PL100466B1 - Sposob wytwarzania sadzy gazowych o malej zawartosci ekstraktu,glebokiej czerni i duzym rozdrobnieniu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania metoda gazowa sadzy o malej zawartosci ekstraktu, glebokiej czerni i srednicy czastek pierwotnym okolo 8—25 nm.Najwazniejszymi metodami wytwarzania sadzy sa: metoda piecowa, metoda kanalowo-gazowa, metoda plomieniowa i metoda termiczna. Najwieksza czesc swiatowej produkcji sadzy wytwarzana jest dzisiaj metoda piecowa. Jednakze ta metoda nie udalo sie jeszcze wytworzyc sadzy w szczególnosci o tak duzym rozdrobnieniu a zwlaszcza o tak glebokiej czerni jak to sie wymaga dla tworzyw sztucznych i innych srodków wiazacych.Z tego wzgledu jeszcze do dzis duze znaczenie maja metody kanalowa i gazowa. W przeciwienstwie do metody piecowej, gdzie proces przebiega w zamknietym reaktorze, spala sie w metoc^e kanalowej gaz ziemny w formie malych, plaskich plomyków na otwartym powietrzu pod zelaznymi korytkami, z których zgarnia sie osadzona na nich sadze. Podobnie w metodzie gazowej spalanie zachodzi w malych plomykach, zasilanych gazem swietlnym i para oleju smolnego, pod chlodzonymi, obracajacymi sie walcami przy swobodnym dostepie pietrza.Wieksza czesc sadzy osadza sie przy tym na chlodzonych walcach, z których ja sie zgarnia, reszte zas chwyta sie na filtrach. - Metoda kanalowa od poczatku byla stosowana tylko w Stanach Zjednoczonych Ameryki. Z powodu wzrostu cen gazu ziemnego oraz zarzadzen dotyczacych ochrony czystosci powietrza metoda ta zostala praktycznie calkowicie zaniechana, wskutek czego wystapil w calym swiecie znaczny wzrost zapotrzebowania na drobnoziarniste sadze gazowe dla potrzeb przemyslu tworzyw sztucznych i lakierów. W celu lepszego okreslenia tej klasy sadzy nalezy powiedziec, ze chodzi tu o sadze o srednicach czastek pierwotnych 80-250 A, to jest 8-25 nm, które z powodu wytwarzania ich w atmosferze powietrza, wykazuja wartosc pH ponizej 7, korzystnie ponizej 5. Stosowany do tego sposób wytwarzania opisany jest w glównych zarysach w Encyklopedii Chemii Technicznej Ullmanna, tom 14, strony 798-799 oraz w opisach patentowych niemieckich 724740, 742663, 8456931841316. *2 100 466 Glebia barwy, która barwnik sadzowy* moze nadac ukladom polimerycznym, np. tworzywom sztucznym zalezy w pierwszym rzedzie, poza charakterem powierzchni, od wielkosci czastek pierwotnych sadzy. Im sadza jest drobniejsza, tym intensywniej na czarno mozna zabarwic uklady srodków wiazacych. Podczas gdy sadze gazowe pod wzgledem palety intensywnosci zabarwien latwo moga przewyzszyc i zastapic sadze kanalowe, wynika jednakze ta trudnosc, ze sadze gazowe z powodu inflego surowca wyjsciowego wykazuja wyzsza zawartosc ekstraktu niz odpowiednie sadze kanalowe. Podczas gdy sadze kanalowe zawieraja od 0,008 do 0,080% wagowych dajacych sie wyekstrahowac skladników, zawartosc ich w sadzach gazowych czesto znacznie przekracza ten zakres.Istnieje mozliwosc obnizenia zawartosci ekstraktu bezposrednio w procesie wytwarzania lub tez przez pózniejsza obróbke sadzy zawierajacej nadmierna ilosc substancji ekstrahowalnyclu Zadanie wymagajace rozwiazania polega na tym, by opracowac sposób wytwarzania drobnoziarnistych sadzy gazowych o zawartosci ekstraktu ponizej 0,100% wagowych w jednej operacji wytwórczej bez nastepnej dodatkowej obróbki.Sposobem wedlug wynalazku wytwarza sie sadze o malej zawartosci ekstraktu, glebokiej czerni i srednicy czastek pierwotnych od 8 do 25 nm metoda gazowa, przy czym jako gaz nosny dla pary oleju sadzowego stosuje sie wzbogacone w wodór mieszaniny gazów o zawartosci wodoru powyzej 50% objetosciowych i zbiera sie sadze osadzona na walcach chlodzacych.W korzystnym wariancie zastosowania wynalazku przewiduje sie uzycie gazu nosnego o zawartosci wodoru powyzej 70% objetosciowych.Sposobem wedlug wynalazku otrzymuje sie sadze gazowe o zawartosci ekstraktu ponizej 0,100% wagowo, które stosuje sie do barwienia wszelkiego rodzaju polimerów, w szczególnosci w przemysle spozywczym np. do opakowan, dostawy lub transportu srodków spozywczych.Szczególy prowadzenia procesu wytwarzania sadz sposobem wedlug wynalazku objasniaja blizej ponizsze przyklady. W tym celu opisano nizej sklad uzytych surowców i stosowane metody badania.A. Olej sadzowy. » Jak to juz wspomniano wyzej, w przeciwienstwie do metody kanalowej glównym zródlem wegla dla wytwarzanej sadzy jest tak zwany olej sadzowy. Do prób uzywano oleju ze smoly wegla kamiennego , o nastepujacych wlasnosciach: Gestosc 1,094 g/ml w temperaturze 20°C Pozostalosc po destylacji 1,9 g/100 ml oleju Analiza destylacyjna.Przedestylowuje: % % % % 40% 50% 60% 70% - 80% 90% 96% - 243°C - 249°C -261°C -274°C - 293°C - 308°C - 320°C - 336°C - 353°C - 376°C ' - 400°C Analiza metoda chromatografii gazowej na zawartosc w destylacie substancji cyklicznych: aromatycznych zwiazków 1-pierscieniowych 1,70% wagowych aromatycznych zwiazków 2-pierscieniowych 32,40% wagowych aromatycznych zwiazków 3-pierscieniowych 48;85% wagowych aromatycznych zwiazków 4-pierscienipwych 16,79% wagowych B. Gazy nosne.O waznej roli gazu nosnego w procesie wytwarzania sadzy metoda gazowa wspomniano juz wyzej.Stosowano gazy o nastepujacym skladzie (w procentach wagowych):100466 3 Nrl 48,0 ,5 — 2,2 9,4 7,1 7,3 Gaz nosny Nr 2 59,3 ,8 0,4 0,7 - 3,8 9,9 Nr 3 85,0 13,5 1,0 0,2 - 0,3 — Wodór Metan Acetylen, etan Frakcja -C* (+ substancje kwasowe) Azot Tlenek wegla Dwutlenek wegla C. Oznaczanie chlonnosci oleju 0,5 sadzy uciera sie szpachelka na paste z pokostem lnianym (RAL 848 B). Olej wkrapla sie z 2 ml biurety i uciera z sadza tak dlugo, az powstanie „sztywna" pasta, to znaczy do momentu poczatku plyniecia. Poczatek plyniecia poznaje sie po tym, ze przy odrywaniu szpachelki pasta utrzymuje sie na niej w postaci stozkowych, spiczastych, nie zlewajacych sie natychmiast sopli. Chlonnosc oleju podaje sie w procentach wagowych. ¦ D. Oznaczanie stopnia czerni 0,1 g sadzy rozciera sie z pokostem lnianym (RAL 848 B) na plytce szklanej, az powstanie „sztywna" pasta. Paste te rozmazuje sie obok past wzorcowych o znanym stopniu czerni na szkielku przedmiotowym i porównuje w zogniskowanym swietle jasnej lampy Leitza. Wyzsza wartosc stopnia czerni odpowiada sadzy bardziej czarnej.£. Oznaczanie zawartosci ekstraktu Zawartosc ekstraktu oznacza sie wedlug normy DIN 53.533 punkt 7.3. Jako osrodek ekstrahujacy sluzy toluen, nawazka 10 g czas ekstrakcji 8 godzin.F.Oznaczanie zawartosci popiolu Zawartosc popiolu oznacza sie przez wyzarzenie w temperaturze 675°C wedlug normy DIN 53.586.Przyklad I. Aparat da wytwarzania sadzy gazowej opisany w Encyklopedii Chemii Technicznej Ullmanna, tom 14, strona 799, rysunek 4, wyposazono w 40 palników szczelinowych. Aparat zasilano mieszanina skladajaca sie z 15,6 Nm3/godz gazu nosnego Nr 1 (wedlug punktu B), 8,7 kg/godz par oleju sadzowego (wedlug punktu A) i 40,0 Nm3/godz powietrza podgrzanego do okolo 300°C. Plomyki palily sie pod obracajacymi sie, chlodzonymi walcami. Czesc