CS224288B1 - High-conductive soot - Google Patents

High-conductive soot Download PDF

Info

Publication number
CS224288B1
CS224288B1 CS561381A CS561381A CS224288B1 CS 224288 B1 CS224288 B1 CS 224288B1 CS 561381 A CS561381 A CS 561381A CS 561381 A CS561381 A CS 561381A CS 224288 B1 CS224288 B1 CS 224288B1
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
carbon black
pore
conductive
adsorption
size
Prior art date
Application number
CS561381A
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Karel Ing Svoboda
Frantisek Ing Necesany
Zdenek Kvapil
Original Assignee
Svoboda Karel
Necesany Frantisek
Zdenek Kvapil
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Svoboda Karel, Necesany Frantisek, Zdenek Kvapil filed Critical Svoboda Karel
Priority to CS561381A priority Critical patent/CS224288B1/en
Publication of CS224288B1 publication Critical patent/CS224288B1/en

Links

Landscapes

  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

Vynález se týká vysocevodivýoh sazí jako produktu parciální oxidace ropných a dehtových surovin při teplotách nad I 380 °C a tlaku 3,0 až 4,0 MPa v přítomnosti kyslíkopamí směsi. Vysocevodivé saze mají použití např. jako přísada plastů a elastů pro přípravu polovodivých nebo vodivých materiálů. ,

Dosavadním produktem parciální oxidace ropných a dehtových surovin jsou plynné produkty zplyňovacího procesu používané k výrobě technického vodíku a syntézních plynů. Jako surovina se při zplyňcivacím procesu používá atmosférický nebo vakuový destilační zbytek z ropy. Vedlejším produktem procesu,dosud považovaným za.odpad, jsou saze, které se odstraňují z proudu vzniklého generátorového plynu vypíráním vodou. Vzniklá suspenze sazí ve vodě tzv. sazové voda - se zbavuje sazí jejich paletizací se zplyňovanou surovinou a izolované saze s obsahem zplyňované suroviny se likvidují spalováním.

Pro úpravu elektrických vlastností plastů a elaatů se dosud používají hu3 acetylenové saze, případně speciální vodivé retortové saze. Acetylenové saze se vyrábějí tepelným rozkladem acetylenu při teplotách kolem 800 °C. Rozklad acetylenu je silně exotermní reakce a uvolněné teplo udržuje průběh pyrolýzy bez přídavku vnějšího tepla. Acetylenové saze mají střední průměr částic 40 až 50 nm, povrch BET v rozmezí 60 až 180 tn^/g, velmi nízký obsah popela cca 0,1 % hmot. a olejové číslo 3 až 4 cm^/g. Speciální vodivé retortové saze l se získají spalováním aromatických frakcí v retortových pecích a jsou charakterizovány střední velikostí částic 20 až 30 nm, povrchem BET v rozmezí 160 až 230 m^/g, nízkým obsahem popela 0,03 až 0,06 % hmot., olejovým číslem 1 až 2 cm^/g a vysokým obsahem zbytkového kyslíku 0,9 až 1,0% hmot. Pro snížení povrchového odporu plastických materiálů na hodnoty nižší než 1.10& ohmů je třeba přídavku 30 až 60 dílů sazí na 100 dílů zpracovávaného

4288 plastu. Tento přídavek podstatně zhoršuje mechanické vlastnosti nového materiálu - modifikovaného plastu - ve srovnání s původním plastem.

Nyní bylo -zjištěno a experimentálně ověřeno, že vhodným řízením technologického režimu parciální oxidace ropných a dehtových surovin se získá;jí vysocevodivé saze, které mají široký okruh využití. )

