共处理碳黑中纳米碳的方法和由其获得的产品技术

本文提供了通过共处理纳米碳聚集体和碳黑聚集体形成组合物的方法，所述方法包括提供纳米碳聚集体，提供碳黑聚集体，以及混合所述纳米碳聚集体和所述碳黑聚集体，从而使得所述纳米碳聚集体分散于纳米碳和碳黑的较松散聚集体中，或使得个体化纳米碳分散于碳黑聚集体中。

Process for CO treatment of carbon dioxide in carbon black and products obtained therefrom

This paper provides a method of composition formed by CO processing of carbon nano aggregates and carbon black aggregates, the method includes providing a carbon nano aggregates, with carbon black aggregates, and mixing the carbon nano aggregates and the carbon black aggregates, so that the carbon nano aggregates dispersed in nano carbon and carbon black aggregates or loose. The individual carbon nanotubes dispersed in carbon black aggregates.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】共处理碳黑中纳米碳的方法和由其获得的产品对相关申请的交叉引用本申请要求2015年3月13日提交的美国临时申请62/133,256和2015年3月10日提交的美国临时申请62/177,212的权益，通过引用并入上述临时申请。
技术实现思路
本文提供了将纳米碳分散于碳黑中的方法。在下文讨论的实例中，可以将纳米碳诸如纳米管、石墨烯、巴克球(buckyball)、纳米角(nanohorn)等和碳黑混合在一起来促进纳米碳和碳黑的整合。纳米碳和碳黑的混合物能有助于纳米碳分散到碳黑中，并且也有助于纳米碳和碳黑的混合物分散于介质诸如弹性体中。本文还提供了将纳米碳和碳黑分散于聚合物诸如橡胶或热塑性塑料中的方法。该方法可包括将纳米碳和碳黑预处理成“松散”聚集体，接着使所述松散聚集体与聚合物相结合。通过使所述松散聚集体与所述聚合物结合，能够改善纳米碳-碳黑-聚合物产品的性能。附图说明包含附图，并且附图构成了本说明书的一部分，附图阐明请求保护的本专利技术的示例性实施方案。在附图中：图1A-1B是碳纳米管的扫描电镜(SEM)显微图；图2A-2B是碳黑的SEM显微图；以及图3-16是在不同条件下共处理的纳米碳和碳黑的样品的SEM显微图。具体实施方式下文的具体实施方式参考附图。在不同的附图中，相同的附图标记可以表示相同或相似的要素。此外，下文的具体实施方式说明了本专利技术的实施方案，并不意图限制本专利技术。A.概述不希望受限于任何理论，相信碳黑附聚体(agglomerate)(包含与纳米碳附聚体中的单个纳米碳相同尺寸范围的一级颗粒)中的碳黑能够通过静电力或机械力(由于其结构不规则)使其自身附于单个纳米碳。这些力使得单个纳米碳从其最初的纳米碳聚集体(aggregate)脱附聚。一旦脱附聚，个体化的纳米碳具有能够匹配单个碳黑颗粒和附聚体之间的间隙(interstitialspace)的特定大小，从而碳黑使单个纳米碳与其他单个纳米碳分离。换而言之，相信纳米碳与碳黑之间的紧密接触以及由物理共处理提供的在小范围内发挥作用的剪应力引起脱附聚，并维持个体化纳米碳的个体性。B.纳米碳术语“纳米碳”意指纳米尺寸的碳，可包括碳纳米管、纳米石墨烯碳(nanographeniccarbon)、巴克球以及纳米角。碳纳米管是纳米碳的优选形式。通常，如纳米碳和纳米石墨烯碳中所用的，前缀“纳米”的使用意味着所述材料的至少一维小于100nm，并且可包括尺度(sizescale)为至少一维小于1微米、小于0.5微米、小于0.2微米、小于100nm、小于50nm、小于20nm或小于5nm的材料。纳米碳通常还具有令人满意的性能，如高表面积和导电率；参见例如碳纳米管的基本性能。纳米碳能够以多种形式存在，并且能够通过在金属表面催化分解各种含碳气体来制备。这些包括Tennent等人的美国专利第6,099,965号和Moy等人的美国专利第5,569,635号所述的那些，通过引用将这两篇专利整体并入本文。在实施方案中，纳米碳可由烃或其他气态碳化合物如CO通过催化生长来制备，由负载型催化剂颗粒或自由浮动型催化剂颗粒介导。所生成的纳米碳的形式可以是离散的纳米碳(即分离的单个纳米碳)、纳米碳的聚集体/附聚体(即密集纠缠的纳米碳)或两者混合物。纳米碳的聚集体可以是纠缠的纳米碳的密集颗粒状结构。聚集体可以在产生纳米碳的过程中形成，其中催化剂载体的选择可影响聚集体的形态。具有完全随机的内部质地的多孔载体，如气相二氧化硅或气相氧化铝能够在所有方向生长纳米碳，导致聚集体的形成。如本文所用，纳米碳附聚体由多重纳米碳聚集体构成，所述多重纳米碳聚集体彼此附着或形成许多聚集体的单一附聚体。纳米碳聚集体能够在纳米碳附聚体中保持它们的结构。纳米碳还在物理和化学上不同于他形式的碳如标准石墨和碳黑。根据定义，标准石墨是扁平状的而非纤维状的。碳黑是不规则形状的无定形结构，通常表征为存在sp2和sp3这两种结合(bonding)。在另一方面，纳米碳具有一层或多层有序的石墨碳原子。特别是这些差异使得石墨和碳黑成为纳米碳-聚合体结构性能的不良预测者。纳米碳的一种形式是碳纳米管。术语“碳纳米管”、“纤丝”、“纳米纤维”以及“纳米管”交换使用，指单壁(即仅单个与纳米管轴平行的石墨烯层)和/或多壁(多个与纳米管轴差不多平行的石墨烯层)碳纳米管，其可另外被功能化或具有较少结构化的无定形碳的外层(注意，如果需要，也可以使其他形式的纳米碳功能化)。碳纳米管具有伸长的结构，其横截面(例如具有边缘的有角纤维)或直径(例如圆形的)，例如对于多壁碳纳米管而言，小于100nm、优选小于50nm、更优选小于20nm；或例如对于单壁纳米管而言，小于5纳米。其他类型的碳纳米管也是已知的，例如鱼骨纤丝(例如，其中石墨烯片相对于纳米管轴以鱼脊形图案分散)、“巴基管(buckytubes)”等。碳纳米管的聚集体可类似于鸟巢(“BN”)、棉花糖(“CC”)、精梳纱(“CY”)、开放的网(“ON”)或其他构型的形态。碳纳米管还可在扁平载体上生长，一端附着于载体并彼此平行，形成“森林”结构。聚集体中的单根碳纳米管可定向于特定方向上(例如，如同在“CC”、“CY”以及“ON”聚集体中)，或可以是非定向的(即在不同的方向上随机定向，例如如同在“BN”聚集体中)。可以如在美国专利第5,456,897号所公开的来制备“BN”结构，所述美国专利例如通过引用被整体并入本文。“BN”附聚体紧密压紧，其典型密度大于0.08g/cc，例如0.12g/cc。透射电子显微术(“TEM”)显示，形成为“BN”附聚体的碳纳米管无确切的定向。描述用来产生“BN”附聚体的方法和催化剂的专利包括美国专利第5,707,916号和第5,500,200号，二者都通过引用整体并入本文。图1A和1B是碳纳米管的SEM显微图。如图1A和1B所示，碳纳米管(图1A中BN型，图1B中CC型)表现出碳纳米管附聚体结构。制备态的(asmade)碳纳米管附聚体并没有在干燥状态下成功地脱附聚。更确切地说，在这一方面，脱附聚表示产生大量个体化管或者实质上完全不存在制备态的附聚体。甚至液相中的脱凝聚都可能需要大量能源，例如超声。参见美国专利第5,691,054号，该专利是共同拥有的，并且通过引用并入本文。另一方面，“CC”、“ON”以及“CY”附聚体的密度较低，通常小于0.1g/cc，例如0.08g/cc，并且它们的TEMs揭示了纳米管的优选定向。通过引用整体并入本文的美国专利第5,456,897号描述了由负载于平面载体上的催化剂来生产这些定向的附聚体。“CY”一般还可以指其中的单根碳纳米管是定向的聚集体，“CC”聚集体是“CY”聚集体的更特定的低密度形式。碳纳米管不同于商业上可得的所谓“连续碳纤维(continuouscarbonfibers)”(即商业上可得的，尺寸比纳米管大的碳纤维)。例如，连续碳纤维的直径(往往大于1.0微米，通常为5-7微米)也远大于碳纳米管的直径，碳纳米管的直径通常小于1.0微米。由于尺寸较小，就作为聚合物添加剂而提供的相同量而言，与碳纤维相比，碳纳米管通常具有增大的导电性。本文所用的碳纳米管可以以其制备态附聚体的形式使用，或它们可以通过例如研钵和研棒、球磨、棒磨、锤磨等来预处理，以减少附聚体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过共处理纳米碳聚集体和碳黑聚集体形成组合物的方法，包括：提供纳米碳聚集体；提供碳黑聚集体；以及混合所述纳米碳聚集体和所述碳黑聚集体，使得所述纳米碳聚集体分散到：纳米碳和碳黑的松散聚集体中；或者使得个体化的纳米碳分散于所述碳黑聚集体中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.10 US 62/177,212;2015.03.13 US 62/133,2561.一种通过共处理纳米碳聚集体和碳黑聚集体形成组合物的方法，包括：提供纳米碳聚集体；提供碳黑聚集体；以及混合所述纳米碳聚集体和所述碳黑聚集体，使得所述纳米碳聚集体分散到：纳米碳和碳黑的松散聚集体中；或者使得个体化的纳米碳分散于所述碳黑聚集体中。2.如权利要求1所述的方法，其中所述组合物包含：50wt.％或更少的纳米碳聚集体和50wt.％或更多的碳黑聚集体；30wt.％或更少的纳米碳聚集体和70wt.％或更多的碳黑聚集体；或10wt.％或更少的纳米碳聚集体和90wt.％或更多的碳黑聚集体。3.如权利要求1所述的方法，其中所述提供纳米碳聚集体包括提供多壁碳纳米管聚集体。4.一种制备纳米碳-碳黑分散体的方法，包括：提供附聚的纳米碳；提供碳黑；以及以基本上干燥状态混合所述附聚的纳米碳和碳黑，并施加足够的剪切力达足够的时间，以使得通过扫描电镜(SEM)不能观察到所述纳米碳的附聚体结构。5.如权利要求4所述的方法，其中所述提供纳米碳聚集体包括提供多壁碳纳米管聚集体。6.纳米碳在碳黑中的分散体，包含：纳米碳聚集体；以及碳黑聚集体，其中所述纳米碳聚集体分散于碳黑聚集体中，从而通过SEM...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨军，H·坦南特，R·霍克，
申请(专利权)人：海佩里恩催化国际公司，
类型：发明
国别省市：美国,US