphylla Species 0.000 claims abstract description 8
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 19
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 12
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 15
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 abstract description 15
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 12
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 12
- 239000003973 paint Substances 0.000 abstract description 8
- 239000003607 modifier Substances 0.000 abstract description 5
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 abstract description 2
- 235000019241 carbon black Nutrition 0.000 description 134
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 19
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 13
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 12
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 12
- 239000000976 ink Substances 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 5
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 4
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 4
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 3
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229910008051 Si-OH Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910006358 Si—OH Inorganic materials 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 2
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002715 modification method Methods 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 150000003141 primary amines Chemical group 0.000 description 2
- 229910014033 C-OH Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- 229910014570 C—OH Inorganic materials 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002808 Si–O–Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- AFOSIXZFDONLBT-UHFFFAOYSA-N divinyl sulfone Chemical group C=CS(=O)(=O)C=C AFOSIXZFDONLBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002296 dynamic light scattering Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000000834 fixative Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010559 graft polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 231100000086 high toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000000413 hydrolysate Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000012744 reinforcing agent Substances 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/44—Carbon
- C09C1/48—Carbon black
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C3/00—Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
- C09C3/12—Treatment with organosilicon compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
- C01P2002/82—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by IR- or Raman-data
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/22—Rheological behaviour as dispersion, e.g. viscosity, sedimentation stability
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/32—Thermal properties
- C01P2006/37—Stability against thermal decomposition
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
Abstract
本发明涉及一种水溶性炭黑的制备方法，是以硅烷偶联剂作为改性剂，将炭黑分散在硅烷偶联剂水溶液中，先超声处理再进行微波辅助处理，快速实现硅烷包覆炭黑，得到在水中具有良好分散性和稳定性的改性炭黑。采用本发明方法制备的水溶性炭黑能够在水中长期稳定分散，保持一个月以上不发生沉降，适合应用于对炭黑亲水性要求较高的涂料和油墨等领域。
Description
技术领域
本发明属于纳米碳材料制备技术领域，涉及一种针对炭黑水溶性的改性方法，特别是涉及一种具有高水溶性的炭黑的制备方法。
背景技术
炭黑，又名碳黑，是含碳物质（煤、天然气、重油、燃料油等）在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解得到的产物，属于一种质量轻、密度小的黑色无定形碳，表面积10～3000m2/g不等。由于炭黑原料来源广泛，成本低廉，且具有优良的化学稳定性、耐热性、导电性等特点，被广泛应用于导电（乙炔黑）、补强（橡胶补强剂）以及涂料和油墨等领域。
其中，在涂料和油墨等领域应用时，要求炭黑在水中应具有良好的分散性和长期稳定性。然而，由于炭黑颗粒的表面能高，亲水性较差，易发生团聚，影响了其在水性涂料和油墨中的应用。因此，通过表面改性提高炭黑的亲水性具有重要意义。
关于炭黑的表面改性和功能化，目前已有多种方法的报道，包括氧化改性（Journal of Applied Polymer Science. 2018, 135: 46387）、接枝聚合（Journal ofMacromolecular Science. 2017, 56: 53–63）、表面包覆（Applied Surface Science.2012, 258: 5387–5393）、分散剂改性（涂料工业, 2022, 52: 24–30+36）等等。
Hou等（Journal of Applied Polymer Science. 2018, 135: 46387）使用硝酸为氧化剂，对炭黑进行氧化改性，得到了表面具有丰富亲水性基团的氧化炭黑，改性后的炭黑在水中和苯乙烯中的分散性均优于未改性的炭黑。
Zhang等（Coloration Technology. 2020, 136: 370–380）则是制备了一种含乙烯基砜基的聚合物，该聚合物对于炭黑颜料具有足够的分散性，通过在炭黑表面引入反应基团和阳离子亲水性基团（–NH3 +），将炭黑染料扩展到棉织物着色，在不使用固定剂或粘合剂的情况下获得了良好的牢度。
尽管关于炭黑的亲水改性方法已有大量的报道，但这些方法大多存在操作复杂、周期长、成本高、毒性大等局限性。因此，有必要开发一种简单、环保、低成本且快速的方法用于炭黑的亲水改性，从而进一步拓宽炭黑在涂料和油墨等领域的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种水溶性炭黑的制备方法，以通过简单便捷的方法制备得到具备良好水分散性和稳定性的改性炭黑，广泛应用于涂料和油墨领域。
本发明所述的水溶性炭黑的制备方法是以硅烷偶联剂作为改性剂，将炭黑分散在硅烷偶联剂的水溶液中，先对分散液进行超声处理以使硅烷偶联剂水解包覆炭黑，再进行微波处理增强水解后硅烷的包覆效果，得到在水中具有良好分散性和稳定性的改性炭黑。
