一種炭黑復(fù)合粉體的生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于炭黑工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，更具體的為一種采用傳統(tǒng)炭黑生產(chǎn)裝置生產(chǎn)炭黑復(fù)合粉體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]炭黑是是一種輕松而極細(xì)的黑色粉末，表面積非常大，范圍從10-3000m2/g，是含碳物質(zhì)(煤、天然氣、重油、燃料油等)在空氣不足的條件下經(jīng)不完全燃燒或受熱分解而得的產(chǎn)物。由天然氣制成的稱“氣黑”，由油類制成的稱“燈黑”，由乙炔制成的稱“乙炔黑”。此外還有“槽黑”、“爐黑”。按炭黑性能區(qū)分有“補(bǔ)強(qiáng)炭黑”、“導(dǎo)電炭黑”、“耐磨炭黑”等。也可作黑色染料，用于制造中國(guó)墨、油墨、油漆，還用于做橡膠的補(bǔ)強(qiáng)劑。
[0003]炭黑是傳統(tǒng)的工業(yè)產(chǎn)品，世界年產(chǎn)量超過(guò)1000萬(wàn)噸。全球炭黑約有70%用于輪胎的制造，20%用在其他橡膠，其余不到10%則用于塑料添加劑、染料、印刷油墨等工業(yè)。受輪胎行業(yè)需求持續(xù)增長(zhǎng)和建筑業(yè)、制造業(yè)用炭黑補(bǔ)強(qiáng)工業(yè)橡膠制品的推動(dòng)，2020年全球炭黑市場(chǎng)有望超過(guò)250億美元。
[0004]隨著炭黑行業(yè)的發(fā)展，中國(guó)炭黑產(chǎn)品質(zhì)量雖得到一定提高，但是和國(guó)外知名品牌產(chǎn)品比，尚存在一定差距。比較國(guó)際炭黑品種，我國(guó)缺乏高性能、低滾動(dòng)阻力的胎面膠炭黑新品種，缺乏具有特定專用性能或高純凈度的胎體或者橡膠工業(yè)制品的炭黑品種，缺乏高檔次的色素炭黑和導(dǎo)電炭黑品種。
[0005]2014年中國(guó)國(guó)內(nèi)炭黑總產(chǎn)能接近660萬(wàn)噸，市場(chǎng)需求量不到500萬(wàn)噸，產(chǎn)能過(guò)剩嚴(yán)重，炭黑企業(yè)開(kāi)工率較低，平均僅為60%左右。較低的開(kāi)工率和極低的利潤(rùn)率，呈現(xiàn)出明顯的產(chǎn)能過(guò)剩傾向。迫切需要開(kāi)發(fā)出新的高利潤(rùn)高附加值炭黑新產(chǎn)品。
[0006]單一的炭黑具有不足的理化性能，通過(guò)和無(wú)機(jī)粉體混合共用，可以得到具有更好綜合性能的復(fù)合炭黑粉體。中國(guó)專利“輪胎三角膠用橡膠納米復(fù)合材料及其制備方法”(申請(qǐng)?zhí)?01210212113.9)，公開(kāi)了一種使用超聲波處理膨脹石墨得到納米石墨片，然后與炭黑混用在輪胎三角膠里，明顯提高了三角膠的硬度和模量，并降低動(dòng)態(tài)生熱，提高了輪胎使用壽命。但是加工工藝復(fù)雜、流程長(zhǎng)。
[0007]中國(guó)專利“一種雙相裂解炭黑/白炭黑復(fù)合填料及其制備方法”(申請(qǐng)?zhí)?01510127909.8)，公開(kāi)一種雙相裂解炭黑/白炭黑復(fù)合填料的制備方法，所得的炭黑復(fù)合填料相比單一的炭黑N600、炭黑N600/白炭黑復(fù)配效果更優(yōu)異，但是也存在工藝流程長(zhǎng)，加工繁瑣的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于為了提高單一炭黑粉體的性能，提供了一種簡(jiǎn)潔的炭黑復(fù)合粉體的生產(chǎn)方法，以傳統(tǒng)的炭黑生產(chǎn)裝置制得炭黑復(fù)合粉體，從而促進(jìn)高附加值炭黑產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0010]—種炭黑復(fù)合粉體的生產(chǎn)方法，是在炭黑生產(chǎn)裝置內(nèi)高溫反應(yīng)制得，其特征在于:往炭黑生產(chǎn)裝置內(nèi)注入生成炭黑的烴類原料的同時(shí)，往炭黑生產(chǎn)裝置內(nèi)注入無(wú)機(jī)粉體的液態(tài)漿料。
