一种高相容性的改性乙炔炭黑、其制备方法和应用与流程

本发明涉及导电炭材料，具体地，涉及一种高相容性的改性乙炔炭黑、其制备方法和应用。

背景技术：

1、在电力电缆的制造中，半导电包带扮演着至关重要的角色。它不仅能够提高电缆的电气性能，还能够保证电缆的安全稳定运行。而乙炔炭黑作为一种导电性能优异的材料，被广泛用于半导电包带的制备。然而，乙炔炭黑的某些性能仍有待提升，因此，对其进行改性研究具有重要的实用价值。

2、传统的乙炔炭黑虽然导电性能优良，但在某些特定环境下，如高温、高湿等，其分散性和稳定性可能受到影响，进而影响到半导电包带的性能。此外，乙炔炭黑的团聚现象也可能导致其在半导电包带中的分布不均匀，从而影响电缆的电气性能。因此，对乙炔炭黑进行改性，提高其分散性和稳定性，成为了当前研究的热点。

3、近年来，随着纳米技术的不断发展，越来越多的研究者开始尝试将纳米技术应用于乙炔炭黑的改性研究中。通过引入纳米级的添加剂，可以在乙炔炭黑的表面形成一层稳定的保护层，防止其在恶劣环境下发生团聚和分解。同时，纳米添加剂还可以改善乙炔炭黑的分散性，使其在半导电包带中更加均匀地分布。但是纳米添加剂在使用过程中，会造成不同程度的脱落，从而导致纳米添加剂对于环境的潜在污染。

4、除了纳米技术外，还可以利用物理方法，如球磨、超声波等，对乙炔炭黑进行细化处理，使其颗粒更小、更均匀，但是能耗较高，最终相容性效果不佳，生产经济性不足。

技术实现思路

1、针对上述乙炔炭黑改性方法存在相容性差和污染的问题，本发明提供了一种高相容性的改性乙炔炭黑、其制备方法和应用，该方法制得的改性乙炔炭黑与半导电包带相容性好，反应过程无污染，可用于电力电缆的清洁制造。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供一种高相容性的改性乙炔炭黑的制备方法，该制备方法为：将3-苯基丙异氰酸酯和乙炔炭黑共混后进行加热反应。

3、3-苯基丙异氰酸酯对乙炔炭黑的改性，其原理为：3-苯基丙异氰酸酯的苯基具有大π键，异氰酸酯基团具有很好的反应活性。乙炔炭黑的本质是具有乱层结构的典型石墨微晶的聚集体。因此，3-苯基丙异氰酸酯和乙炔炭黑之间能够形成很好的π-π堆积作用，从而加固二者之间的连接。3-苯基丙异氰酸酯的异氰酸酯基团，因其具备良好的化学反应活性，可以与半导电包带的酰胺基团发生反应，形成氢键，从而能够大大提高乙炔炭黑和半导电包带之间的相容性(如图2所示)。

4、优选地，所述3-苯基丙异氰酸酯和乙炔炭黑的质量比为(0.01～0.5)：(1～2)。

5、实验证实质量比为(0.01～0.5)：(1～2)之间都可以实现乙炔炭黑与导电胶体提高相容性的作用，但会因为投料比的不同，相容性提升程度有所不同，可根据实际生产需要来选择质量比例。

6、进一步优选地，所述3-苯基丙异氰酸酯和乙炔炭黑的质量比为0.03：1.7。

7、具体地，反应温度为80～200℃，反应时间为0.5～5h。

8、反应温度对产物的性能及反应时间有着直接影响，温度低于80℃，得不到产物，高于200℃时3-苯基丙异氰酸酯易挥发，优选所述反应温度为150℃，所述反应时间为1h，能够在较短的时间内得到最终产品。

9、改性反应过程中需控制3-苯基丙异氰酸酯和乙炔炭黑的共混速度，优选地，所述3-苯基丙异氰酸酯和乙炔炭黑的共混速度为500～2000rpm。

10、3-苯基丙异氰酸酯和乙炔炭黑的共混速度，对最终产物与导电胶体的相容性有着直接影响，共混速度低于500rpm，改性乙炔炭黑分散极差，高于2000rpm时无明显增益，只会虚耗能源。

11、优选地，所述3-苯基丙异氰酸酯和乙炔炭黑的共混速度为2000rpm。

12、本发明第二方面提供一种上述的制备方法制得的高相容性的改性乙炔炭黑。

13、本发明第三方面提供一种上述的高相容性的改性乙炔炭黑在制备电缆的半导电包带中的应用。

14、通过上述技术方案，本发明实现了以下有益效果：

15、1、本发明采用3-苯基丙异氰酸酯对乙炔炭黑进行改性，3-苯基丙异氰酸酯的苯基具有大π键，异氰酸酯基团具有很好的反应活性。乙炔炭黑的本质是具有乱层结构的典型石墨微晶的聚集体。因此，3-苯基丙异氰酸酯和乙炔炭黑之间能够形成很好的π-π堆积作用，从而加固二者之间的连接。3-苯基丙异氰酸酯的异氰酸酯基团，因其具备良好的化学反应活性，可以与半导电包带的酰胺基团发生反应，形成氢键，从而能够大大提高乙炔炭黑和半导电包带之间的相容性。

16、2、本发明中3-苯基丙异氰酸酯和乙炔炭黑易于反应，能耗低，反应过程无污染，反应工艺简单易行，反应无副产物排放。

17、3、将本发明制得的改性乙炔炭黑与导电胶体复合，即可解决半导电包带的掉粉问题，可运用于制备性能更好的高压超高压电缆的半导电包带，具有重大应用前景。

技术特征：

1.一种高相容性的改性乙炔炭黑的制备方法，其特征在于，将3-苯基丙异氰酸酯和乙炔炭黑共混后进行加热反应。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述3-苯基丙异氰酸酯和乙炔炭黑的质量比为(0.01～0.5)：(1～2)。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述3-苯基丙异氰酸酯和乙炔炭黑的质量比为0.03：1.7。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，反应温度为80～200℃，反应时间为0.5～5h。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述反应温度为150℃，所述反应时间为1h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述3-苯基丙异氰酸酯和乙炔炭黑的共混速度为500～2000rpm。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述3-苯基丙异氰酸酯和乙炔炭黑的共混速度为2000rpm。

8.权利要求1至7中任一项所述的制备方法制得的高相容性的改性乙炔炭黑。

9.权利要求8所述的高相容性的改性乙炔炭黑在制备电缆的半导电包带中的应用。

技术总结
本发明公开了一种高相容性的改性乙炔炭黑、其制备方法和应用，该制备方法为将3‑苯基丙异氰酸酯和乙炔炭黑共混后进行加热反应。本发明采用3‑苯基丙异氰酸酯对乙炔炭黑进行改性，3‑苯基丙异氰酸酯的苯基具有大π键，异氰酸酯基团具有很好的反应活性。乙炔炭黑的本质是具有乱层结构的典型石墨微晶的聚集体。因此，3‑苯基丙异氰酸酯和乙炔炭黑之间能够形成很好的π‑π堆积作用，从而加固二者之间的连接。3‑苯基丙异氰酸酯的异氰酸酯基团，因其具备良好的化学反应活性，可以与半导电包带的酰胺基团发生反应，形成氢键，从而能够大大提高乙炔炭黑和半导电包带之间的相容性。

技术研发人员：张云,仇亚昕,江涛,陆赵情,文青波,施永乾,张灿灿,邹红飞,金秋
受保护的技术使用者：扬州腾飞电缆电器材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23