炭黑的表面氧化改性及分散性研究

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1、摘要炭黑的表面氧化改性及分散性研究炭黑是由烃类化合物(液态或气态)经不完全燃烧或热裂解制成的黑色粉末状物质，由于其自身具有着色、耐候、补强、导电等优点而广泛用作高分子材料的补强剂、医药载体、催化剂载体及用于油墨、涂料的制造等。然而，炭黑总是以聚集体的形态存在，表面润湿性低，致使分散性能差，限制了炭黑在诸多领域的应用，而表面改性的方法可改善炭黑的分散性能，其中在液相中进行的表面氧化改性因其过程简单、效果优良而备受关注。本文即利用过硫酸铵的强氧化作用，在水中对炭黑进行表面氧化改性，提高炭黑的水分散性和稳定性，方法简单、环保。确定炭黑N．1

2、lO的最佳反应条件为过硫酸铵加入量7．Og，反应温度30。C，反应时间20h时，此时炭黑粒度由315．6nm降至146．8nm，而且水分散液的分散性及稳定性最好，静置一年后无表观沉降。主要工作如下：1．对两种结构不同的炭黑N．110和N．539进行同样的表面氧化改性，并对改性结果进行对比。采用XPS和炭黑水分散液pH值测定分析了炭黑表面基团含量变化，通过膜过滤、激光粒度分析、透射电子显微镜(TEM)观察及炭黑水分散液离心分离等方法考察了改性炭黑的水分散性及分散稳定性。结果显示，粒径较小的N．110由于具有较大的比表面积，改性后分散性和

3、分散稳定性都明显优于N．539。2．将改性效果较明显的炭黑N．110的改性条件改变，系统考察氧化剂I北京化T人学硕：{二学位论文加入量、反应时间、反应温度、超声时间等参数对改性效果的影响，发现延长反应时间对改性后炭黑水分散液的分散性提高影响最为显著，但综合分析后确定最佳反应条件为过硫酸铵用量为7．Og，反应温度30。C，反应时间20h。3．将在最佳改性条件下得到的炭黑N．110溶于不同的有机溶剂，考察改性对炭黑在有机溶剂中分散性的影响，实验结果一方面证实了改性确实使炭黑表面接上含氧基团，另一方面显示改性并未使炭黑在有机溶剂中的分散性得

4、到明显提高。4．对另外一种特性炭黑——导电炭黑进行相同的表面氧化改性，通过变换改性时间、改性温度、超声时间、实验方法等条件系统考察改性对导电炭黑水分散性的影响，采用与普通改性炭黑相同的分析方法得出结论：无论如何改变反应条件，改性后导电炭黑水分散性均没有显著提高，虽然延长反应时间可使其粒径减小，但团聚体尺寸极不稳定，而且对导电炭黑表面结构产生破坏。5．将改性前后的导电炭黑和N。110分别进行电导率的测试分析，发现改性使两种炭黑电导率都明显下降，说明此种改性方法对以导电为主要应用的导电炭黑不适用。关键词：炭黑，表面氧化改性，分散性、分散稳

5、定性，导电炭黑，电导率IIABSTRACTSTUDYoFSURFACEoⅪDATIONoFCARBoNBLACKANDITSDISPERSIoNCarbonblackisablackpowderedsubstance，whichwasgeneratedfromincompletecombustionandthermalcrackingofhydrocarboncompounds，andasithasalotofpremiumpropertiessuchaspigmentability,weatherresistence，reinfor

6、cingperformanceandconductivity,itWasusedasreinforcingagentforpolymermaterials，cartierformedicineandcatalyst，rawmaterialsforinkandpaintwidely．Butitsdispersionispoorwhichlimititsapplicationbecauseitalwaysoccursasagglomerates．Somanymethodswerefoundouttoimprovethedispersion

7、propertyofcarbonblackamongwhichsurfaceoxidationmodificationinliquidphaseisthemajorconcern．Thisarticleproposedasimpleandenvironmentallyfriendlymethodwhichusingammoniumpersulfate(APS)asanoxidanttooxidizecarbonblackinwater．TheresultsindicatedthatunderanoptimizedAPSquantity

8、of7．09，oxidationtemperatureof30。Candoxidationtimeof20h，theparticlesizeofcarbonblackdecreasedfrom315．6nmto146．8