复合碳材料及其制备方法、橡胶复合材料和轮胎技术

本发明专利技术提供了一种复合碳材料及其制备方法、橡胶复合材料和轮胎，涉及碳材料技术领域。该复合碳材料的制备方法，通过将特定组成的乳化液经喷雾处理后所形成的雾化液滴与以烟气形式存在的一次结构改性炭黑反应，并利用补强填料与一次结构改性炭黑的表面特性，使补强填料与一次结构改性炭黑反应并链接形成一体，从而得到复合碳材料，该制备方法操作简单、方便，适合于工业化规模生产，所制得的复合碳材料具有良好的低滞后性能。本发明专利技术还提供了一种复合碳材料，采用上述复合碳材料的制备方法制得，该复合碳材料可以满足低滞后的性能要求，大规模轮胎混炼的要求，以及可以填充到不同种类的橡胶中，并不局限于特定的橡胶胶乳，应用范围较为广泛。

Carbon composite and its preparation, rubber composite and tire

The invention provides a composite carbon material and a preparation method thereof, a rubber composite material and a tire, and relates to the technical field of carbon material. The preparation method of the composite carbon material is to react with the atomized droplets formed by the spray treatment of the specific emulsion and react with the primary structure modified by carbon black in the form of flue gas, and by using the surface characteristics of the reinforcing filler and the primary structure modified carbon black, the reinforcing filler is reacted and linked with the primary structure modified carbon black to form an organic whole, thereby obtaining the composite carbon material. The method is simple and convenient, suitable for industrial scale production, and the composite carbon material has good low lag performance. The invention also provides a composite carbon material, which is prepared by the preparation method of the composite carbon material. The composite carbon material can meet the performance requirements of low lag, the requirements of large-scale tire mixing, and can be filled into different kinds of rubber, not limited to specific rubber latex, and has a wide application range.

