炭黑技术天地

色素炭黑的特点|色素炭黑工艺|色素炭黑生产方法[2019-03-18]

色素炭黑的特点 1.与其他颜料相比,炭黑有更好的着色力和遮盖力。 2.与其他颜料相比,炭黑有非常优异的耐热性、耐化学性和耐光性。 3.由于炭黑的粒径只有几个纳米到几十个纳米,孔隙率达90%,又是无机材料,因此普通炭黑很难稳定地分散到有机的树脂体系中,而经过严格控制和特殊改性工艺生产的色素炭黑则能很好的在涂料、油墨和塑胶体系中体现分散性。 

4.与橡胶炭黑相比,色素炭黑对黑度、着色力、表面活性、导电性、灰分、甲苯透光率、分散性、流动性等品质指标有着更多、更特殊的要求。

色素炭黑技术工艺(生产方法) 根据生产工艺的不同,炭黑生产方法分为炉法、接触法(主要为槽法和无槽气法)和热裂解法三种。同盛公司的炭黑产品就用的是较 重要也是较 常用的生产工艺--炉法和气法制得的。 
1.炉法就是在密闭的反应炉中,将气态烃(一般是天然气)或者液态烃(一般是煤焦油或蒽油)作为原料,供以适量的空气,在反应炉内形成密闭的湍流系统,在高温下经热氧化而分解生成炭黑(所生成的炭黑性能可通过猝熄火焰来控制),然后冷却并使用过滤系统把产成的炭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,且生产出的炭黑性能多种多样。 
其中使用气态烃为主要原料的称为气炉法,使用液态烃为主要原料的称为油炉法。 
油炉法和其他炭黑制造方法相比,能制造性能各异的炭黑品种,且具有工艺调节手段多,单位产能和热能利用率高,原料消耗和综合能耗低以及成本低等特点,因此已经成为炭黑制造的主导方法,目前全球95%以上的炭黑都是采用油炉法制造的。
2.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,也可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自然通风的火房,在槽钢下通过数以千计的瓷制火嘴进行不完全燃烧,形成鱼尾形的扩散火焰,其还原层与缓慢往复运动的槽钢相接触,使裂解生成的炭黑沉积在槽钢表面,经槽钢面冷却收集生成炭黑的工艺。这种工艺生产出来的色素炭黑收率较炉法偏低,但原生粒子粒径小,在黑度和着色力方面均有更好的表现。 
无槽混气法是气法生产炭黑时火房不设槽钢的气法炭黑改进工艺,生产中只收集烟气中悬浮的炭黑。无槽混气法与槽法相比,生产能力较大,但由于取消了槽钢,对火焰的控制不如槽法和滚筒法,生成炭黑的黑度比槽法或滚筒法稍低。 
炭黑的粉状和粒状

色素炭黑有两种物理存在形式:粉状和粒状。粉状易分散但运输成本高,使用时易污染环境。粒状炭黑扬尘小、密度高、更便于运输,但相对于粉状炭黑较难分散。炭黑聚集体的存在状态1.平均原生粒径 色素炭黑的原生粒子是由许多叠合层面所组成。在很大程度上,生产工艺决定其原生粒子的粒径大小。在炉法生产的炭黑中,因为生产工艺可调节的手段较多、自动化程度高,原生粒子粒径的变化范围较 大:从10纳米到80纳米。原生粒子的平均粒径和粒径分布从根本上决定了色素炭黑的性能,特别是其黑度和着色力。 图一 炭黑性能随粒径变化而变化的规律2.结构 色素炭黑原生粒子并非以纳米级单独的分离状态存在。它们通过物理作用形成聚熔体和聚集体。炉法炭黑的聚集程度可以通过工艺的变化来调整;而接触法炭黑的聚集程度因其开放式的工艺则很难调控。炭黑原始粒子的聚集程度通常被称为“结构”。高聚集度的炭黑被称为高结构炭黑,而低聚集度的炭黑则被称为低结构炭黑。 图二 炭黑性能随结构变化而变化的规律

3.表面活性 炭黑主要由碳元素组成,含碳量为90%~99%左右,炭黑中也含有少量的氧、氢、氮和硫等元素。这里所说的表面活性,对于酸性炭黑是指在炭黑粒子表面生成的含氧表面基团的多少,这些酸性表面基团主要为羧基、酚羟基、 醌基、内酯基等;对于碱性炭黑是指炭黑表面的碱性氧化物,它们影响着炭黑的理化性能,如润湿分散性,催化活性以及电化学性能。 图三 炭黑性能随表面活性变化而变化的规律

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