进一步地，本发明还给出了更具体的所述水溶性炭黑的制备方法：
1）将炭黑与硅烷偶联剂以摩尔比为0.2～2混合，分散于去离子水中得到分散液；
2）对分散液进行超声处理10～30min，以加速硅烷偶联剂的水解并促进其对炭黑进行包覆；
3）将超声后产物进行微波处理5～10s，进一步实现硅烷稳固包覆炭黑，得到结构稳定的亲水性良好的改性炭黑。
具体地，本发明上述制备方法中，对于硅烷偶联剂的种类并没有限定，各种常规的硅烷偶联剂均可以作为改性剂使用。优选地，本发明使用的改性剂包括但不限于是KH-792、KH-560等各种类型的硅烷偶联剂。
更具体地，本发明上述改性方法中，所述炭黑与硅烷偶联剂的摩尔比为0.4～1.5。
更具体地，本发明上述制备方法中，所述超声处理是以59KHz的频率超声处理20～30min。
更具体地，本发明上述制备方法中，所述微波处理是以功率500～800W的微波作用5～10s。
本发明以硅烷偶联剂为改性剂，通过超声加速水解并促进炭黑的均匀分散，微波进一步引入更多的亲水基团，两种方式配合对炭黑进行改性，得到了在水中具有稳定分散效果的改性炭黑，可以实现一个月以上不发生沉降。实验结果证明，独立采用其中一种方式或者改变两种方式的处理顺序，均无法实现对炭黑改性的最佳性能。
采用本发明方法制备的水溶性炭黑具有高的亲水性，适合于应用在黑色涂料以及油墨的生产中。
本发明水溶性炭黑的制备具有低生产成本、改性过程简单快捷等优势，可以满足低成本大批量改性炭黑的需要，在涂料和油墨领域具有良好的应用前景。
附图说明
图1是实施例1与比较例4、6制备炭黑的红外光谱图。
图2是实施例1与比较例4、5、6制备炭黑的扫描电子显微镜图像。
图3是实施例1与比较例4、5、6、7制备炭黑的水接触角照片。
图4是实施例1与比较例4、5、6、7制备炭黑的粒径分布图。
图5是实施例1和各比较例制备炭黑的水中自然沉淀对比图。
图6是实施例1与比较例4、6制备炭黑的热重曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，从而使本领域技术人员能很好地理解和利用本发明，而不是限制本发明的保护范围。
本发明实施例中涉及到的合成工艺、实验方法或检测方法，若无特别说明，均为现有技术中的常规方法，且其名称和/或简称均属于本领域内的常规名称，在相关用途领域均非常清楚明确，本领域内技术人员能够根据该名称理解常规工艺步骤并应用相应的设备，按照常规条件或制造商建议的条件进行实施。
本发明实施例中使用的各种仪器、设备、原料或试剂，并没有来源上的特殊限制，均为可以通过正规商业途径购买获得的常规产品，也可以按照本领域技术人员熟知的常规方法进行制备。
实施例1。
称取0.5000g炭黑和20mL KH-792，加入去离子水至25mL，置于59KHz高频超声波清洗机中，常温下超声处理20min。
将上述处理后的反应溶液置于微波炉中，在功率800W下微波处理5s，制备得到水溶性炭黑分散液CB-1。
实施例2。
称取0.5000g炭黑和20mL KH-792，加入去离子水至25mL，置于59KHz高频超声波清洗机中，常温下超声处理27min。
将上述处理后的反应溶液置于微波炉中，在功率800W下微波处理8s，制备得到水溶性炭黑分散液CB-2。
实施例3。
称取0.5000g炭黑和20mL KH-792，加入去离子水至25mL，置于59KHz高频超声波清洗机中，常温下超声处理30min。
将上述处理后的反应溶液置于微波炉中，在功率800W下微波处理7s，制备得到水溶性炭黑分散液CB-3。
比较例1。
称取0.5000g炭黑和20mL KH-792，加入去离子水至25mL，置于59KHz高频超声波清洗机中，常温下超声处理3min。
将上述处理后的反应溶液置于微波炉中，在功率800W下微波处理5s，制备得到炭黑分散液CB-4。
比较例2。
称取0.5000g炭黑和5mL KH-792，加入去离子水至25mL，置于59KHz高频超声波清洗机中，常温下超声处理20min。
将上述处理后的反应溶液置于微波炉中，在功率800W下微波处理5s，制备得到炭黑分散液CB-5。
比较例3。
称取0.5000g炭黑和20mL KH-792，加入去离子水至25mL，置于59KHz高频超声波清洗机中，常温下超声处理20min。
将上述处理后的反应溶液置于微波炉中，在功率800W下微波处理50s，制备得到炭黑分散液CB-6。
比较例4。
称取0.5000g炭黑，加入去离子水至25mL，置于59KHz高频超声波清洗机中，常温下超声处理20min，制备得到标准炭黑分散液CB-7。
比较例5。
称取0.5000g炭黑和20mL KH-792，加入去离子水至25mL，置于微波炉中，在功率800W下微波处理5s，制备得到炭黑分散液CB-8。
比较例6。
称取0.5000g炭黑和20mL KH-792，加入去离子水至25mL，置于59KHz高频超声波清洗机中，常温下超声处理20min，制备得到硅烷包覆的炭黑分散液CB-9。
比较例7。
称取0.5000g炭黑和20mL KH-792，加入去离子水至25mL，置于微波炉中，在功率800W下微波处理5s。
将上述处理后的溶液置于59KHz高频超声波清洗机中，常温下超声处理20min，制备得到炭黑分散液CB-10。