【技术实现步骤摘要】
复合碳材料及其制备方法、橡胶复合材料和轮胎
本专利技术涉及复合材料
，尤其是涉及一种复合碳材料及其制备方法、橡胶复合材料和轮胎。
技术介绍
近十几年来，从欧盟推出轮胎标签开始，国内轮胎行业为了应对行业的发展，大力发展绿色轮胎。绿色轮胎的总体要求是节能、安全、耐用，具体体现在行驶性能上则是低滚动阻力、高抗湿滑性和高耐磨性。这三大性能相互影响，相互制约，形象地被人们称为“魔鬼三角”性能。为响应绿色轮胎的倡导并适应行业竞争，轮胎的上游填料企业也努力推出低滞后的填料。目前从整个行业来看，单纯的低滞后炭黑耐磨性达不到要求，无法打破橡胶行业“魔鬼三角”的束缚。白炭黑填料、碳纳米管等填料可作为绿色填料，但是将其大量填充胎面的混炼工业还无法大规模应用。即使是目前流行的高分散白炭黑也同样存在分散与加工的问题。这主要由于炭黑、白炭黑、碳纳米管等填料尺寸多为纳米级，其自身团聚现象非常严重，直接将其混合加入到橡胶基体中很难实现均匀分散。填料分散不均匀将直接影响橡胶的补强效果，同时也不利于降低橡胶的滞后性能。虽然现有技术中也有提出采用一定处理方法将不同种类的填料进行预混，然后再加入至橡胶基体中，但是填料预混时的处理量较小，仅适用于实验室制备，无法实现大规模处理，且预混后的填料在橡胶基体中的分散效果以及对降低橡胶的低滞后性能还有待进一步提升。有鉴于此，特提出本专利技术以解决上述技术问题中的至少一个。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种复合碳材料的制备方法，该制备方法操作简单、方便，适合于工业化规模生产，所制得的复合碳材料在橡胶中具有良好的分散性能以及低滞后性。本专利技术的第二目的在于提供一种复合碳材料，采用上述复合碳材料的制备方法制得。本专利技术的第三目的在于提供一种橡胶复合材料，包含上述复合碳材料。本专利技术的第四目的在于提供一种轮胎，包含上述复合碳材料或复合碳材料。本专利技术提供的复合碳材料的制备方法，包括以下步骤：(a)提供补强填料、分散剂和水形成的乳化液，所述补强填料包括白炭黑；(b)将原料油和活性剂混合，使得到的改性原料油进行裂解，将得到的裂解产物冷却，得到以烟气形式存在的一次结构改性炭黑；(c)将乳化液进行喷雾处理，将得到的以雾化液滴形式存在的乳化液与以烟气形式存在的一次结构改性炭黑混合，得到复合碳材料。进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(b)中，所述原料油包括煤焦油、蒽油或者乙烯焦油中的任意一种或者至少两种的组合；优选地，步骤(b)中，所述活性剂包括烷基酚聚氧乙烯醚、萘酚聚氧乙烯醚、双十二烷基二甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基氨基丙酸钠、甲酸钾、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇对异辛基苯基醚或月桂酰基谷氨酸钠中的任意一种或至少两种的组合。进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(b)中，所述原料油与活性剂的质量比为100:(0.5-10)；优选地，步骤(b)中，裂解的温度为1200-2100℃，裂解的时间为10-90ms；优选地，步骤(b)中，冷却温度至800-900℃。进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(c)中，所述乳化液与一次结构改性炭黑的质量比为(10-30):(70-90)，优选为(12-28):(72-88)，进一步优选为(15-25):(75-85)；优选地，步骤(c)中，反应的温度为750-850℃。进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(a)中，所述补强填料在乳化液中的质量分数为5-50％，优选为8-30％；优选地，步骤(a)中，所述分散剂在乳化液中的质量分数为0.1-5％，优选为1-4％。进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(a)中，所述分散剂包括对苯酚磺酸、烯烃基多硫化物、硅硼偶联剂、3-氯丙基三甲氧基硅烷、顺丁烯二酸二丁酯、三甲氧基硅烷基甲硫醇、4,4'-偶氮二(4-氰基戊酸)聚乙二醇酯、(N，N-二甲胺基乙基)丙烯酸酯、氨基磺酸、双-(γ-三乙氧基硅丙基)四硫化物、N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷或3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的任意一种或至少两种的组合。进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(a)中，所述乳化液的制备方法包括以下步骤：将补强填料、分散剂和水混合，乳化，得到乳化液；优选地，步骤(a)中，补强填料、分散剂和水混合的温度为20-100℃。本专利技术还提供了一种复合碳材料，采用上述复合碳材料的制备方法制得。本专利技术还提供了一种橡胶复合材料，包含上述复合碳材料。本专利技术还提供了一种轮胎，包含上述复合碳材料或橡胶复合材料。本专利技术提供的复合碳材料及其制备方法、橡胶复合材料和轮胎具有以下有益效果：(1)本专利技术提供的复合碳材料的制备方法，将特定组成的乳化液经喷雾处理后所形成的雾化液滴与以烟气形式存在的一次结构改性炭黑反应，并利用补强填料与一次结构改性炭黑的表面特性，使补强填料与一次结构改性炭黑反应并链接形成一体，从而得到复合碳材料，该制备方法操作简单，方便，适合于工业化规模生产，所制得的复合碳材料在橡胶中具有良好的分散性能以及低滞后性。(2)本专利技术提供的复合碳材料，采用上述复合碳材料的制备方法制得，该复合碳材料可以满足低滞后的性能要求，大规模轮胎混炼的要求，以及可以填充到不同种类的橡胶中，并不局限于特定的橡胶胶乳，应用范围较为广泛。(3)本专利技术提供的橡胶复合材料，包含上述复合碳材料。鉴于上述复合碳材料所具有的优势，使得复合碳材料能够在橡胶中具有良好的分散性能，降低橡胶滞后损失，从而获得更好的滚动阻力性能。(4)本专利技术提供的轮胎，包含上述复合碳材料或橡胶复合材料。鉴于上述复合碳材料或橡胶复合材料所具有的优势，使得含有其的轮胎也具有相同的优势。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的一种实施方式下的复合碳材料的生产工艺流程图；图2为本专利技术实施例1提供的复合碳材料的TEM图。图标：10-储料罐；20-原油预热器；30-反应器；40-进样装置。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。根据本专利技术的第一个方面，提供了一种复合碳材料的制备方法，包括以下步骤：(a)提供补强填料、分散剂和水形成的乳化液，所述补强填料包括白炭黑；(b)将原料油和活性剂混合，使得到的改性原料油进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(a)提供补强填料、分散剂和水形成的乳化液，所述补强填料包括白炭黑；/n(b)将原料油和活性剂混合，使得到的改性原料油进行裂解，将得到的裂解产物冷却，得到以烟气形式存在的一次结构改性炭黑；/n(c)将乳化液进行喷雾处理，将得到的以雾化液滴形式存在的乳化液与以烟气形式存在的一次结构改性炭黑反应，得到复合碳材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)提供补强填料、分散剂和水形成的乳化液，所述补强填料包括白炭黑；
(b)将原料油和活性剂混合，使得到的改性原料油进行裂解，将得到的裂解产物冷却，得到以烟气形式存在的一次结构改性炭黑；
(c)将乳化液进行喷雾处理，将得到的以雾化液滴形式存在的乳化液与以烟气形式存在的一次结构改性炭黑反应，得到复合碳材料。


2.根据权利要求1所述的复合碳材料的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，所述原料油包括煤焦油、蒽油或者乙烯焦油中的任意一种或者至少两种的组合；
优选地，步骤(b)中，所述活性剂包括烷基酚聚氧乙烯醚、萘酚聚氧乙烯醚、双十二烷基二甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基氨基丙酸钠、甲酸钾、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇对异辛基苯基醚或月桂酰基谷氨酸钠中的任意一种或至少两种的组合。


3.根据权利要求1所述的复合碳材料的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，所述原料油与活性剂的质量比为100:(0.5-10)；
优选地，步骤(b)中，裂解的温度为1200-2100℃，裂解的时间为10-90ms；
优选地，步骤(b)中，冷却温度至800-900℃。


4.根据权利要求1所述的复合碳材料的制备方法，其特征在于，步骤(c)中，所述乳化液与一次结构改性炭黑的质量比为(10-30):(70-90)，优选为(12-28):(72-88)，进一步优选为(15-25):(75-85)；
优选地，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏，安鲁，
申请(专利权)人：青岛黑猫新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37