CN103980743A - 一种化学法改性炭黑的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种化学法改性炭黑的生产方法，以焦油为原料，空气为助燃剂生产炭黑是目前国内主要的生产方法，在炭黑炉的燃烧室和反应中心的喉部设置四氯化硅供给管，在生产中按炭黑产量的5-10%的重量比导入四氯化硅，反应室温度为1600-1800℃，可完成对炭黑的化学改性。改性后的炭黑耐麿性比未改性炭黑提高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，特别是一种化学法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：
一种化学法改性炭黑的生产方法，以焦油为原料，空气为助燃剂，在反应时按炭黑产量的5-10%的重量比导入四氯化硅。
以下是对上述技术方案的进一步改进：
在炭黑炉设置供给四氯化硅的供给管。
在炭黑炉的燃烧室和反应中心的连接部设置四氯化碳供给管。
反应室反应温度为1600-1800℃。
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。
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：
以焦油为原料，空气为助燃剂，生产炭黑是目前国内主要的生产方法，炭黑炉由平行设置的燃烧室和反应中心两部分组成，连接燃烧室和反应中心的细部称为喉部，在炭黑炉燃烧室和反应中心的连接部设置一条四氯化硅供给管，在生产中按炭黑产量的5%的重量比导入四氯化硅，反应室温度为1600℃，其他工艺参数基本维持不变，可完成对炭黑的化学改性。
实施例2：
以焦油为原料，空气为助燃剂，生产炭黑是目前国内主要的生产方法，炭黑炉由平行设置的燃烧室和反应中心两部分组成，连接燃烧室和反应中心的细部称为喉部，在炭黑炉燃烧室和反应中心的连接部设置一条四氯化硅供给管，在生产中按炭黑产量的10%的重量比导入四氯化硅，反应室温度为1800℃，其他工艺参数基本维持不变，可完成对炭黑的化学改性。
实施例3：
以焦油为原料，空气为助燃剂，生产炭黑是目前国内主要的生产方法，炭黑炉由平行设置的燃烧室和反应中心两部分组成，连接燃烧室和反应中心的细部称为喉部，在炭黑炉燃烧室和反应中心的连接部设置一条四氯化硅供给管，在生产中按炭黑产量的8%的重量比导入四氯化硅，反应室温度为1700℃，其他工艺参数基本维持不变，可完成对炭黑的化学改性。
改性原理为：导入反应室的四氯化硅在反应室1600-1800℃高温，氢气含量约8%的条件下被还原成单质硅和氯化氢，新生的单质硅与含量丰富的氮气反应生成四氮化三硅，与炭黑反应生成碳化硅，这些粒子在充分分散条件下与炭黑形成均匀一致复合形新材料—化学改性炭黑。
除了对炭黑耐磨性能改善外，由于硅质的导入和转化，对炭黑的产量也有不同程度的提高，具有性能改善和产量提高的双重收效。
经试验，改性后的炭黑耐麿性比未改性炭黑提高15-30%；产率比未改性炭黑提高0.8-4%。
Claims (4)
1.一种化学法改性炭黑的生产方法，以焦油为原料，空气为助燃剂，其特征在于：在反应时按炭黑产量的5-10%的重量比导入四氯化硅。
2.如权利要求1所述的一种化学法改性炭黑的生产方法，其特征在于：在炭黑炉设置供给四氯化硅的供给管。
3.如权利要求2所述的一种化学法改性炭黑的生产方法，其特征在于：在炭黑炉的燃烧室和反应中心的连接部设置四氯化碳供给管。
4.如权利要求1所述的一种化学法改性炭黑的生产方法，其特征在于：反应室反应温度为1600-1800℃。
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