分别测试实施例1、比较例4及比较例6制备CB-1、CB-7和CB-9的红外光谱图，具体结果见图1。
CB-1、CB-7以及CB-9在3500cm-1附近均有一个较宽的吸收峰，归因于−OH键的存在，1627cm-1对应的吸收峰为H−O−H变角振动。
但与CB-7不同的是，CB-1和CB-9在3500cm-1附近的吸收峰向低波数方向移动，这是由于KH-792中伯胺基团(−NH2)的存在，同时1463cm-1处的吸收峰对应−NH结构的伸缩振动峰。而2937cm-1处的吸收峰对应于−CH2的伸缩振动峰，1321cm-1和1197cm-1处的吸收峰为C–N结构的伸缩振动峰。进而，697cm-1处的吸收峰为Si−OH、C−OH的单键振动峰，表明KH-792中的Si−OCH3水解生成Si−OH，1109cm-1和1049cm-1处Si−O−Si的峰不明显，说明硅烷以水解为主，没有发生水解-聚合反应。
通过上述分析可知，改性后的炭黑分散液中存在KH-792的水解产物。
进而，通过对比CB-1和CB-9，可以看出经过超声和微波双重处理的改性炭黑CB-1表面的亲水官能团数量显著高于单超声处理的CB-9，证明了微波处理能够引入更多的亲水基团，进一步提高改性炭黑在水中的分散稳定性。
在扫描电子显微镜(SEM)下观测CB-1超声与微波共同作用，CB-8单微波作用，CB-9单超声作用以及CB-7标准炭黑的形貌，从而比较不同处理对炭黑产物的影响，具体结果见图2。
从图2(A)的标准炭黑SEM形貌结构可以看到，大量的炭黑颗粒团聚在一起。而从图2(B)可以看出，单微波情况下硅烷与炭黑颗粒的混合不均匀，硅烷没有实现对炭黑的有效包覆；图2(C)为单超声改性炭黑，可以看出炭黑被完全包覆于硅烷之中，这在一定程度上减少了炭黑颗粒的团聚；图2(D)为超声与微波共同处理后产物的形貌，与图2(C)相比，再经过微波处理后，炭黑表面的硅烷厚度略微减少，表明微波处理不仅可以调节硅烷的包覆效果，实现更有效的包覆，同时还能够减小包覆对炭黑粒径的影响。
进而，针对水溶性炭黑CB-1以及比较例4～7的4种炭黑进行接触角测试，以更加直观地观测不同处理方式对炭黑亲水性的影响，结果如图3所示。
其中，标准炭黑CB-7(A)的水接触角为130°，表现出较强的疏水性。除此之外，其他经过KH-792包覆的改性炭黑由于在炭黑表面引入了大量的亲水基团，水接触角均明显减小。而在硅烷包覆的前提下，不同处理方式同样会对改性炭黑的水接触角产生影响。其中单微波作用处理的改性炭黑CB-8(B)的水接触角为65.5°，表现出较差的亲水性；单超声作用处理的改性炭黑CB-9(C)的水接触角为49.5°，略优于前者；而使用超声与微波共同作用处理的水溶性炭黑CB-1(E)的水接触角为36°，表现出了最佳的亲水性。这一结果也与SEM结果相符，表明超声处理分散均匀的KH-792经过微波的进一步处理后，有利于其亲水性的提高。
为了证明处理顺序的重要性，对先进行微波处理后进行超声处理的改性炭黑CB-10(D)进行水接触角测试，其水接触角为49.5°，与单超声处理的改性炭黑CB-9相同，说明调整顺序后的微波处理并没有起到明显的作用。
经KH-792包覆后的改性炭黑会出现显著的体积变化，粒径大小的改变不一定与亲水性有关，但是对其实际应用会有影响。通过动态光散射对炭黑的粒径进行测量，具体结果见图4。
从图4可以看出，标准炭黑具有最小的粒径，经硅烷包覆的炭黑粒径均有不同程度的提高，这是由于KH-792表面丰富的伯胺基团，有助于提高炭黑的亲水性，但也因硅烷的包覆使得改性炭黑的粒径显著大于标准炭黑。其中，单微波处理的改性炭黑CB-8表现出最大的粒径，单超声处理的改性炭黑CB-9粒径略低于前者，而超声与微波共同处理的水溶性炭黑CB-1的粒径较小，但是先微波后超声的改性炭黑CB-10粒径与CB-9接近。
上述结论进一步证明了微波处理在引入更多的亲水基团进一步提高炭黑亲水性的同时，还附带有减小改性炭黑粒径的效果。
最后，采用自然放置法评价了上述实施例和比较例不同参数与处理方式对于改性炭黑水分散性能的影响，具体结果显示于图5中。
图5(A)为实施例1制备水溶性炭黑的水中自然沉淀效果。经过超声与微波的共同作用处理，改性炭黑CB-1表现出良好的亲水效果，在自然放置30天后，依然没有明显的沉淀现象。同样，实施例2和实施例3也得到了与CB-1类似的结果。
图5(B)到(H)为不同处理方式对炭黑水中分散性的影响。其中，超声时间(CB-4)和硅烷偶联剂用量(CB-5)的减少，会使改性炭黑分别在第7天和第3天时沉淀；而随着微波时间的增加(CB-6)，改性炭黑会在30s时放出大量白烟，这可能是由于长时间的微波加热使硅烷被分解，导致此条件下的改性炭黑无明显亲水改性效果；标准炭黑CB-7表现出强烈的疏水性，炭黑颗粒黏附于瓶身；单微波处理的改性炭黑CB-8在3天左右完全沉淀；单超声处理的改性炭黑CB-9可以保持15天左右的水中分散性；先微波后超声的改性炭黑CB-10则与CB-7的沉淀时间接近。
综上，不同参数与处理方式都会对炭黑的亲水改性造成显著影响，有时甚至会使硅烷失去改性效果，而在超声与微波共同处理且保证炭黑与硅烷偶联剂适合比例下，能够表现出最佳的炭黑亲水改性效果。
