CN103980742A - 一种改性炭黑的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改性炭黑的生产方法，以乙炔气为燃料和原料，以纯氧为助燃剂，按乙炔气与纯氧2:5的体积比供给条件下燃烧建立反应温度条件，反应温度达到2800-3200℃时，提高乙炔的供给比例，使乙炔气与纯氧的体积比为1:1。其中40%的乙炔气燃烧掉，60%的乙炔气将裂解成炭黑和氢气，按裂解成炭黑和氢气的乙炔气体积的5-10%比例引入四氯化硅气体到反应区，四氯化硅被氢气还原成单质硅和氯化氢，其中单质硅与炭黑合成炭化硅，实现对炭黑的化学改性。改性后的炭黑耐麿性可提高15-30%；产率比未改性炭黑提高0.8-4%。
Description
技术领域
本发明涉及一种改性炭黑的生产方法。
背景技术
炭黑主要用作橡胶制品的填充材料，炭黑的化学组成及性能直接关系到橡胶制品的性能。目前炭黑生产，主要以乙烯焦油、煤焦油为原料，以空气、氧气为助燃剂，在高温下原料油在还原气氛中裂解成纳米碳收集而成。为了提高炭黑的分散性和相容性，公开了炭黑改性的一些方法，如公开号为CN1781999A，名称为原位接枝有机化合物的纳米炭黑及其制造方法的发明专利，公开了将炭黑与具有或能产生活性自由基的有机化合物在其熔点以上的温度下直接进行接枝反应而制得接枝改性的炭黑；公开号为CN1970648A，名称为一种采用表面接枝改性法制备分散性炭黑的方法，公开了一种将炭黑表面的未成对电子捕获聚合物自由基，从而制得聚合物接枝改性的改性炭黑，经改性的炭黑可提高其分散性。
炭黑是莫氏硬度为1的无定形膨松集料，近期研究发现在传统炭黑中加入1%-3%的纳米碳化硅，可使橡胶制品的耐磨性能提高15%-30%，具有可观的发展前景。但这种用固相纳米添加剂对固相炭黑添加改性方式具有以下缺点：要做到均匀分散改性技术，其分散设备复杂；纳米碳化硅添加剂价格昂贵，生产成本高，经济上也不很合算。
发明内容
本发明针对目前对高性能炭黑的市场需求，但添加混合改性工艺困难、生产成本太高的技术问题，通过改进炭黑生产工艺及配方，一次性完成生产、改性过程，从而制得一种高性能化学法改性炭黑。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种改性炭黑的生产方法，包括建立反应温度条件和将四氯化硅引入到反应区步骤。
以下是对上述技术方案的进一步改进：
所述建立反应温度条件的步骤中：
以乙炔气为原料，以纯氧为助燃剂，乙炔气与纯氧2:5的体积比进行燃烧，当反应温度达到2800-3200℃时，使乙炔气与纯氧的体积比达到1:1。
所述将四氯化硅引入到反应区步骤中：
当反应温度达到2800-3200℃，乙炔气与纯氧的体积比达到1:1时，按乙炔气体积的3-6%体积比引入四氯化硅气体到反应区进行反应。
有益效果：
采用本发明生产的改性炭黑具有以下特点：
1）改性是在生产过程中通过定量加入改性剂、添加比例可依据要求方便调整，有利于优选出合理配方；
2）化学改性是在准气相、高温、高分散条件下进行，有助于形成高度均匀一致的复合材料；
3）可选用低价位原料，对原有的生产设备可不做大的改动就可实现，因此大大降低了生产成本，经济效益显著。
4）改性后的炭黑的耐磨性与未改性的炭黑有大幅度的提高，耐麿性可提高15-30%；产率也有相应提高，产率比未改性炭黑提高1.6-4%，实现了性能、产量双提高，其经济价值可观。
具体实施例
化学法改性炭黑的生产方法，是在炭黑生产过程中，在合适的设备部位，添加适量的改性剂，用改性剂所含的核心元素部分取代炭黑中的碳元素，生成复合型的改性炭黑，从而达到改善炭黑性能的目的。
炉法炭黑生产是在高温，还原气氛条件下生成的纳米级、高分散无定形碳质材料，具有大的比表面积，因而具有很高的反应活性，特别是在炉内刚生产出的炭黑反应活性更高。这些条件完全符合氮化硅、碳化硅反应生成条件。本发明采用在炭黑生产过程中向炉内反应室定量导入硅烷、硅氯烷等含硅化合物，在高温、还原气氛中，特别是在含H2条件下，含硅化合物首先裂解成单质硅，这些新生的单质硅具有很高的反应活性，优先与炉内的碳元素结合成高硬度材料，其莫氏硬度达到8-9，对改进炭黑的性能起到了互补作用。新生成的高硬材料是由硅原子部分取代碳原子位置形成的新型微观结构的复合型材料，这就是对炭黑的化学改性。
实施例1：
一种化学法改性炭黑的生产方法，包括以下步骤：
（1）建立反应温度条件
以乙炔气为燃料和原料，以纯氧为助燃剂，按乙炔气与纯氧2:5的体积比供给条件下燃烧建立反应温度条件，反应温度达到3000℃时，提高乙炔的供给比例，使乙炔气与纯氧的体积比为1:1。
（2）将四氯化硅引入到反应区
当乙炔的供给比例达到乙炔气与纯氧的体积比为1:1时，其中40%的乙炔气燃烧掉，60%的乙炔气将裂解成炭黑和氢气，按裂解成炭黑和氢气的乙炔气体积的5%体积比引入四氯化硅气体到反应区，经换算也就是按乙炔气总体积的3%体积比引入四氯化硅气体到反应区进行反应，四氯化硅被氢气还原成单质硅和氯化氢，其中单质硅与炭黑合成炭化硅，实现对炭黑的化学改性。
改性后的炭黑的耐磨性与未改性的炭黑有大幅度的提高，耐麿性可提高15-30%；产率也有相应提高，产率比未改性炭黑提高0.8-2%，实现了性能、产量双提高，其经济价值可观。
