碳黑技术工艺(生产方法)
全球碳黑生产工艺一般为炉法、接触法(主要为槽法和无槽气法)和热解法。我们正在使用的是**重要也是**常用的生产工艺--炉法和气法。
所谓炉法就是在密闭的反应炉中,将液烃原料(一般是煤焦油)喷射到燃烧的热空气和天然气中,在高温下经热氧化而分解,所生成碳黑的性能可以通过猝熄火焰来控制。然后,使用过滤系统把产成的颜料碳黑从气烟中分离出来。炉法的特点是原材料的选择范围很广,且生产出的碳黑的性能多种多样。
而气法即无槽气法,是从槽法改进而来的生产工艺。槽法是将固态烃(粗蒽)或液态烃(蒽油)经气化釜气化后,和可燃性气体(一般使用天然气,也使用焦炉煤气或水煤气)混合后作为原料,由环形布置的管网送入火房在槽钢下的火嘴中高温燃烧并经槽钢冷却面收集生成碳黑的工艺。无槽气法即火房不设槽钢冷却面的改进工艺。这种工艺生产出来的颜料碳黑收率较炉法偏低,但原生粒子粒径小,在黑度和着色力方面均有更好的表现。 “炭黑粒子”的光散射程度,随着粒径的减小而降低,除了影响增光效应,也影响色调。西藏果立碳黑S620
气黑的生产工艺气黑此名称源于其生产过程:原料烃加热时先气化,然后由可自燃的气体(供以能量)作为载体带到燃烧器内,炭黑在这些蝙蝠形的燃烧器所发出的大量扇形的火焰中生成。由于每束火焰都较小且在空气中燃烧,炭黑的形成,与灯黑生产工艺很不同(不完全燃烧)。在此炭黑颗粒很细,根据不同种类,平均粒径在10~30nm之间,气黑平均粒径为13 nm。燃烧的火焰上,是一个缓慢旋转的充水转鼓,炭黑在转鼓上沉积,在经刮到把炭黑刮走,当温度仍高时,新生成炭黑与空气中的氧接触,于是发生部分氧化,形成了大量的酸性基团,相应气黑pH值介于酸性范围。并可得到约6%的挥发份,**其表面氧化物含量。重庆果立碳黑S620世界橡胶工业原材料耗用量排在***位的是生胶,第二位的是炭黑。
结构 (吸油值)
颜料碳黑原生粒子并非以单独地分离状态存在。它们通过物理作用形成聚熔体和聚集体。炉黑的聚集程度可以通过工艺的变化来调整;而气黑的聚集程度则很难调控。碳黑原始粒子的聚集程度通常被称为“结构”。高聚集度的碳黑被称为高结构碳黑,而低聚集度的碳黑则被称为低结构碳黑。 颜料碳黑所形成的附聚体则呈现出不规则碎片状结构。
碳黑的结构可以用DBP(邻苯二甲酸二丁酯)吸收值来测量。 根据经验,低结构颜料碳黑中,每100g碳黑的DBP吸收值应不高于70ml;而高结构颜料碳黑中,每100g碳黑的DBP吸收值应不低于110ml。中结构碳黑则居于两者之间。结构对颜料碳黑应用性有实质性的影响。(吸油值的测量参照ASTM D-2414 标准或GB/T 10722-2003)
紫外线防护性的应用 炭黑在塑料工业中用途之一是防紫外光老化,由于炭黑有较高的吸光性,因而能 有效的防止塑料受阳光照射而产生光氧化降解。 炭黑作为紫外光稳定剂在塑料中 所起的作用有:把光能转化为热能;保护塑料表面而免遭一定波长的射线照射; 截取原子团而产生防老化作用,从而阻止催化降解。紫外线对聚烯烃特别有害, 试验证明当一定细度的炭黑的浓度为百分之二时可以达到完美的紫外线屏蔽作 用。 炭黑对塑料的紫外线老化的防护作用,取决于炭黑的粒径、结构和表面化学性。 炭黑的粒径较小时,因表面积增大,其吸收光或遮光能力增加,故紫外线防护作 用增强,但粒径小于 20nm,其防护作用趋于同一水平,原因是当粒径过小时, 逆向散射减小,而继续向前的光会威胁聚合物的稳定性。 结构较低,即聚集体尺寸较小时,因聚集体几何体积较小,会增强对聚合物的防 护作用,这也是结构较低的炭黑较黑的原因。 炭黑表面含氧基团较多,即挥发份较高时,能消除聚合物分解时产生的基因,因 此防护作用也增强。大多数炭黑的真实表面积大于由粒径计算出的几何表面积。
黑度黑度是指炭黑所具有的黑色呈现强度。炭黑作着色时,黑度主要基于对光的吸收,对于特定浓度的炭黑,炭黑越细小,则光吸收程度越高。黑度除了受炭黑内部的光吸收外,也受由于粒子表面几何机构的影响而产生了具有增亮效应的光散射,这会降低黑度。随着粒径的减小,光散射程度降低。只有对于很细的炭黑,提高炭黑的浓度才能提高黑度,对于粗大的炭黑,具支配因素的光散射程度因炭黑数增加而提高,黑度反而相应降低。着色强度着色强度可以理解为抵消白色颜料增白能力的效果。着色强度也是随着原生粒子的粒径减小和结构的减小而提高。炭黑作着色时,黑度主要基于对光的吸收,对于特定浓度的炭黑,炭黑越细小,则光吸收程度越高。宁夏碳黑
由凝聚体的尺寸、形态和每一凝聚体中的粒子数量构成的凝聚体组成的炭黑称为高结构炭黑。西藏果立碳黑S620
炭黑的结构性是以炭黑粒子间聚成链状或葡萄状的程度来表示的。由凝聚体的尺寸、形态和每一凝聚体中的粒子数量构成的凝聚体组成的炭黑称为高结构炭黑。常用吸油值表示结构性,吸油值越大,炭黑结构性越高,容易形成空间网络通道,而且不易破坏。高结构炭黑颗粒细,网状链堆积紧密,比表面积大,单位质量颗粒多,有利于在聚合物中形成链式导电结构,其中在众多炭黑品种中以乙炔炭黑为比较好。粒径分布宽的炭黑粒子比分布窄的炭黑粒子更能赋予聚合物导电性,并用统计方法解释这个现象。粒径分布宽的炭黑,少数大直径粒子需要数目巨大,直径更小的粒子给予补偿,相同平均粒径分布宽的炭黑比分布窄的炭黑有更多的粒子总数。西藏果立碳黑S620
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