为了进一步评价改性炭黑的热稳定性和KH-792对炭黑的包覆效果，将上述超声与微波共同处理的改性炭黑CB-1、标准炭黑CB-7以及单超声改性炭黑CB-9溶液烘干研磨成颗粒后进行热重测试，结果如图6所示。
标准炭黑CB-7表现出很高的热稳定性；CB-1和CB-9表现出相似的热稳定性，均在400～600℃出现大幅度失重现象，这是由于KH-792随温度的升高发生分解；在800℃时改性炭黑的重量基本稳定在原重量的35～45%之间，可以认为此时的重量为除去KH-792后炭黑的重量。
上述结果表明，快速微波处理并没有显著提高材料的热稳定性。由热重曲线结合SEM表明在改性炭黑表面包覆有大量的KH-792，在400℃前表现出较高的热稳定性，对于涂料和油墨等应用表现出良好的应用前景。
本发明以上实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制本发明仅为以上所述实施例。本领域普通技术人员在不脱离本发明原理和宗旨的情况下，针对这些实施例进行的各种变化、修改、替换和变型，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种水溶性炭黑的制备方法，是以硅烷偶联剂作为改性剂，将炭黑分散在硅烷偶联剂的水溶液中，先对分散液进行超声处理，再进行微波处理，得到的具有良好分散性和稳定性的改性炭黑。
2.根据权利要求1所述的制备方法，所述方法包括：
1）将炭黑与硅烷偶联剂以摩尔比为0.2～2混合，分散于去离子水中得到分散液；
2）对分散液进行超声处理10～30min；
3）将超声后产物进行微波处理5～10s，得到亲水性良好的改性炭黑。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是所述硅烷偶联剂是KH-792或KH-560。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是炭黑与硅烷偶联剂的摩尔比为0.4～1.5。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是所述超声处理是以59KHz的频率超声处理20～30min。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是所述微波处理是以功率500～800W的微波作用5～10s。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211652909.6A CN116041986B (zh) | 2022-12-22 | 2022-12-22 | 一种水溶性炭黑的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211652909.6A CN116041986B (zh) | 2022-12-22 | 2022-12-22 | 一种水溶性炭黑的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116041986A true CN116041986A (zh) | 2023-05-02 |
| CN116041986B CN116041986B (zh) | 2024-06-28 |
Family
ID=86126564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211652909.6A Active CN116041986B (zh) | 2022-12-22 | 2022-12-22 | 一种水溶性炭黑的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116041986B (zh) |
Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1689969A (zh) * | 2004-04-17 | 2005-11-02 | 德古萨股份公司 | 碳材料 |
| CN1693375A (zh) * | 2005-04-28 | 2005-11-09 | 浙江野马电池有限公司 | 表面修饰的碳黑粉体及其制备方法与其在碱性锌锰电池中的应用 |
| CN1844266A (zh) * | 2006-03-23 | 2006-10-11 | 华东理工大学 | 水溶性导电高分子表面修饰炭黑及其制备方法 |
| TW201035251A (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-01 | Nat Univ Kaohsiung | Surface-modifying method for carbon black |
| CN102115068A (zh) * | 2011-04-02 | 2011-07-06 | 深圳市三俊电池有限公司 | 超声波-微波交替法快速制备纳米级磷酸铁锂的方法 |
| KR20130034928A (ko) * | 2011-09-29 | 2013-04-08 | 한국세라믹기술원 | 마이크로파를 이용한 소수성 무기산화물의 제조 방법 |
