CN102791807B - 一种制备碳黑颗粒的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明构思了一种碳黑造粒的工艺，将碳黑粉和水按比例范围0.1∶2至2∶1与粘结剂和分散剂混合。分散剂是胺基表面活性剂，所添加的分散剂在整个混合物中含量的范围是0.005-0.1％。混合物在造粒机中制粒，所得原碳黑颗粒在150-250℃温度下干燥20-60分钟，得到碳黑颗粒成品。本发明的工艺达成水分在颗粒表面均匀分布、颗粒品质均匀、减少水耗、节能及提高生产率。

Description

一种制备碳黑颗粒的工艺

技术领域

本发明涉及一种碳黑造粒的工艺。

背景技术

工业上通常采用造粒工艺，将散状碳黑做成碳黑颗粒，因为颗粒状的碳黑密度大，容易操作和运输。而且，颗粒状碳黑更易于在各种加工设备中使用。因此，大多数涉及碳黑的工艺应用都要求将其造粒。传统上，造粒工艺包括给碳黑粉添加水溶液和粘结剂而得到一种混合物，混合物在鼓式或针式造粒机中制粒。之后，采用加热工艺干燥从造粒机出来的颗粒以去除水分。

传统造粒法的主要缺点是碳黑混合物中的水分和粘结剂分布不均。为了克服这一缺点，满足颗粒品质的要求，需要添加多余的水。之后，在加热工艺中，通常采用在旋转鼓式干燥器中加热去除水分。多余的水分导致干燥器的负荷增加，产品生产率减少。此外，由于存在多余水分，导致干燥工艺所需能量和时间增加。因此，碳黑混合物中水分和粘结剂的均匀分布是造粒工艺的关键。而且，由于造粒组份的分布不均，也会造成所生产碳黑颗粒的品质不均匀。

过去曾研究使用分散剂，在终端应用中更均匀地分散碳黑，例如，在橡胶或塑料应用中使用分散剂。但是，仍感觉需要提供一种改进的造粒工艺，确保水分和粘结剂在碳黑混合物中均匀分布，从而获得均匀的碳黑品质。

曾经做过若干尝试，想找到一种能够克服上述一个或多个缺点的碳黑造粒工艺。部分已公开的先有技术如下：

编号为3776750的美国专利公开了碳黑造粒的两级工艺。第一级包括形成第一碳黑与水乳剂的混合物，第二级包括向第一混合物中添加水而得到第二混合物。然后搅拌混合物形成碳黑颗粒。美国专利3776750所公开的工艺旨在提供软颗粒，易于分裂和散布在橡胶内。

编号为3956445的美国专利公开了一种改进的碳黑造粒方法，可产生较高密度的层状颗粒。该方法包括将无水造粒液与散状碳黑按约2/3∶2的重量混合比混合的步骤，以及在造粒机中搅拌所形成的混合物以形成颗粒。递增添加碳黑，最后添加水。按比例控制碳黑与造粒液的量及递增添加碳黑的时间，以形成层状颗粒。

编号为4102967的美国专利所公开的碳黑造粒法可形成具有硬外壳的层状碳黑颗粒。该方法包括步骤：按约2∶3至2∶1的重量混合比向造粒机中加入无水造粒液与散状碳黑，搅拌混合物以形成颗粒，向造粒机中添加碳黑，最后向造粒机中添加含木质素磺酸铵或烃油的造粒液，得到层状颗粒。这样获得的层状颗粒可减少与散布相关的问题及操作时起尘的问题。

本发明旨在提供一种改进的碳黑造粒工艺，其主要目标是达成水分和粘结剂在碳黑颗粒表面均匀分布，从而在终端应用中均匀地散布碳黑。此外，本发明旨在减少水耗及节能，同时增加生产率，提高颗粒品质。

发明目的

本发明的一个目的是，提供一种碳黑造粒的工艺。

本发明的另一个目的是，提供一种碳黑造粒的工艺，能够在颗粒表面均匀地分布水分。

本发明的另一个目的是，提供一种节能型碳黑造粒的工艺。

本发明的另一个目的是，提供一种具有均匀颗粒品质的碳黑造粒工艺。

本发明的另一个目的是，提供一种造粒工艺，以减少碳黑粉造粒所需的水量。

本发明的另一个目的是，提供一种碳黑造粒工艺，以减少干燥含水颗粒所花时间。

本发明的另外一个目的是，提供一种能提高生产率的碳黑造粒工艺。

发明概述

根据本发明所公开的碳黑造粒工艺包括以下步骤：

■将碳黑粉、水、粘结剂和分散剂混合成均质混合物；其中，碳黑与水的混合比范围是0.1∶2.0至2∶1，所述分散剂是一种含有胺和聚醚的胺基表面活性剂，所述分散剂在所述混合物中含量的范围是0.005-0.1％。