Vysocevodivé saze, které jsou produktem parciální oxidace ropných a dehtových surovin při teplotách nad 1 380 °C o tlaku 3,0 až 4,0 MPa v přítomnosti kyslíkoparní směsi a které jsou vytvarovány peletizací s uhlovodíkovými rozpouětědly do granulí kulovitého tvaru o velikosti od 0,5 do 10 nm nebo jsou přítomny ve formě prachu ěi extrudétů, jsou podle vynálezu charakterizovány tím, že makroskopické sazové částice jsou vytvořeny ze základních sazových částic o velikosti 1 až 10 nm, které jsou spojeny do aglomerátů řetizkovitého tvatu o střední velikosti shluků částic v rozmezí 50 až 500 nm, a mají rozvinutou porézní strukturu s porózitou 80 až 90 % a celkovým objemem pórů od 3,0 do 4,5 cm^/g, přičemž struktura rozložení pórů je rovnoměrná v rozmezí velikosti pórů 1 až 2 000 nm s nevýraznými maximy v oblasti poloměru pórů 1,5 až 3,0 nm a 10 až 15 nm, a specifickým povrchem stanoveným adsorpcí dusíku v rozmezí 900 až 1 400 m^/g, přičemž měrný povrch stanovený adsorbcí cetyltrimetylamoniumbromidu (CTAB) je v rozmezí 500 až 1 000 m /g, obseh popele v rozmezí 0,1 až 1,5 % hmot. a obsah vlhkosti od 0,01 do 2 % hmot.

Tyto vysocevodivé saze, charakterizované svými fyzikálními vlastnostmi i způsobem vzniku, mají rozsáhlé využití především v oblasti přípravy nových typů plastických hmot, např. pro výrobky z pryží a plastů s antistatickou úpravou, pro přípravu vodivých nekovových materiálů, pro přípravu polovodivých fólii na bázi polyolefinů apod.

Bylo zjištěno a experimentálně ověřeno, že u polovodivých plastů se dosáhne srovnatelných elektrických vlastností při podstatně nižším dávkování sazí podle vynálezu než při použiti ostatních typů sazí. Současně při srovnatelné vodivosti nových materiálů jsou mechanické vlastnosti polymeru s přídavkem sazí podle vynálezu lepši než u polymeru s přídavkem např. aeetylenovýeh sazí. Přípravu vodivých plastických hmot lze realizovat přídavkem sazí podle vynálezu, zatímco přídavkem aeetylenovýeh nebo speciálních vodivých retortových sazí se nedosáhne měrného vnitřního odporu nižšího než 1 ohm.cm.

Vynález je blíže objasněn v následujících příkladech.

Příklad 1

Vysocevodivé saze podle vynálezu, které jsou charakterizovány měrným povrchem stánoveným adsorpcí dusíku 1 020 m /g, měrným povrchem určeným adsorpcí CTAB 702 m /g, obsahem popela 0,6 hmot. a obsahem vlhkosti 0,27 % hmot. a jejichž struktura je charakterizována velikostí základních částic v rozmezí 1 až 2 nm spojených do aglomerátů o střední velikosti 144 nm, celkovým objemem pórů 3,72 cmVg a poro'zitou 83,57 % s distribučbí křivkou rozložení velikosti pórů rovnoměrnou v rozmezí 1 až 2 510 nm s nevýraznými maximy při 2,51 nm a 12,6 nm, byly společně se stabilizátorem přidány k lineárnímu polyetylénu; směs byla zpracována a získaný typ polovodivého plastu byl podroben testování elektrických a mechanických vlastností. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 1. Stabilizátor byl přidáván v konstantním množství 1 díl na 500 dílů PE. Saze byly přidávány v množství 4 až 10 dilů na 100 dílů PE. V tabulce je pro srovnání uveden i původní polymer.

Tabulka 1

Saze Povrchový odpor Tvrdost materiálu Mez pevnosti v tahu díl/100 díl PE ohm °Sh MPa 0 >,017 59,5 14,71 4 >107 61,0 14,72 8 ,,1.104 62,0 14,92 10 6,2.103 62,0 -

Příklad 2

Vysocevodivé saze podle vynálezu, charakterizované v příkladu 1, byly použity jako přísada rozvětveného polyetylénu. Směs s přídavkem stabilizátoru byla zpracována za účelem získání polovodivé fólie. Při přídavku 10 dílů sazí podle vynálezu na 100 dílů PE byly získány následující hodnoty: povrchový odpor 39 kO, tažnost fólie v obou směrech 226 % a mez pevnosti v tahu 16,2 MPa.

Příklad 3

Vysocevodivé saze podle vynálezu, charakterizované v příkladu 1, byly použity při přípravě polovodivé fólie z měkčeného PVC. Mechanické a elektrické vlastnosti fólie s proměnným obsahem s^zí jsou uvedeny v tabulce 2.

Tabulka 2

Koncentrace sazí (% hm) 8 ,0 ,5 povrchový odpor (ohm) 1 500 200 ,0 mez pevnosti v tahu (MPa) 12,8 12,2 11.3 tažnost (95) 432 386 • 301 tvrdost (°Sh) 83 87 91

Příklad 4

Vysocevodivé saze podle vynálezu, charakterizované v příkladu 1, byly přidány ke kaučukové směsi s cílem připravit speciální vodivé pryže. Vliv přídavku sazí podle vynálezu na kvalitu materiálu je uveden v tabulce 3·

Tabulka 3

Saze Měrný vnitřní odpor Tažnost Tvrdost materiálu Mez pevnosti v tahu % hm. nem % °Sh MPa 0 > to'5 63 7,8 7,5 4.106 960 69 18,1 12 5.104 825 72 16,5 15 240 773 75 14,3 22,5 175 600 82 13,5 30 10,2 400 86 11,8 37,5 4,4 - 90 - 45 2,3 92 -

Příklad 5

Vysocevodivé saze podle vynálezu byly použity k přípravě vodivých měkčených PVC plastů. Závislost koncentrace sazi na měrné# vnitřním odporťt-je uvedgpa v následující tabulce. Tabulka4

Saze (díl/100 díl PVC) 0 10 20 25 30 40 měrný odpor (ficm) >1014 5,2.107 9 350 74 4,1 0,6

Přiklad 6

Lineární polyetylén s přídavkem stabilizátoru byl smísen s různými typy sazí a zpracován na granulát, který byl použit pro výrobu vyfukovaných nádob s antistatickou úpravou. Vliv typů sazí a jejich přidávaného množství na elektrické vlastnosti je uveden v tabulce 5.

Tabulka 5

Typ sazí Koncentrace sazí Měrný vnitřní odpor % hmot. nem vysocevodivé saze 0 2,5.1017 6 88,5.102 10 42 '5 7,0 acetylenové saze 10 9,7.1016 15 3,0.1016 25 2,5.103 retortové saze 10 7,1.1016 vodivé 15 6,0.105 25 89

k

Příklad 7

Pro přípravu polovodivých měkčených PVC fólií bylo použito různých typů sazí. Vliv jednotlivých druhů sazí na elektrické a mechanické vlastnosti výsledného materiálu je uveden v tabulce 6. Z výsledků uvedených v tabulce vyplývá, že pro dosažení srovnatelných elektrických vlastností výsledného materiálu je třeba podstatně vySšího dávkování ostatních typů sazí než vysocevodivých sazí podle vynálezu, přičemž dochází ke zhorěení mechanických vlastností,.

Tabulkaó

Typ sazí Koncentrace sazí Měrný vnitřní

The present invention relates to highly conductive carbon black as a product of partial oxidation of petroleum and tar feedstocks at temperatures above 1380 ° C and pressures of 3.0 to 4.0 MPa in the presence of oxygen blends. High-conducting carbon black is used, for example, as an additive of plastics and elastics for the preparation of semiconductive or conductive materials. ,

The current product of the partial oxidation of petroleum and tar raw materials is the gaseous products of the gasification process used for the production of technical hydrogen and synthesis gases. Atmospheric or vacuum distillation residues from petroleum are used as feedstock in the gasification process. A byproduct of the process, hitherto regarded as waste, is soot, which is removed from the stream of generated gas by scrubbing with water. The resulting soot suspension in so-called soot water - is removed from the soot by palletizing it with the gasified feedstock and the isolated carbon black containing the gasified feedstock is disposed of by incineration.

Up to now, hu3 acetylene carbon black or special conductive retort carbon black have been used to modify the electrical properties of plastics and elaates. Acetylene carbon black is produced by thermal decomposition of acetylene at temperatures around 800 ° C. The decomposition of acetylene is a strongly exothermic reaction and the released heat maintains the course of pyrolysis without the addition of external heat. The acetylene carbon black has an average particle diameter of 40 to 50 nm, a BET surface area in the range of 60 to 180 tn / g, a very low ash content of about 0.1% by weight. and an oil number of 3 to 4 cm @ 2 / g. Special conductive retort carbon black 1 is obtained by burning aromatic fractions in retort furnaces and is characterized by a mean particle size of 20 to 30 nm, a BET surface area of 160 to 230 m ^ / g, a low ash content of 0.03 to 0.06% by weight. an oil number of 1 to 2 cm @ 2 / g and a high residual oxygen content of 0.9 to 1.0 wt. To reduce the surface resistance of plastic materials to less than 1.10 & ohms, the addition of 30 to 60 parts carbon black per 100 parts processed

4288 plastic. This addition significantly worsens the mechanical properties of the new material - modified plastic - compared to the original plastic.

It has now been found and experimentally verified that by properly controlling the process regime of the partial oxidation of petroleum and tar feedstocks, highly conductive carbon black is obtained which has a wide range of uses. )

High-conducting carbon black, which is the product of partial oxidation of petroleum and tar feedstocks at temperatures above 1380 ° C and at a pressure of 3.0 to 4.0 MPa in the presence of an oxygen-vapor mixture and which is formed by pelletizing with hydrocarbon solvents into spherical granules of 0 5 to 10 nm or present in the form of dust or extrudates, according to the invention, characterized in that the macroscopic carbon black particles are formed from basic carbon black particles of 1 to 10 nm in size, which are combined into chain-shaped agglomerates of medium particle size agglomerates 50 to 500 nm, and have a developed porous structure with a porosity of 80 to 90% and a total pore volume of 3.0 to 4.5 cm @ 2 / g, the pore distribution structure being uniform in the pore size range of 1 to 2,000 nm with bland peaks in the pore radius of 1.5 to 3.0 nm and 10 to 15 nm, and specific surface area determined by nitrogen adsorption the surface area determined by adsorption of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) is in the range of 500 to 1000 m / g, the ash content is in the range of 0.1 to 1.5% by weight. and a moisture content of from 0.01 to 2 wt.

These highly conductive carbon blacks, characterized by their physical properties and their origin, are used extensively especially in the preparation of new types of plastics, eg for rubber and plastics products with antistatic treatment, for the preparation of conductive non-metallic materials, for the preparation of semiconductive foils based on polyolefins etc. .

It has been found and experimentally verified that semiconducting plastics achieve comparable electrical properties at substantially lower dosages of the carbon blacks of the invention than when using other types of carbon blacks. At the same time, with the conductivity of the new materials being comparable, the mechanical properties of the carbon black-added polymer according to the invention are better than that of the polymer with the addition of, for example, carbon black. The preparation of conductive plastics can be accomplished by the addition of the carbon black according to the invention, while the addition of at least ethylene or special conductive carbon black does not achieve a specific internal resistance of less than 1 ohm.cm.

The invention is illustrated by the following examples.

Example 1

The high conductive carbon blacks of the present invention are characterized by a specific surface area determined by adsorption of nitrogen of 1020 m / g, a specific surface area determined by adsorption of CTAB 702 m / g, an ash content of 0.6 wt. and a moisture content of 0.27 wt. and whose structure is characterized by a particle size in the range of 1 to 2 nm bound to agglomerates of medium size 144 nm, a total pore volume of 3.72 cmVg and a porosity of 83.57% with a pore size distribution curve uniform in the range of 1 to 2 510 nm with low peaks at 2.51 nm and 12.6 nm were added to the linear polyethylene together with the stabilizer; the mixture was processed and the obtained type of semiconducting plastic was subjected to testing of electrical and mechanical properties. The results are shown in Table 1. The stabilizer was added in a constant amount of 1 part per 500 parts of PE. Carbon black was added in an amount of 4 to 10 parts per 100 parts of PE. The table also gives the original polymer for comparison.

Table 1

Soot Surface resistance Material hardness Tensile strength part / 100 part PE ohm ° Sh MPa 0 >, 0 17 59.5 14.71 4 > 10 7 61.0 14.72 8 ,, 1.10 4 62.0 14.92 10 6,2.10 3 62.0 -

Example 2

The high-conducting carbon black of the invention, characterized in Example 1, was used as an additive of branched polyethylene. The stabilizer addition mixture was worked up to obtain a semiconductive film. Addition of 10 parts of carbon black according to the invention per 100 parts of PE gave the following values: surface resistance of 39 kO, elongation of the film in both directions 226% and a tensile strength of 16.2 MPa.

Example 3

The high-conducting carbon black of the invention, characterized in Example 1, was used in the preparation of a softened PVC semiconductive film. The mechanical and electrical properties of the film with varying contents are shown in Table 2.

Table 2

Carbon black concentration (% wt) 8 , 0 , 5 surface resistance (ohm) 1 500 200 , 0 tensile strength (MPa) 12.8 12.2 11.3 elongation (95) 432 386 • 301 hardness (° Sh) 83 87 91

Example 4

The high conductive carbon blacks of the invention, characterized in Example 1, were added to the rubber composition to prepare special conductive rubbers. The effect of the addition of carbon black according to the invention on the material quality is shown in Table 3.

Table 3

Soot Specific resistivity Ductility Material hardness Tensile strength % wt. nem % ° Sh MPa 0 > to ' 5 63 7.8 7.5 4.10 6 960 69 18.1 12 5.10 4 825 72 16.5 15 Dec 240 773 75 14.3 22.5 175 600 82 13.5 30 10.2 400 86 11.8 37.5 4.4 - 90 - 45 2.3 92 -

Example 5

The high conductive carbon blacks of the present invention have been used to prepare conductive softened PVC plastics. The dependence of the carbon black concentration on the specific internal resistance is given in the following table. Table4

Carbon black (part / 100 part PVC) 0 10 20 May 25 30 40 resistivity (ficm) > 10 14 5,2.10 7 9 350 74 4.1 0.6

Example 6

Linear polyethylene with the addition of a stabilizer was mixed with various types of carbon black and processed into a granulate that was used to produce blown containers with an antistatic treatment. The effect of the types of carbon black and their added amount on the electrical properties is shown in Table 5.

Table 5

The type of carbon black Carbon black concentration Specific resistivity % wt. nem highly conductive carbon black 0 2,5.10 17 6 88,5.10 2 10 42 '5 7.0 acetylene carbon black 10 9,7.10 16 15 Dec 3,0.10 16 25 2,5.10 3 retort carbon black 10 7,1.10 16 conductive 15 Dec 6,0.10 5 25 89

to

Example 7

Various types of carbon black have been used to prepare semiconductor softened PVC films. The effect of the different types of carbon black on the electrical and mechanical properties of the resulting material is shown in Table 6. The results in the table indicate that substantially higher dosages of carbon blacks other than the highly conductive carbon blacks of the present invention are required to achieve comparable electrical properties. mechanical properties.

Tabulkaó

Carbon black type Carbon black concentration Specific internal

Claims (1)

PŘEDMĚT VYNÁLEZUSUBJECT OF THE INVENTION Vysocevodivé saze jako produkt parciální oxidace ropných a dehtových surovin např. mazutu při teplotách nad 1 380 °C a tlaku 3,0 až 4,0 MPa v přítomnosti kyslíkoparní směsi a vytvarované peletizací s uhlovodíkovými rozpouštědly do granulí kulovitého tvaru o velikosti granulí od 0,5 do 10 mm, případně ve formě prachu nebo extrudátů, vyznačené tím, že makroskopické sazové částice jsou vytvořeny ze základních sazových částic o velikosti 1 až 10 nm, které jsou spojeny do aglomerétů řetízkovitého tvaru o střední velikosti shluků částic v rozmezí 50 až 500 nm, a mají rozvinutou strukturu s porozitou 80 až 90 % a celkovým objemem pórů od 3,0 do 4,5 cm3/g, přičemž struktura rozložení pórů je rovnoměrná v rozmezí velikosti pórů 1 ež 2 000 nm s nevýraznými maximy v oblasti poloměru pórů 1,5 až 3,0 nm a 10 až 15 nm, a specifickým povrchem stanoveným adsorpcí dusíku v rozmezí 900 až 1 400 m /g, přičemž měrný povrch stanovený adsorpcí cetyltrimetylamoniumbromidu je v rozO mezí 500 až 1 000 m /g, obsah popele v rozmezí 0,1 až 1,5 % hmot. a obsah vlhkosti od 0,01 do 2 % hmot.High-conducting carbon black as a product of partial oxidation of petroleum and tar feedstocks such as black oil at temperatures above 1,380 ° C and pressures of 3.0 to 4.0 MPa in the presence of an oxygen-vapor mixture and formed by pelletizing with hydrocarbon solvents into spherical granules 5 to 10 mm, optionally in the form of dust or extrudates, characterized in that the macroscopic carbon black particles are formed from basic carbon black particles of 1 to 10 nm in size, which are combined into chain-shaped agglomerates of medium particle size between 50 and 500 nm , and have a developed structure with a porosity of 80 to 90% and a total pore volume of 3.0 to 4.5 cm 3 / g, the pore distribution structure being uniform over a pore size range of 1 to 2,000 nm with slight peaks in the pore radius area 1.5 to 3.0 nm and 10 to 15 nm, and a specific surface area determined by nitrogen adsorption between 900 and 1,400 m / g, where reverse to the surface determined by adsorption of cetyltrimethylammonium bromide is Rozoy between 500 and 1000 m / g, an ash content of 0.1 to 1.5 wt%. and a moisture content of from 0.01 to 2 wt.
CS561381A 1981-07-23 1981-07-23 High-conductive soot CS224288B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS561381A CS224288B1 (en) 1981-07-23 1981-07-23 High-conductive soot

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS561381A CS224288B1 (en) 1981-07-23 1981-07-23 High-conductive soot

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CS224288B1 true CS224288B1 (en) 1984-01-16

Family

ID=5401316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS561381A CS224288B1 (en) 1981-07-23 1981-07-23 High-conductive soot

Country Status (1)

Country Link
CS (1) CS224288B1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0635045B1 (en) Production of carbon black
KR101255399B1 (en) Carbon black, method for producing the same, and its use
CA1073582A (en) Process for imparting antistatic properties to plastics
Fulcheri et al. Plasma processing: a step towards the production of new grades of carbon black
US2062358A (en) Carbon black manufacture
US4755371A (en) Method for producing carbon black
EP0156390B1 (en) Electrically conductive composition
CA2606031A1 (en) Method for further processing the residue obtained during the production of fullerene and carbon nanostructures
EP0613489A1 (en) Carbon blacks and their use in rubber applications.
CS224288B1 (en) High-conductive soot
US4098968A (en) Process for imparting antistatic properties to rubber
JPS60197763A (en) Resistor containing carbon black blended therewith
JPH059466B2 (en)
US3723355A (en) Elastomeric mixtures vulcanizable to electrically conductive vulcanisates and methods of preparing the same
AU2003253990B2 (en) Carbon blacks and uses thereof
JP2005008877A (en) Carbon black and rubber composition
Mubari et al. Analysing the modifications of carbon black and other fillers after pyrolysis of model tyres
CS232289B1 (en) Special black
SU747868A1 (en) Method of carbon black production
JPH0510391B2 (en)
CS224289B1 (en) Technically pure carbon
CS220704B1 (en) Method of making special soot
CS220705B1 (en) Method of making the supraconductive soot
JP2001049144A (en) Carbon black with high electrical resistance and rubber composition containing the same
CZ347997A3 (en) Process for producing carbon black