| CN103864084A (zh) * | 2014-03-07 | 2014-06-18 | 河南理工大学 | 超细硅烷表面接枝高岭石粉体的制备方法 |
| JP2016079201A (ja) * | 2014-10-10 | 2016-05-16 | 東海カーボン株式会社 | 表面改質カーボンブラック粒子水分散体および表面改質カーボンブラック水分散体の製造方法 |
| CN106634059A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-05-10 | 江南大学 | 一种水性自分散纳米炭黑的制备方法 |
| CN107955209A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-04-24 | 青岛黑猫炭黑科技有限责任公司 | 一种炭黑湿法处理制备浆液的方法 |
| CN111171607A (zh) * | 2020-04-09 | 2020-05-19 | 北京化工大学 | 一种制备亲水性炭黑的方法、亲水性炭黑及其应用 |
| CN111484271A (zh) * | 2020-06-28 | 2020-08-04 | 山东海科创新研究院有限公司 | 采用微波-超声制备石墨烯复合导电浆料的方法及其所得产品 |
| CN111808449A (zh) * | 2020-07-22 | 2020-10-23 | 珠海格力绿色再生资源有限公司 | 轮胎裂解炭黑的改性方法及改性裂解炭黑及轮胎 |
| CN112048219A (zh) * | 2020-09-14 | 2020-12-08 | 多凌新材料科技股份有限公司 | 水性高导电石墨烯油墨及其制备方法 |
| CN114181547A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-03-15 | 河南骏化发展股份有限公司 | 一种纳米炭黑的制备方法 |
| CN114316635A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-12 | 宁波德泰化学有限公司 | 一种双亲炭黑及其制备方法 |
-
2022
- 2022-12-22 CN CN202211652909.6A patent/CN116041986B/zh active Active
Patent Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1689969A (zh) * | 2004-04-17 | 2005-11-02 | 德古萨股份公司 | 碳材料 |
| CN1693375A (zh) * | 2005-04-28 | 2005-11-09 | 浙江野马电池有限公司 | 表面修饰的碳黑粉体及其制备方法与其在碱性锌锰电池中的应用 |
| CN1844266A (zh) * | 2006-03-23 | 2006-10-11 | 华东理工大学 | 水溶性导电高分子表面修饰炭黑及其制备方法 |
| TW201035251A (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-01 | Nat Univ Kaohsiung | Surface-modifying method for carbon black |
| CN102115068A (zh) * | 2011-04-02 | 2011-07-06 | 深圳市三俊电池有限公司 | 超声波-微波交替法快速制备纳米级磷酸铁锂的方法 |
| KR20130034928A (ko) * | 2011-09-29 | 2013-04-08 | 한국세라믹기술원 | 마이크로파를 이용한 소수성 무기산화물의 제조 방법 |
| CN103864084A (zh) * | 2014-03-07 | 2014-06-18 | 河南理工大学 | 超细硅烷表面接枝高岭石粉体的制备方法 |
| JP2016079201A (ja) * | 2014-10-10 | 2016-05-16 | 東海カーボン株式会社 | 表面改質カーボンブラック粒子水分散体および表面改質カーボンブラック水分散体の製造方法 |
| CN106634059A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-05-10 | 江南大学 | 一种水性自分散纳米炭黑的制备方法 |
| CN107955209A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-04-24 | 青岛黑猫炭黑科技有限责任公司 | 一种炭黑湿法处理制备浆液的方法 |
| CN111171607A (zh) * | 2020-04-09 | 2020-05-19 | 北京化工大学 | 一种制备亲水性炭黑的方法、亲水性炭黑及其应用 |
| CN111484271A (zh) * | 2020-06-28 | 2020-08-04 | 山东海科创新研究院有限公司 | 采用微波-超声制备石墨烯复合导电浆料的方法及其所得产品 |