■用所述均质混合物在造粒机中制粒得到原碳黑颗粒；以及

■在150-250℃温度下干燥所述原碳黑颗粒20-60分钟得到碳黑颗粒成品。

通常，根据本发明，碳黑造粒的工艺包括选择所述胺的步骤，可供选择的胺有伯胺、仲胺、叔胺、二胺、三胺、芳香胺、脂环胺、及环脂胺。

最好，根据本发明，碳黑造粒的工艺包括选择所述聚醚的步骤，聚醚中含有至少一种选自环氧乙烷和环氧丙烷的化合物。

此外，根据本发明，碳黑造粒的工艺包括选择所述聚醚的步骤，即从脂肪族聚醚、聚醚烯、环聚醚和芳香族聚醚组中选择至少一组，所述组至少是一种线性或枝状结构类型。

通常，根据本发明，碳黑造粒的工艺包括选择所述分散剂的步骤，分散剂中的胺与聚醚的混合比范围是0.1∶10至10∶0.1。

最好，根据本发明，碳黑造粒的工艺包括选择所述聚醚的步骤，聚醚中的环氧乙烷与环氧丙烷的混合比率不小于1。

根据本发明，碳黑造粒的工艺包括添加所述粘结剂的步骤，粘结剂在所述混合物中的含量范围是5-15％。

发明详述

本发明构思了一种具有均匀品质的碳黑造粒工艺，该工艺中所用分散剂通常是一种含胺和聚醚的胺基表面活性剂，与水和粘结剂同时添加，分散剂在整个混合物中的含量范围是0.005-0.1％。此外，在造粒过程中使用分散剂将导致水分在碳黑颗粒表面均匀分布，这样，将有利于颗粒品质均匀、减少水耗、节能及提高生产率。

根据本发明的碳黑造粒工艺主要包括步骤：将碳黑粉、水、粘结剂和分散剂混合成均质混合物；其中，在均质混合物中的碳黑与水的混合比范围是0.1∶2.0至2∶1；分散剂通常是一种含有胺和聚合链(通常是聚醚)的胺基表面活性剂，其在均质混合物中的含量范围是0.005-0.1％；粘结剂在均质混合物中的含量范围是5-15％。然后将均质混合物在造粒机中制粒得到原碳黑颗粒或含水碳黑颗粒。此外，在造粒过程中使用分散剂有助于减少为获得均质混合物需要添加的水量。因此，与不使用分散剂相比，这样制成的原碳黑颗粒的含水量较少。在150-250℃温度下干燥原碳黑颗粒20-60分钟得到碳黑颗粒成品。由于原碳黑颗粒中的含水量减少，干燥颗粒所需的时间减少，因此节省2-10％的能量。颗粒中的含水量可透过从干燥器的抽样区间歇取样进行检查和测量。

用作分散剂的胺基表面活性剂主要包含胺和聚醚链；其中，胺为粘合组，组份选自伯胺、仲胺、叔胺、二胺、三胺、芳香胺、脂环胺和环脂胺；聚醚链包括至少一种选自环氧乙烷和环氧丙烷的化合物。本发明的表面活性剂可以包括一种或多种有机氧化物，基本组份是有聚合链结构的聚醚。此外，聚醚链中至少有一组选自脂肪族聚醚、聚醚烯、环聚醚和芳香族聚醚组；该组为线性及/或枝状结构，与环氧乙烷及/或环氧丙烷一起连接到其中一个结构链上。在分散剂中，胺与聚醚的混合比范围是0.1∶10至10∶0.1，最好是0.5∶2.0。为获得最佳工艺条件，所添加的分散剂在整个造粒混合物中含量的范围是0.005-0.1％。此外，根据本发明，聚醚中所含环氧乙烷与环氧丙烷的混合比率最好等于或小于1。

在本发明的首选实施例中，碳黑粉与水的混合比是1∶1，含水原碳黑颗粒在180-220℃温度范围下干燥30-45分钟。由于干燥含水颗粒的时间较传统的造粒方法减少3-10％，颗粒生产率有显著提高，且能耗大大减少。因此，由于水和粘结剂在碳黑混合物中均匀分布，加上分散剂的作用，导致干燥均匀，从而使颗粒的品质和特性均匀。本发明的造粒工艺可以连续或分批进行，而无论哪一种情形，颗粒的单位时间生产率均有提高，造粒周期减少，从而生产循环次数增加。而且，添加到碳黑粉中的水量减少有助于含水碳黑颗粒的大小均匀。本发明的工艺适用于所有各式各样的碳黑，可在传统的造粒设备上轻松使用。

测试结果

现结合以下例子对本发明进行说明，这些例子绝不限制本发明的范围和界限，而仅仅是本发明的示范。

例1：

在第一混合物A中，碳黑粉与水的混合比为1∶1，采用无任何分散剂造粒；在碳黑粉与水的第二混合物B中，含有0.01％的分散剂，采用类似的造粒方法。第二混合物B所用水量比第一混合物A少5％。由此在造粒机中形成的含水颗粒在150-250℃温度范围下干燥30-45分钟，其中，所有颗粒均在几乎完全相同的条件下进行干燥。将由此获得的成品碳黑颗粒的特性及各种过程参数进行分析，其结果列于表1中。

表1：由第一混合物A与第二混合物B所得成品颗粒特性和过程参数的对比分析。

从表1可以看出，由本发明的工艺所制得碳黑颗粒的品质得到提高。而且，还可以看出水耗减少。还有，在混合与干燥周期中节省了能量。

例2：

采用传统混合工艺与本发明的工艺在造粒机中生产碳黑颗粒，其中的水溶液、聚醚胺表面活性剂和粘结剂分别按1∶0.0001∶0.1的比例与碳黑粉混合。所得碳黑颗粒仅需干燥35分钟，便可获得所需品质的碳黑颗粒成品。

技术先进性

碳黑造粒工艺包括步骤：碳黑粉与水的混合比范围是0.1∶2至2∶1，同时添加的粘结剂在混合物中含量的范围是5-15％，添加的分散剂在混合物中含量的范围是0.005-0.1％，用该混合物造粒，并在150-250℃温度下干燥原碳黑颗粒20-60分钟，得到碳黑颗粒成品；本发明所描述的工艺包括但不限于以下技术先进性：

●该碳黑造粒工艺包括添加分散剂(一种含胺与聚醚的胺基表面活性剂)、水及粘结剂，以达成水分在颗粒表面均匀分布，从而确保颗粒品质均匀。

●该碳黑造粒工艺使水分在颗粒表面均匀分布，有助于节省造粒过程中所需水量，这样不仅减少了水耗，还可节省干燥周期中2-10％的能量；以及

●该碳黑造粒工艺可节省干燥周期的时间，从而提高生产率。

所提及各种物理参数、外形尺寸和数量的数值仅为近似值，并认为即便实际值大于/小于这些近似值，也不会超出本发明的范围，除非本说明书中有不同陈述。如果规定了值的范围，与该范围上下偏差10％均在本发明的范围内。

鉴于本发明的原理可应用的实施例广泛，应理解所举例子仅为示范。尽管本文对本发明的具体特征做了重点说明，但在不脱离本发明的原理条件下，还可能做出各种修改，还可能对首选实施例进行许多更改。对于业内技术人员而言，很显然可以根据本文公示，对本发明或首选实施例进行这样和那样的更改，为此应清楚地理解，以上所描述的事例，纯粹为了说明本发明起见，而不会局限其范围。

Claims (7)

1.一种碳黑造粒的工艺，所述工艺包括以下步骤：

■将碳黑粉、水、粘结剂和分散剂混合成均质混合物；其中，碳黑与水的混合比范围是0.1∶2.0至2∶1，所述分散剂是一种含有胺和聚醚的胺基表面活性剂，所述分散剂在所述混合物中含量的范围是0.005-0.1％。

■用所述均质混合物在造粒机中制粒得到原碳黑颗粒；以及

■在150-250℃温度下干燥所述原碳黑颗粒20-60分钟得到碳黑颗粒成品。

2.在权利要求1所述的碳黑造粒的工艺中包括选择所述胺的步骤，可供选择的胺有伯胺、仲胺、叔胺、二胺、三胺、芳香胺、脂环胺、及环脂胺。

3.在权利要求1所述的碳黑造粒的工艺中包括选择所述聚醚的步骤，聚醚中含有至少一种选自环氧乙烷和环氧丙烷的化合物。

4.在权利要求1所述的碳黑造粒的工艺中包括选择所述聚醚的步骤，即从脂肪族聚醚、聚醚烯、环聚醚和芳香族聚醚组中选择至少一组，所述组至少是一种线性或枝状结构类型。

5.在权利要求1所述的碳黑造粒的工艺中包括选择所述分散剂的步骤，所述分散剂中的胺与聚醚的混合比范围是0.1∶10至10∶0.1。

6.在权利要求3所述的碳黑造粒的工艺中包括选择所述聚醚的步骤，所述聚醚中的环氧乙烷与环氧丙烷的混合比率不小于1。

7.在权利要求1所述的碳黑造粒的工艺中包括添加所述粘结剂的步骤，所述粘结剂在所述混合物中含量的范围是5-15％。