实施例2：
一种化学法改性炭黑的生产方法，包括以下步骤：
（1）建立反应温度条件
以乙炔气为燃料和原料，以纯氧为助燃剂，按乙炔气与纯氧2:5的体积比供给条件下燃烧建立反应温度条件。反应温度达到2800℃时，提高乙炔的供给比例，使乙炔气与纯氧的体积比为1:1。
（2）将四氯化硅引入到反应区
当乙炔的供给比例达到乙炔气与纯氧的体积比为1:1时，其中40%的乙炔气燃烧掉，60%的乙炔气将裂解成炭黑和氢气。此时按裂解成炭黑和氢气的乙炔气体积的10%体积比引入四氯化硅气体到反应区，经换算也就是按乙炔气总体积的6%体积比引入四氯化硅气体到反应区进行反应，四氯化硅被氢气还原成单质硅和氯化氢，其中单质硅与炭黑合成炭化硅，实现对炭黑的化学改性。
改性后的炭黑的耐磨性与未改性的炭黑有大幅度的提高，耐麿性可提高15-30%；产率也有相应提高，产率比未改性炭黑提高1.6-4%，实现了性能、产量双提高，其经济价值可观。
实施例3：
一种化学法改性炭黑的生产方法，包括以下步骤：
（1）建立反应温度条件
以乙炔气为燃料和原料，以纯氧为助燃剂，按乙炔气与纯氧2:5的体积比供给条件下燃烧建立反应温度条件。反应温度达到3200℃时，提高乙炔的供给比例，使乙炔气与纯氧的体积比为1:1。
（2）将四氯化硅引入到反应区
当乙炔的供给比例达到乙炔气与纯氧的体积比为1:1时，其中40%的乙炔气燃烧掉，60%的乙炔气将裂解成炭黑和氢气。此时按裂解成炭黑和氢气的乙炔气体积的8%体积比引入四氯化硅气体到反应区，经换算也就是按乙炔气总体积的4.8%体积比引入四氯化硅气体到反应区进行反应，四氯化硅被氢气还原成单质硅和氯化氢，其中单质硅与炭黑合成炭化硅，实现对炭黑的化学改性。
改性后的炭黑的耐磨性与未改性的炭黑有大幅度的提高，耐麿性可提高15-30%；产率也有相应提高，产率比未改性炭黑提高1.28-3.2%，实现了性能、产量双提高，其经济价值可观。
Claims (3)
1.一种改性炭黑的生产方法，其特征在于：包括建立反应温度条件和将四氯化硅引入到反应区步骤。
2.如权利要求1所述的一种改性炭黑的生产方法，其特征在于：所述建立反应温度条件的步骤中：
以乙炔气为原料，以纯氧为助燃剂，乙炔气与纯氧2:5的体积比进行燃烧，当反应温度达到2800-3200℃时，使乙炔气与纯氧的体积比达到1:1。
3.如权利要求1所述的一种改性炭黑的生产方法，其特征在于：所述将四氯化硅引入到反应区步骤中：
当反应温度达到2800-3200℃，乙炔气与纯氧的体积比达到1:1时，按乙炔气体积的3-6%体积比引入四氯化硅气体到反应区进行反应。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wang Junjie Inventor after: Hou Liheng Inventor after: Zhang Haoyong Inventor after: Jiang Kai Inventor after: Chen Bing Inventor before: Liang Hongkui |
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Effective date of registration: 20170323 Address after: 842300 Akesu County, the Xinjiang Uygur Autonomous Region, Baicheng Patentee after: Xinjiang Jun new chemical Limited by Share Ltd Address before: 262500 Qingzhou Longshan Road, Shandong, Weifang, No. 19 Patentee before: Liang Hongkui |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Production method of modified carbon black Effective date of registration: 20171215 Granted publication date: 20150916 Pledgee: Baicheng County Rural Credit Cooperative Association Pledgor: Xinjiang Jun new chemical Limited by Share Ltd Registration number: 2017650000001 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20200716 Granted publication date: 20150916 Pledgee: Baicheng County Rural Credit Cooperative Association Pledgor: XINJIANG JUNXIN CHEMICAL Co.,Ltd. Registration number: 2017650000001 |