[0011 ]本發(fā)明中，所述的復(fù)合粉體包括炭黑與鱗片石墨、膨脹石墨、可膨脹石墨、石墨烯、氧化石墨烯、納米石墨片、碳納米管、白炭黑、或氧化鋁中的一種或多種形成的復(fù)合粉體，還包括炭黑與炭黑、炭黑與氮化鋁、炭黑與氮化硼、炭黑與粘土、炭黑與二氧化鈦、炭黑與硅酸鋁、炭黑與云母片、炭黑與蒙脫石、或炭黑與滑石等形成的復(fù)合粉體。
[0012]復(fù)合粉體，相比單一的炭黑具有更好的綜合性能，可以廣泛使用在橡膠、塑料、涂料、電池等領(lǐng)域。例如，炭黑與碳納米管形成的復(fù)合粉體可以顯著提高炭黑的導(dǎo)電能力，在塑料、橡膠、涂料中更小的添加量就能達(dá)到所需要的導(dǎo)電性，消除靜電；例如，炭黑與石墨烯或納米石墨片形成的復(fù)合粉體可以顯著提高橡膠制品的導(dǎo)熱性和耐磨性，添加到輪胎里可以顯著提高輪胎的導(dǎo)熱能力和耐磨能力。
[0013]本發(fā)明中，通過(guò)把無(wú)機(jī)粉體物理或化學(xué)處理后分散在液體介質(zhì)中，得到無(wú)機(jī)粉體的液態(tài)漿料。用來(lái)分散無(wú)機(jī)粉體的液體介質(zhì)，可以是水、炭黑原料油、乙烯焦油、粗苯、乙醇等，優(yōu)選以芳烴為溶劑，芳烴通過(guò)熱裂解或不完全燃燒會(huì)轉(zhuǎn)化成炭黑。無(wú)機(jī)粉體的液態(tài)漿料，根據(jù)無(wú)機(jī)粉體尺寸的不同和分散程度的不同，液態(tài)漿料可以是懸浮液狀態(tài)或者膠體狀態(tài)。為了穩(wěn)定液態(tài)漿料的存放時(shí)間，不讓無(wú)機(jī)粉體液態(tài)漿料較快的沉降，優(yōu)選在液態(tài)漿料中添加分散劑或表面活性劑，例如十二烷基磺酸鈉、聚乙二醇、羧甲基纖維素、聚乙烯吡咯烷酮等。在生產(chǎn)炭黑的同時(shí)把含無(wú)機(jī)粉體的液態(tài)漿料注入炭黑生產(chǎn)裝置內(nèi)，得到含炭黑的復(fù)合粉體。炭黑生產(chǎn)裝置，優(yōu)選傳統(tǒng)的油爐法設(shè)備。油爐法設(shè)備生產(chǎn)能力大，單位炭黑復(fù)合粉體生產(chǎn)成本低。注入含無(wú)機(jī)粉體液態(tài)漿料的位置可以在炭黑反應(yīng)爐的爐頭位置，也可以是反應(yīng)爐后面的急冷水位置。通過(guò)把無(wú)機(jī)粉體和水處理成水為溶劑的漿料，就可以在急冷水位置注入含水的無(wú)機(jī)粉體漿料，得到含炭黑復(fù)合粉體。
[0014]本發(fā)明中，復(fù)合粉體中含有過(guò)多的炭黑以外的第二填料也不利于炭黑主體性能的發(fā)揮，優(yōu)選由烴類原料轉(zhuǎn)化生成的炭黑占炭黑復(fù)合粉體質(zhì)量百分比的60.0%_98.0%。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0016]1、使用傳統(tǒng)炭黑生產(chǎn)設(shè)備就可以生產(chǎn)含炭黑復(fù)合粉體，只需對(duì)傳統(tǒng)設(shè)備較小改造即可投入生產(chǎn)，投資費(fèi)用低，也易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化；
[0017]2、生產(chǎn)含炭黑復(fù)合粉體的過(guò)程，相比溶液共混法工藝簡(jiǎn)單，節(jié)約大量的干燥能耗，具有較好工業(yè)可行性；
【附圖說(shuō)明】