| CN111808449A (zh) * | 2020-07-22 | 2020-10-23 | 珠海格力绿色再生资源有限公司 | 轮胎裂解炭黑的改性方法及改性裂解炭黑及轮胎 |
| CN112048219A (zh) * | 2020-09-14 | 2020-12-08 | 多凌新材料科技股份有限公司 | 水性高导电石墨烯油墨及其制备方法 |
| CN114181547A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-03-15 | 河南骏化发展股份有限公司 | 一种纳米炭黑的制备方法 |
| CN114316635A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-12 | 宁波德泰化学有限公司 | 一种双亲炭黑及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 苏瑞彩: "纳米SiO2高效表面改性工艺的探索研究", 华南理工大学硕士学位论文, pages 1 - 60 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116041986B (zh) | 2024-06-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lan et al. | Surface modification of magnesium hydroxide using vinyltriethoxysilane by dry process | |
| CN111171607B (zh) | 一种制备亲水性炭黑的方法、亲水性炭黑及其应用 | |
| CN102504612B (zh) | 改性纳米二氧化硅以及由其制备的复合涂料 | |
| CN108192141B (zh) | 一种橡胶填料碳纳米管的改性方法 | |
| CN108084803B (zh) | 一种硅烷改性炭黑色浆的制备方法 | |
| CN111019462B (zh) | 一种面向聚丙烯的导电底漆及其制备方法 | |
| CN105694104B (zh) | 一种橡胶用纳米碳酸钙的制备方法 | |
| Yuan et al. | Low-temperature plasma preparation and application of carbon black nanoparticles | |
| CN108192138A (zh) | 用做橡胶填料碳纳米管的改性方法 | |
| CN110330782B (zh) | 一种改性氧化石墨烯/聚氨酯耐热复合材料的制备方法 | |
| CN110130102A (zh) | 一种纳米碳纤维表面修饰方法 | |
| CN110980744B (zh) | 一种一次粒径可控白炭黑的制备方法 | |
| CN116041986B (zh) | 一种水溶性炭黑的制备方法 | |
| CN113748107A (zh) | 含sp2杂化碳同素异形体和二羧酸衍生物之间的加合物的弹性体组合物 | |
| TWI468348B (zh) | 氧化鋯奈米顆粒及其水溶膠與製備氧化鋯奈米顆粒之組合物及方法 | |
| CN118185128A (zh) | 一种橡胶用纳米二氧化硅的制备方法 | |
| Song et al. | Synergistic effect of hybrid montmorillonite materials on the wear resistance of natural rubber/butadiene rubber composites | |
| Zhou et al. | Effect of low‐temperature plasma modified pyrolysis carbon black on the properties of rubber composites prepared by wet process | |
| CN111748220A (zh) | 一种基于化学改性实现对纳米二氧化硅表面润湿性的调控方法 | |
| EP0228058B1 (en) | High-quality coloring carbon black and process for its production | |
| CN111334085A (zh) | 酞菁蓝颜料的石墨烯改性方法 | |
| CN109929271A (zh) | 改性纳米粒子的方法 | |
| CN112778584A (zh) | 橡胶复合母粒及其制备方法 | |
| Xu et al. | Reinforcing styrene‐butadiene rubber by silica/carbon black by‐product composite through an in‐situ polymerization process | |
| KR102254960B1 (ko) | 밀링공정을 이용한 다중벽 탄소나노튜브 전도성 분산액의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |