KR19990028749A - 탄소 재료의 열처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소 재료, 특히 카본 블랙을 플라즈마 공정에서 카본 블랙 입자의 나노구조(nanostructure)의 규칙성(order)을 증가시키기 위하여, 즉 흑연화 정도를 증가시키기 위하여 열처리하는 방법에 관한 것이다. 상기 공정은 상업용 카본 블랙 및 비흑연 탄소 재료의 품질을 개량하는 것이 목적이다. 열처리는 체류 시간 및 공급 전력이 탄소 재료가 승화되지 않도록 조절되는 플라즈마 영역에서 수행된다. 따라서,플라즈마 영역에 공급되는 탄소는 신규 생성물로 전환되거나 변형되지 않는다.
Description
본 발명은 탄소 재료, 특히 카본 블랙을 플라즈마 공정에서 카본 블랙 입자의 나노구조(nanostructure)의 규칙성(order)을 증가시키기 위하여, 즉 흑연화 정도를 증가시키기 위하여 열처리하는 방법에 관한 것이다. 상기 공정은 상업용 탄소의 품질을 개량하는 것이 목적이다. 열처리는 체류 시간 및 공급 전력이 탄소 재료가 승화하지 않도록 하여, 탄소가 증발하고 신규 생성물로 전환되지 않도록 하기 위하여 조절되는 플라즈마 영역에서 수행된다.
카본 블랙 입자의 미세구조(microstructure)는 터보스트래틱 규칙성(turbostratic order)인 작은 미세결정 영역, 즉 c-축 주위에서 회전되지만 배열되지는 않은 평행 층들로 구성된다. 흑연층들은 입자 표면을 향하여 동심형으로 배열, 즉 평행 배향되며, 입자의 중심으로 갈수록 불규칙성의 정도가 증가한다.
미세결정 치수는 각각 Lc, La및 d2로 정의된다. Lc는 c-방향으로의 미세결정 크기, 즉 높이로서 흑연층의 평균 적층 높이이다. La는 층들의 크기 또는 넓이이고 각 층의 평균 직경을 나타낸다. d2는 흑연층 사이의 거리이다.
공지의 종래 공정에 의해 제조된 카본 블랙에 대해 X-선 회절분석에 의해 측정된 미세결정 크기를 표 1에 나타내었다.
| 종류 | La | Lc | d2 |
| 흑연(참조용) | 0.335 | ||
| 터멀 블랙 | 2.8 | 1.7 | 0.350 |
| 채널 블랙 | 1.9 | 1.4 | 0.353 |
| 퍼니스 블랙 | 2.0 | 1.7 | 0.355 |
| 아세틸렌 블랙 | 2.7 | 2.6 | 0.343 |
열처리가 카본 블랙 입자의 나노구조의 규칙성의 정도를 변경시키는 것으로 알려져 있다. 미세결정 크기는 흑연층의 평균 직경(La) 및 평균 층 높이(Lc)가 증가함에 따라 증가한다. 흑연층 사이의 거리(d2)는 감소한다.
1000℃ 초과의 온도에서 수행되는 카본 블랙의 열처리는 나노구조 및 형태에 영향을 미친다. 온도를 2700℃ 이상으로 올리는 것은 흑연층의 규칙성에 강력한 영향을 미치고, 미세결정의 성장이 아세틸렌 블랙에 관한 데이터에 필적하는 수준에 도달된다.
유도 전기로에서 불활성 기체 분위기하에 1100℃ 내지 2400℃의 온도에서 수 분 내지 수 시간 동안의 체류 시간으로 가열하는 열처리 방법이 공지되어 있다.
US 4,351,815에는, 두 개의 가열 영역이 있는 노에서 카본 블랙을 열처리하는 방법이 개시되어 있다. 첫 번째 영역에서는 존재하는 산소를 이산화탄소로 변환시키기 위하여 565℃ 내지 760℃의 온도로 가열하고, 두 번째 영역에서는 1400℃ 내지 2400℃의 온도로 가열한다. 열처리 시간은 9초 내지 10분 사이일 수 있다.
DD 292 920에는, 플라즈마 반응기에서 열등한 카본 블랙으로부터 우수한 카본 블랙을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 적어도 3kWh/kg의 엔탈피가 0.1 내지 1초의 반응시간에서 원료 물질로 도입되어, 탄소가 완전하거나 부분적으로 승화되도록 한다. 그것은 기체상 탄소의 형태로 존재하므로, 이 공정은 열처리 공정이 아니라 원료 물질의 전환이 특징이다.
WO 94/17908에는, 불만족스런 나노구조를 갖는 카본 블랙 및 흑연과 같은 탄소 재료를 플라즈마 반응기에서 변환시키는 방법이 개시되어 있다. 약 40kW/h 내지 150kW/h의 에너지가 2 내지 10초의 반응 챔버내에서의 체류 시간으로 원료 물질에 공급된다. 이 공정은 열처리 공정이 아니라 원료 물질의 전환이 특징이다.
본 발명의 목적은 탄소 재료, 특히 모든 종류의 카본 블랙을 그 나노구조의 규칙성을 증가시키기 위하여 열처리하는 개선된 방법을 제공하는 것이다. 이러한 나노구조의 규칙성은 현미경 분석 및 X-선 회절분석과 같은 표준 시험방법에 의해 측정될 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 상업용 카본 블랙의 품질을 개량하는 것이고, 또 다른 목적은 예를 들면 전극 재료로 사용되는 비흑연화된 타입의 탄소 재료를 개량하는 것이다.
또 다른 목적은 지금까지 제조된 적이 없거나 아세틸렌과 같은 고가의 원료 물질을 사용하지 않고 공지된 제조 공정에 의해 제조하기 어려울 수도 있는 특별한 품질을 달성하기 위하여 본 발명을 사용할 수 있는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 짧은 시간 내에 많은 양의 원료 물질을 처리하여 공정을 경제적으로 존립할 수 있도록 하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구의 범위에 나타낸 특징을 특색으로 하는 방법에 의해 달성된다.
공지된 종래의 열처리 방법에서, 노내 원료 물질의 체류 시간은 10초 내지 수 시간이다. 그러한 방법은 많은 양을 짧은 시간 내에 처리할 수 없으므로, 유리한 작업이 아니다. 카본 블랙과 같은 탄소 입자에 대한 열처리 시간이 상당히 감소될 수 있다는 놀랄만한 발견이 있었다. 플라즈마 공정, 즉 플라즈마 영역에서의 열처리에 의해, 흑연층과 같은 규칙성이 노에서의 가열 동안에 달성된다.
그러나, 플라즈마 영역에서 나노구조의 증가된 규칙성은 이미 0.5 내지 0.1초 이하의 체류 시간 후에 달성된다. 심지어 0.05초 이하의 체류시간도 나노구조의 만족할만한 규칙성을 달성하는데 충분하다고 알려져 있다. 따라서, 많은 양이 짧은 시간 내에 처리될 수 있는 유리한 방법이 제공된다.
이러한 종류의 열처리는 전기 아크가 전극 사이에서 연소하는 플라즈마 토치내에 생성되는 플라즈마 영역 또는 유도 가열, 예를 들면 기체의 고진동수 가열에 의해 생성되는 플라즈마 영역내에서 수행될 수 있다.
석탄, 코크스 등과 같은 다양한 탄소 재료가 열처리될 수 있지만, 가장 바람직하게는 카본 블랙류가 특별한 품질을 얻기 위하여 열처리될 수 있다. 탄소 입자는 운반 기체에 의해 플라즈마 영역으로 공급된다. 이 운반 기체는 또한 플라즈마 기체일 수도 있다.
Ar 또는 N2와 같은 불활성 기체가 운반 또는 플라즈마 기체로서 사용될 수 있다. H2와 같은 환원 기체 또는 H2+ CH4+ CO +CO2의 혼합물일 수 있는 공정 기체가 또한 사용될 수 있다. 또한, 이러한 기체의 혼합물이 사용될 수도 있다.
이하, 본 발명을 원료 물질이 플라즈마 영역으로 공급되는 플라즈마 토치의 설계 원리를 예시한 도 1에 순수하게 도식적인 형태로 예시된 한 실시태양에 의해 보다 상세히 설명하고자 한다. 도면은 플라즈마 토치의 기본 개념을 예시하여, 당업자가 잘 알려진 수단에 의해 기술적인 해결책을 발전시킬 수 있도록 한다.
플라즈마 토치는 종래 설계의 토치일 수도 있다. 한 설계의 예가 본 출원인으로부터의 노르웨이 특허 제174450호 = PCT/NO/00195 - WO 93/12633에 개시되어 있다. 이 플라즈마 토치는 화학 공정에 에너지를 공급하기 위한 것이다.
도 1에 예시된 플라즈마 토치는 외부 전극(1) 및 중심 전극(2)으로 설계되어 있다. 전극들은 관형이고 서로 동축으로 내부에 배치된다. 전극들은 고체이고 흑연과 같이 고융점 및 우수한 전기 전도도를 갖는 물질로 구성된다. 냉각된 금속 전극도 또한 사용될 수 있다. 전극에는 직류 또는 교류가 공급될 수 있다. 전기 아크의 영향권내에 있는 전극 주위에 직류가 공급되는 코일(3)이 배치되어, 축상의 자기장을 형성한다.
플라즈마 기체는 전극 사이의 환상 공간(4)을 통하여 공급될 수 있다. 또한, 플라즈마 기체는 탄소 입자의 운반 기체일 수도 있다. 따라서, 탄소 입자는 전기 아크를 통과하여, 플라즈마 영역(9)내에 균일하게 노출된다. 플라즈마 영역(9) 내 카본 블랙 입자의 체류 시간은 플라즈마 기체의 유속에 따라 조절될 수 있다.
탄소 입자를 함유한 운반 기체는 중심 전극(2) 내의 보링(5) 또는 중심 전극(2) 내에 동축으로 배치된 독립된 공급관(6)을 통하여 공급될 수 있다. 공급관(6)의 한 설계 예가 본 출원인으로부터의 노르웨이 특허 제174180호 = PCT/NO92/00198 - WO 93/12634에 개시되어 있다. 이 공급관은 플라즈마 영역(9)에 대한 출구의 배치를 위하여 축방향으로 이동가능하다. 따라서, 플라즈마 영역(9) 내 카본 블랙 입자의 체류 시간은 운반 기체의 유속에 따라서 그리고 플라즈마 전기 아크에 대한 공급관의 위치에 의해 조절될 수 있다.
세 번째 다른 방법으로, 탄소 입자를 함유하는 운반 기체는 전기 아크 영역(9)에 및 그 아래에 있는 하나 이상의 공급관(7)을 통하여 공급될 수 있다. 몇 개의 공급관은 반응기 챔버(8)의 원주를 따라 다른 높이로 즉, 플라즈마 토치의 전극(1,2)로부터의 거리가 증가하도록 배치될 수 있다. 따라서, 플라즈마 영역(9) 내에서 카본 블랙(9) 입자의 체류 시간은 어떠한 공급관이 사용되는가에 따라 조절될 수 있다.
고온 플라즈마는 전극 사이에서 연소하는 전기 아크에 의해 가열되는 기체에 의해 형성된다. 이러한 종류의 플라즈마 영역에서 3000℃ 내지 20000℃의 매우 높은 온도가 달성되고, 열처리가 수행되는 것은 바로 이 영역에서이다.
플라즈마 토치는 열처리된 재료가 예를 들면 저온 플라즈마 기체/운반 기체의 공급에 의해 냉각되고, 상기 기체가 가열되어 재순환되고 에너지 공급용으로 사용될 수 있는 반응기 챔버(8)에 연결되어 있다. 냉각 기체에 더하여 또는 그의 일부로서 특별한 물질이 탄소 입자의 표면에 어떤 화학적 기능기를 도입하기 위하여 첨가될 수 있다. 그러한 물질은 온도가 특이한 수준으로 하강하는 영역내로 공급될 수 있다. 또한, 그러한 물질은 연속하는 챔버에 공급될 수도 있다.
장치의 나머지는 탄소가 분리되는 싸이클론 또는 여과 장치로 구성될 수 있는 분리 장치뿐만 아니라, 냉각기를 포함하는 공지된 종래의 타입에 관한 것이다. 그러한 장치의 설계의 한 예가 본 출원인으로부터의 노르웨이 특허 제176968호 = PCT/NO93/00057 - WO 93/20153에 개시되어 있다.
공정은 매우 격렬하고 불순물에 의해 영향을 받지 않는다. 공정은 연속 공정으로서 수행되거나 간헐적으로 사용될 수 있다. 공정은 기존의 공정, 예를 들면 유로(oil furnace) 또는 플라즈마 공정과 연결하여 사용될 수 있다. 또한, 그것은 본 출원인에 의해 개발되고 노르웨이 특허 제175718호 = PCT/NO92/00196 - WO 93/12030에 개시되어 있는 카본 블랙의 플라즈마 제조방법에 통합되어 사용될 수 있다. 이 공정에서 탄화수소는 플라즈마 토치로부터의 에너지에 의해 탄소 부분 및 수소로 분해되고, 이는 수득된 생성물의 품질을 조절하기 위한 온도 영역의 반응기 챔버 내의 다음 단계로 공급된다. 반응기에 하나 이상의 플라즈마 토치가 추가로 장치될 수 있는데, 거기에서 본 발명에 따르는 열처리 공정이 생성된 카본 블랙에 수행될 수 있다.
1 내지 10kWh/kg, 바람직하게는 2 내지 6kWh/kg의 총 엔탈피가 플라즈마 영역에서 0.5 내지 0.01초, 바람직하게는 0.1초 미만, 특히 0.07초 미만의 체류 시간을 가지는 카본 블랙 입자에 유도된다. 이에 의해 카본 블랙 입자는 3700℃인 탄소의 승화 온도보다 높지는 않지만 그만큼의 온도가 된다.
유도되는 총 엔탈피는 시스템의 전체 에너지를 증가시킨다. 열손실 뿐만 아니라 카본 블랙, 플라즈마 기체 및 운반 기체의 가열이 총 밸런스에 포함된다. 카본 블랙이 증발/승화하는 것을 막기 위하여, 그것은 3700℃ 초과의 온도로 가열되지 않아야 한다.
카본 블랙 입자에 공급되는 전체 에너지는 하기 식으로 나타낼 수 있다:
△G = △H - T△S
상기 식에서,
△G = 깁스 자유 에너지 = 전체 공급 에너지
△H = 엔탈피 = 열에너지
T = 절대 온도
△S = 엔트로피
탄소 상태에 관한 엔탈피 데이터에 의하면, △H는 온도를 3700℃ 미만으로 유지시키기 위하여 최대 약 2kWh/kg일 수 있다. 보다 많은 에너지를 공급하여도 증발되지 않는 이유는 열처리가 보다 규칙적인 구조를 제공하기 때문인데, 그것은 입자의 엔트로피가 감소하는 것을 의미한다. 따라서, 상기 식의 △H는 심지어 공급 에너지(△G)가 2kWh/kg을 초과하더라도 2kWh/kg 미만이 될 수 있을 것이다.
체류 시간은 카본 블랙 입자가 플라즈마 영역 또는 전기 아크 영역 내에서 또는 거기에서 에너지 흡수를 위한 초기 이동 단계에서 노출될 때 경과된 시간으로서 이해된다. 탄소 입자는 고도의 복사율, e > 0.9를 가지고, 밀리초로 측정될 수 있는 아주 짧은 시간 동안에, 전기 아크 및 가능하게는 전극으로부터의 열복사 때문에 3000℃를 초과하는 온도에 다다른다. 매우 짧은 시간 동안에, 탄소 입자는 약간의 흡수된 에너지를 플라즈마 기체 및/또는 운반 기체로 열복사 및 열전도에 의해 옮긴다. 플라즈마 기체 및 운반 기체에 낮은 복사율, e < 0.1을 가지므로, 카본 블랙 입자 및 플라즈마 기체/운반 기체의 온도는 궁극적으로 2000℃ 미만에 다다른다. 유도된 엔탈피 및 체류 시간은 탄소 입자가 승화할 정도로 높은 온도에 다다르지 않도록 조절되는데, 즉, 온도는 3700℃ 미만으로 유지되어야 한다.
도 2는 플라즈마 영역내에서 탄소 입자 및 플라즈마 기체/운반 기체에 의해 도달되는 온도를 시간의 함수로서 도시한 도표이다. 실선은 탄소 입자에 대한 시간의 함수로서의 온도를 나타내고, 점선은 플라즈마/운반 기체에 대한 시간의 함수로서의 온도를 5kWh/kg 카본 블랙의 일정한 총 엔탈피에서 나타낸다.
표 2는 다양한 성질의 카본 블랙에 대한 플라즈마 영역에서 상기 인자로 및 다른 형태의 플라즈마 기체를 사용하여 열처리하기 전후의 La, Lc및 d2값, 체류 시간 및 엔탈피를 나타낸다.
| 종 류 | 제조시(Å)d2La 2Lc | 열처리 후(Å)d2La 2Lc | 플라즈마기체 | 체류 시간(초) | 총 엔탈피(kWh/kg 카본 블랙) |
| 세바캅 엠티(Sevacarb MT)퍼넥스 엔-765(Furnex N-765)스타텍스 엔-550(Statex N-550)코랙스 엔-220(Corax N-220)컨듀텍스 975(Condutex 975)컨듀텍스 에스씨(Condutex SC) | 3.51 35 163.57 30 183.55 32 173.54 30 163.56 39 203.56 33 16 | 3.39 75 763.41 71 573.42 77 713.40 71 593.41 76 603.45 67 41 | H2 --//-- --//-- --//-- --//-- --//-- | 0.03 | 4 - 6 |
| 엔사코(Ensaco)엔사코(Ensaco)크배르너 엘씨(Kvaerner LC)크배르너 에치씨(Kvaerner HC) | 3.55 40 223.55 40 223.48 60 403.46 52 44 | 3.43 65 483.44 66 483.43 89 1343.41 102 127 | Ar공정 기체H2 --//-- | 0.060.02-0.060.030.03 | 103 - 5810 |
La 2는 쉐를레르(Scherrer)의 식에 따름
열처리 동안, 탄소 입자의 표면에 부착 또는 결합된 화학적 기능기 및 불순물은 감소되거나 제거될 것이다. 열처리는 화학적으로 결합된 수소의 유리와 관련된 표면 활성을 2500ppm에서 약 100ppm 이하로 급격히 감소시킨다.
탄소 입자의 표면에 특별한 화학적 기능기를 도입하기 위하여, 특별한 물질이 플라즈마 기체 및/또는 운반 기체에 첨가될 수 있다. 이들은 CO2, CO, O2, 공기 및 H2O와 같은 산화 매질 또는 H2, 할로겐 또는 산과 같은 환원 매질 등일 수 있다.
본 발명의 방법에 따라 열처리된 카본 블랙은 유도 전기로에서 수시간 동안 열처리된 카본 블랙과 비교될 수 있다. 표 3은 한 타입의 카본 블랙을 유도 전기로에서 열처리하기 전후 및 동일한 카본 블랙을 본 발명에 따라 플라즈마 공정에서 열처리한 후의 La, Lc및 d2값을 나타낸다.
| La | Lc | d2 | |
| 미처리 카본 블랙 | 4.0 | 2.2 | 0.355 |
| 유도 전기로에서 열처리 | 7 | 5 | 0.341 |
| 플라즈마 영역에서 열처리 | 8.2 | 8 | 0.341 |
플라즈마 영역에서 열처리시 공정 데이터:
상술한 플라즈마 발생기 및 반응기 챔버
공급 재료: 카본 블랙 10kg/h
운반 기체: Ar 3Nm3/h
플라즈마 기체: 공정 기체: 3Nm3/h
반응기 압력: 2bar
유도된 엔탈피: 2.9-4.8kWh/kg
체류 시간: 0.09sec
공정 기체는 50% H2, 1.5% CH4, 48% CO 및 1.5% CO2로 구성된다.
플라즈마 영역내에서 탄소 입자에 의해 도달되는 온도는 3700℃ 미만이고 카본 블랙 및 기체에 대한 온도는 긍극적으로 약 2000℃이다.
표 4는 한 카본 블랙을 두 상이한 플라즈마 기체가 사용되는 본 발명에 따라 플라즈마 영역에서 열처리하기 전후의 La, Lc및 d2값을 나타낸다.
| La | Lc | d2 | 플라즈마 기체 | |
| 열처리 전 | 4 | 2.2 | 3.55 | |
| 열처리 후 | 6.5 | 4.8 | 3.43 | Ar |
| 열처리 후 | 6.6 | 4.8 | 3.44 | 공정 기체 |
열처리의 효과는 카본 블랙이 첨가제로서 사용되는 재료의 성질을 개선시키는 것이다. 이하, 본 발명에 따르는 열처리에 의해 수득한 카본 블랙의 특별한 성질을 이용한 다양한 제품을 인용한다.
건전지 배터리:
종래의 건전지 배터리에서는, 아세틸렌 블랙 또는 "특별한 전도성 블랙" 성질이 사용된다. 후자는 통상적인 "유로 공정"과 계속되는 공지의 산화 또는 열처리 단계에 의해 제조된다. 특별한 성질을 사용하면 전해질 용량을 증가시키고, 방전 특성을 개선하는 등의 효과를 가져오는데, 이러한 성질은 아세틸렌 블랙과 동일한 수준은 아니지만 유사한 성질을 나타내는 결과를 가져온다.
통상적으로 제조된 카본 블랙류를 플라즈마 영역에서 본 발명에 따라 열처리하여, 나노구조의 규칙성의 정도를 증가시켜, 아세틸렌 블랙에 대해 측정된 것과 같거나 큰 값을 얻을 수 있다.
전기전도성 카본 블랙:
"전도성", "초전도성" 및 "엑스트라 전도성"과 같은 일련의 카본 블랙류가 특별한 응용을 위하여 개발되었다. 이들은 심지어 소량으로 첨가되어도 고분자 혼합물에 전기전도성 및 정전기 방지성을 제공한다. 이러한 카본 블랙류는 고구조, 고다공성, 작은 입자크기 및 화학적으로 순수한 표면을 가지기 때문에, 최적의 전도성을 나타낸다. 이러한 성질 때문에, 본 발명에 따르는 열처리는 훨씬 더 우수한 정도의 전도성을 제공한다.
예를 들면, 고무 첨가제로서 사용되는 통상적인 카본 블랙류는 "전도성 블랙"과 동일한 방식으로 개량될 수 있다. 본 발명에 따르는 플라즈마 영역에서의 열처리는 산화물의 표면 및 불순물을 세척하고 카본 블랙 입자내의 내부 전도성을 우수한 정도의 흑연화를 제공함으로써 최적화할 것이다.
무연탄, 가솔린 코크스, 타르 코크스 등과 같은 비흑연 탄소 재료는 본 발명의 방법에 따라 처리될 수 있다. 그러한 탄소 재료는 예를 들면, 하소로(calcination furnace)에서의 열처리를 포함한 흑연화 공정 후에 종종 전극으로서 및 내화성 제품에서 사용될 수 있다. 본 발명에 따르는 열처리는 통상적인 하소 공정의 한 다른 방법이고, 흑연층 사이의 평균 거리, d 0.002를 0.344nm에서 흑연과 같은 0.335nm의 수준이 되도록 한다.
연료전지 기술에서, 전극 재료의 열처리는 적절한 공정일 것이다. 인산(PAFC) 및 고체 고분자 연료 전지(SPFC)에서, 흑연은 백금 촉매와 함께 음극 및 양극으로서 사용된다. 이러한 상황에 있어서는 전극의 전기전도성이 우수한 것이 중요하다. 본 발명에 따르는 탄소 재료의 열처리에 의해 나노구조의 규칙성이 증가함에 따라 달성되는 흑연화 정도의 증가는 재료의 전기전도성의 증가를 수반할 것이다.
열전도성 카본 블랙:
우수한 열전도성이 고분자 혼합물에서 열증가 및 과열을 피하기 위하여 바람직하고, 우수한 열전도성을 가지는 카본 블랙이 이것을 달성하는데 실질적인 역할을 한다. 이러한 효과에 기여하는 카본 블랙의 기본 성질은 고도의 규칙성, 즉, 흑연화로서 이러한 점에서는 아세틸렌 블랙이 최상인 것으로 알려져 있다.
본 발명에 따르는 플라즈마 영역에서의 열처리는 모든 공지의 통상적인 카본 블랙류에 이러한 효과를 제공할 것이다.
Claims (6)
- 탄소 재료, 특히 카본 블랙을 열처리하여 카본 블랙 입자의 나노구조(nanostructure)의 규칙성(order)을 증가시키는 방법-카본 블랙이 운반 기체에 의해 플라즈마 영역으로 공급되는 방법-에 있어서,열처리가 플라즈마 영역(9)내에서 3700℃ 미만인 카본 블랙의 온도로 수행되고, 1 내지 10kWh/kg의 총 엔탈피가 카본 블랙 입자에 유도되며, 체류 시간이 0.5초 내지 0.01초의 범위임을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 2 내지 6kWh/kg의 엔탈피가 카본 블랙 입자에 유도됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 플라즈마 영역(9)내 카본 블랙 입자의 체류 시간이 0.1초 미만, 특히 0.07초 미만임을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 플라즈마 영역(9)내 체류 시간 대 엔탈피의 비가 카본 블랙 입자가 3700℃ 미만의 온도로 유지되어 승화되지 않도록 할 수 있는 방식으로 조절됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 탄소 입자의 표면에 화학적 기능기를 도입하기 위하여, CO2, CO, H2O, 공기 또는 O2와 같은 산화 매질 또는 H2, 할로겐 또는 산과 같은 환원 매질이 플라즈마 및 운반 기체로서 사용되거나 플라즈마 및 운반 기체에 첨가됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 플라즈마 영역(9)내 카본 블랙 입자의 체류 시간이 플라즈마 기체/운반 기체의 유속을 조절하거나 운반 기체의 유속을 조절함으로써 그리고 공급관(6)의 플라즈마 영역에 대한 위치에 의해서나 카본 블랙 및 운반 기체의 도입을 위해 사용되는 공급관(7)의 선택에 의해 조절됨을 특징으로 하는 방법.
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