[0018]附圖示出本發(fā)明實(shí)施例1生產(chǎn)的炭黑復(fù)合粉體的掃描電鏡圖。
具體實(shí)施例方式
[0019]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，附圖和下述實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整均屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。下文示例具體的時(shí)間、投料量等也僅是合適范圍中的一個(gè)示例，即本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過(guò)本文的說(shuō)明做合適的范圍內(nèi)選擇，而并非要限定于下文示例的具體數(shù)值。
[0020]實(shí)施例1
[0021]把納米石墨片分散在炭黑原料油內(nèi)，得到含有納米石墨片的炭黑原料油漿料。炭黑原料油內(nèi)含有重量百分比10.0%的納米石墨片，納米石墨片的厚度5-50nm。采用五段式炭黑反應(yīng)爐，包含燃燒段、喉管段、反應(yīng)段、急冷段和停留段五段，采用導(dǎo)電炭黑生產(chǎn)工藝。利用炭黑原料油脫水裝置，將入爐原料油水分控制在0.5%以內(nèi)。入爐空氣溫度650°C，燃燒室火焰溫度為1950°C。通過(guò)噴嘴向炭黑反應(yīng)爐內(nèi)噴入含納米石墨片的炭黑原料油，經(jīng)過(guò)不完全燃燒或熱裂解，依次經(jīng)過(guò)急冷水冷卻、空氣預(yù)熱器、油預(yù)熱器、主旋風(fēng)分離器、袋濾器，得到含有納米石墨片的炭黑復(fù)合粉體。由主旋風(fēng)分離器和主袋濾器分離的炭黑復(fù)合粉體經(jīng)微粒粉碎機(jī)、輸送風(fēng)機(jī)送至回收旋風(fēng)分離器，由此分離下的炭黑復(fù)合粉體進(jìn)入造粒機(jī)、干燥機(jī)、提升機(jī)、儲(chǔ)罐，最后包裝成品。在最終得到的炭黑復(fù)合粉體里，含有約15.6%重量百分比的納米石墨片。
[0022]將所得含有納米石墨片的炭黑復(fù)合粉體加入聚丙烯塑料，測(cè)試其導(dǎo)電性。取30克含有15.6%納米石墨片的炭黑復(fù)合粉體和270克聚丙烯，用轉(zhuǎn)矩流變儀測(cè)試。轉(zhuǎn)矩流變儀溫度設(shè)置為180°C，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速40r/min，混煉時(shí)間15min。取出所得混合物，用平板硫化儀模壓成型，測(cè)試得到聚丙烯的表面電阻104Ω/□。表明實(shí)施例1所得的炭黑復(fù)合粉體具有媲美進(jìn)口高端導(dǎo)電炭黑的導(dǎo)電性。附圖示出本發(fā)明實(shí)施例1生產(chǎn)的炭黑復(fù)合粉體的掃描電鏡圖，可見(jiàn)納米石墨片均勻分散在炭黑粉體中間。
[0023]實(shí)施例2
[0024]把白炭黑分散在炭黑原料油內(nèi)，得到含有白炭黑的炭黑原料油漿料，炭黑原料油內(nèi)含有重量百分比20.0%的白炭黑。采用五段式炭黑反應(yīng)爐，包含燃燒段、喉管段、反應(yīng)段、急冷段和停留段五段。利用炭黑原料油脫水裝置，將入爐原料油水分控制在0.5%以內(nèi)。入爐空氣溫度700°C，燃燒室火焰溫度為1920°C。通過(guò)噴嘴向炭黑反應(yīng)爐內(nèi)噴入含白炭黑的炭黑原料油，經(jīng)過(guò)不完全燃燒或熱裂解，依次經(jīng)過(guò)急冷水冷卻、空氣預(yù)熱器、油預(yù)熱器、主旋風(fēng)分離器、袋濾器，得到含有白炭黑的炭黑復(fù)合粉體。由主旋風(fēng)分離器和主袋濾器分離的炭黑復(fù)合粉體經(jīng)微粒粉碎機(jī)、輸送風(fēng)機(jī)送至回收旋風(fēng)分離器，由此分離