CN102796403A

CN102796403A - 一种用于电缆外屏的导电炭黑的生产方法

Info

Publication number: CN102796403A
Application number: CN201210263678XA
Authority: CN
Inventors: 周华忠; 刘东玉
Original assignee: SHANXI YONGDONG CHEMICAL CO Ltd
Current assignee: SHANXI YONGDONG CHEMICAL CO Ltd
Priority date: 2012-07-28
Filing date: 2012-07-28
Publication date: 2012-11-28

Abstract

一种用于电缆外屏的导电炭黑的生产方法，目的是生产高分散性、低电阻的导电炭黑；本发明先将煤焦油加热至100℃，进入原料油罐静止存放72小时，再进行加热脱水至水分≤1%；选取在300℃~360℃温度段蒸馏出的煤焦油作为导电炭黑原料油；把粘结剂按照30~50㎏/h用量通过计量泵从造粒水泵的进口加入，再通过静态混合器进一步混合后进入造粒机；在多段式反应炉中，将空气与天燃气的比值调整为15:1，反应炉燃烧段燃烧温度1800~2000℃；原料油按2500~3000㎏/h的流量喷入反应炉中；反应炉内烟气流速为40~45m/s，反应时间为0.4~0.5秒。

Description

一种用于电缆外屏的导电炭黑的生产方法

技术领域

本发明涉及一种用于电缆外屏的导电炭黑生产方法。

背景技术

目前我国除电子元器件用导电炭黑已基本实现国产化外，但市场上绝大多数的橡塑、油箱、管材、电缆等所用的导电炭黑仍然依赖进口，而且价格昂贵。特别是近几年来，我国橡胶导电炭黑需求量增长迅速。与国外相比，我国导电炭黑在生产技术、装备水平、节能环保、产品性能等方面仍有一定的差距：主要是中档或低档产品较多，在分散性、电阻率方面性能还较差，且产品性能不稳定，高档品种仍然是国外占领的市场份额多。

发明内容

本发明目的是克服上述已有技术的不足，提供一种高分散性、低电阻、且性能稳定的可用于电缆外屏的导电炭黑的生产方法。

本发明方法是：

（1）煤焦油初加工：将煤焦油加热至100℃，进入原料油罐静止存放72小时，让煤焦油中的游离碳、铁锈等渣质及油水自然沉降分层；将水从原料油罐上的排水口排出，将游离碳、铁锈等渣质去除掉；然后，将剩余煤焦油再进行加热脱水至水分≤1%；

煤焦油初加工时，一般选用甲苯不溶物≤9%、密度ρ₂₀为1.15~1.21g/cm³，灰分≤0.13%，粘度E₈₀≤4，水分≤8%的煤焦油作原料；

（2）蒸馏提取：根据油品中各组分的闪蒸点不同，把煤焦油按≤210℃、210~280℃、280~300℃、300℃~360℃、≥360℃五个不同温度段进行分段提取，选取在300℃~360℃温度段蒸馏出的煤焦油作为导电炭黑生产原料油；

所得到的该导电炭黑生产原料油的主要技术指标是：甲苯不溶物≤0.2%，密度ρ₂₀为1.13~1.15g/cm³，粘度E₈₀≤2，水分≤1%，210℃前的馏分≤5%，360℃前的馏分≥60%，径距0.767~0.900nm，比表面积99.8~290㎡/ɡ，一致性检测在0.263~0.465；

（3）加入粘结剂：把粘结剂按照30~50㎏/h用量通过计量泵从造粒水泵的进口加入，通过水泵叶轮与造粒水均匀混合，再通过静态混合器进一步混合后进入造粒机；粘结剂均匀分散在炭黑中；

所述静态混合器安装在造粒机的进水管线上；所述粘结剂是按照重量百分比计的含有10~15%木质素磺酸钙的水溶液；

（4）高温延时反应：在多段式反应炉中，按照体积比将空气与天燃气的比值调整为10~15:1，将反应炉燃烧段燃烧温度提高至1800~2000℃，原料油流量为2500~3000㎏/h，反应炉内烟气流速为40~45m/s，反应时间为0.4~0.5秒。高温使炭黑裂解粒径小、延长反应时间及高温可增加炭黑碰撞机会，使炭黑粒子表面层粗糙、表面活性大，电阻低并且易与塑料混合加工。

粘结剂与造粒水经过两次混合后，粘结剂均匀分散在炭黑中，炭黑单个粒子硬度的差值由25下降到10。

本发明方法生产出的颗粒状产品高分散性、低电阻，且性能稳定，有效减少粉状污染，易于混合加工，实现材料的电性能/机械性能的均衡，以及极低的筛余物，使炭黑纯度很高，325目水洗筛余物≤10PPm,灰分≤0.15%。炭黑表面上除了化学结合的氧少以外，水分、溶剂抽出物、硫、氢、无机盐和炭黑的没有完全热解的烃类都较低。

具体实施方式

（1）煤焦油初加工：首先将进厂煤焦油进行分类存放，把指标为甲苯不溶物≤9%，密度ρ₂₀1.15~1.21g/cm³,灰分≤0.13%，粘度（E₈₀）≤4，水分≤8%的煤焦油加热至100℃，进入原料油罐静止存放72小时，让煤焦油中的游离碳、铁锈等渣质及油水自然沉降分层；然后，将水从原料油罐上的排水口排出，定期清理罐底残渣；再将煤焦油加热脱水至水分≤2%，并除掉部分游离碳、铁锈等渣质。继续加热脱水至水分≤1%。

（2）蒸馏提取：按≤280℃、280~300℃、300℃~360℃、≥360℃五个不同温度段进行分段提取，选取在300℃~360℃温度段蒸馏出的煤焦油作为炭黑生产原料油。该炭黑生产原料油的优选径距为０.767nm，比表面积为130，一致性检测在0.265。

炭黑生产原料油的主要技术指标采用英国MalvernInstrumentsLtd公司生产的Zetasizer3000激光粒度分析仪测定，测定条件：振动进样速度为60%，分散气压为5×10^-4Ρα，透镜为2.5㎜，遮光度为5%~10%，OCTAGON DIGITA高速筛分机，筛分时间2min。用该原料油生产炭黑时，由于各组分裂解温度比较接近，炭黑粒径分布较窄，结构发达，支链较多，从而保证炭黑产品质量、性能稳定。

（3）加入粘结剂：首先把粘结剂通过计量泵从造粒水泵的进口加入，经水泵叶轮混合后，粘结剂与造粒水均匀混合；其次，在造粒机进口采用静态混合器进一步使粘结剂与造粒水混合，经过两次混合后，粘结剂均匀分散在炭黑中，炭黑单个粒子硬度的差值由25下降到10。粘结剂为浓度为10%的木质素磺酸钙水溶液。

粘结剂计量泵的流量为50l/h，扬程为10Bar；造粒水泵的流量为6m³/h，扬程为2.0Mpa；主要给造粒机供水。静态混合器为SL型（单元由交叉的横条按一定规律构成单X形单元，技术特性为液－液、液－固相混合不均匀度系数）。造粒机处理量为3T/h，尺寸为Φ750×3200。

（4）高温延时反应：在多段式反应炉中，通过调整空气与天燃气的比值至15:1，将反应炉燃烧段燃烧温度提高至2000℃；原料油由原料油泵送到原料油预热器预热到180℃，用喷枪按3000㎏/h的流量喷入反应炉中；将反应炉内烟气流速降至45m/s，反应炉中反应时间延长至0.5秒，高温及延长反应时间使炭黑裂解粒径小、增加炭黑碰撞机会。

经上述步骤生产的导电炭黑，氮吸附比表面积48m²/Kg，着色强度66，胶料电阻35Ω.cm,吸碘值53g/kg，DBP 121ml/100mɡ(邻苯二甲酸二丁脂法,ASTM-2417-70)，加热减量0.21%。

取三份重量为88kɡ的聚乙烯，分别加按照上述步骤生产的导电炭黑５kɡ，10kɡ，15kɡ，在120℃下，于密炼机上混炼10min后，压成１㎜厚的模压片，裁减成８㎝×８㎝的方形材料，于25℃、采用广州半导体材料研究所的SDY24型四探针测试仪进行测试，其体积电阻分别为90、81、71，由扫描电镜SEM显示产品均匀，可应用于高压电缆、橡塑导电、防静电管材、抗静电油箱等领域。

因最终产品的导电纯度要求较高，炭黑生产用水需通过水质净化处理除去水中渣质。经沉淀、机械过滤器、钠离子交换器处理后，炭黑生产用水的悬浮物≤5mg/L、总硬度≤0.05mmolg/L、溶解固形物≤3000mg/L、含油量≤2mg/L。

Claims

1.一种用于电缆外屏的导电炭黑的生产方法，其特征是：

（2）蒸馏提取：根据油品中各组分的闪蒸点不同，把煤焦油按≤210℃、210~280℃、280~300℃、300℃~360℃、≥360℃五个不同温度段进行分段提取，选取在300℃~360℃温度段蒸馏出的煤焦油作为导电炭黑原料油；

（4）高温延时反应：在多段式反应炉中，按照体积比将空气与天燃气的比值调整为10~15:1，将反应炉燃烧段燃烧温度提高至1800~2000℃；原料油由原料油泵送到原料油预热器预热到180 ℃，用喷枪按2500~3000㎏/h的流量喷入反应炉中；反应炉内烟气流速为40~45m/s，反应时间为0.4~0.5秒。

2.如权利要求1所述的用于电缆外屏的导电炭黑的生产方法，其特征是煤焦油初加工时选用甲苯不溶物≤9%、密度ρ₂₀为1.15~1.21g/cm³，灰分≤0.13%，粘度E₈₀≤4，水分≤8%的煤焦油作原料。

3.如权利要求1所述的用于电缆外屏的导电炭黑的生产方法，其特征是蒸馏提取后所得到的该导电炭黑原料油的主要技术指标是：甲苯不溶物≤0.2%，密度ρ₂₀为1.13~1.15g/cm³，粘度E₈₀≤2，水分≤1%，210℃前的馏分≤5%，360℃前的馏分≥60%，径距0.767~0.900nm，比表面积99.8~290㎡/ɡ，一致性检测在0.263~0.465。

4.如权利要求1所述的用于电缆外屏的导电炭黑的生产方法，其特征是炭黑生产原料油的优选径距０.767nm，比表面积为130，一致性检测在0.265。

5.如权利要求1所述的用于电缆外屏的导电炭黑的生产方法，其特征是造粒水泵的流量为6m³/h，扬程为2.0Mpa。

6.如权利要求1所述的用于电缆外屏的导电炭黑的生产方法，其特征是粘结剂计量泵的流量为50l/h，扬程为10Bar。