tworzacej sie sadzy osadzala sie na tych walcach.W podanych warunkach prowadzenia procesu powstawalo lacznie 1,65 kg/godz sadzy FW 1, odpowiadaja¬ cej klasie sadzy kanalowej o glebokiej czerni, o sredniej srednicy czastek pierwotnych 13 nm oznaczonej metoda mikroskopii elektronowej. Dla sadzy wytworzonej specjalnie w przykladzie I oznaczono nastepujace wlasciwosci: stopien czerni 185 chlonnosc oleju 1030% zawartosc popiolu 0,029% zawartosc ekstraktu toluenowego 0,290% Przyklad II. Taka sama aparature jak opisano w przykladzie I zasilano mieszanina o skladzie: ,9"Nm3/godz gazu nosnego Nr 2 (zobacz punkt B) 8,5 kg/godz par oleju sadzowego (zobacz punkt A) 40,0 Nm3 godz powietrza podgrzanego do temperatury 300°C Równiez przy tym zestawie wytworzono sadze odpowiadajaca typowi FW 1. Wytworzono lacznie 1,69 kg/godz sadzy o nastepujacych wlasciwosciach: stopien czerni 185 chlonnosc oleju 1010% zawartosc popiolu 0,023% , zawartosc ekstraktu toluenowego 0,215% Przyklad III. Takasama aparature jak podana w przykladzie I, zasilano mieszanina o skladzie: 16,2 Nm 16,2 Nm3/godz gazu nosnego nr 3 (zobacz punkt B) 8,5 kg/godz par oleju sadzowego (zobacz punkt A) 42,0 Nm3/godz powietrza podgrzanego do temperatury 300°C.Stosujac te mieszanine mozna bylo równiez wytworzyc barwnik sadzowy FW 1, jak zdefiniowany wyzej.W podanych warunkach prowadzenia procesu otrzymywano 1,87 kg/godz barwnika sadzowego FW 1 o nastepuja¬ cych wlasciwosciach:4 100466 Stopien czerni Chlonnosc oleju Zawartosc popiolu Zawartosc ekstraktu 18S 900% 0,023% 0,102% Przyklad IV. W przykladzie tym zachowano ten sam sposób prowadzenia procesu i te same warunki, jak to opisano juz w przykladzie III. Jednakze oddzielnie zbierano sadze osadzona na walcach i badano oddzielnie od sadzy wydzielonej na filtrach. Uzyskano godzinowa wydajnosc sadzy z walców 1,29 kg/godz. Sadza ta wykazala nastepujace wlasciwosci: Stopien czerni 185 . Chlonnosc oleju 950% Zawartosc popiolu 0,026% Zawartosc ekstraktu toluenowego 0,031% Z przykladów I—IV widac, ze zawartosc ekstraktu toluenowego takiej samej sadzy mozna zmniejszyc przez przejscie na gaz bogatszy w wodór i przez oddzielne zbieranie sadzy osadzonej na walcach.Zawartosc ekstraktu w polaczonych sadzach z walców i filtrc y wynosila: 0,290% dla gazu nosnego nr 1 o zawartosci 48,0% H2 0,215% dla gazu nosnego nr 2 o zawartosci 59,3% H2 0,102% dla gazu nosnego nr 3 o zawartosci 85% H2 zas dla oddzielnie zebranej sadzy z walców 0,031% dla gazu nosnego nr 3 o zawartosci 85% H2 Przyklad V. Wszystkie dotad podane przyklady dotycza sadzy odpowiadajacych jakoscia kanalowym sadzom gazowym typu FW 1 o wysokim stopniu czerni. Ponizszy przyklad ma wykazac, ze sposób prowadzenia procesu z przykladu III da sie równiez zastosowac do wytwarzania sadzy gazowych typu MCC (medium-color- -channel). Tego rodzaju sadza jest barwnik sadzowy S 160.Wyzej opisany aparat zasilano mieszanina 14,6Nm3/godz gazu nosnego nr 3 (zobacz punkt B), ,6 kg/godz par oleju sadzowego (zobacz punkt A) i 32,1 Nm3/godz powietrza podgrzanego do temperatury 300°C. Osadzalo sie przy tym na walcach i filtrach lacznie 4,42 kg/godz barwnika sadzowego S 160. S 160 jest barwnikiem sadzowym o sredniej srednicy czastek pierwotnych 20 nm. Otrzymano produkt o nastepujacych wlasciwosciach: Stopien czerni 160 Chlonnosc oleju 610% Zawartosc popiolu 0,043% Zawartosc ekstraktu toluenowego 0,185% Gdy natomiast zbierano oddzielnie sadze z walców uzyskiwano 2,60 kg/godz barwnika sadzowego S 160 o nastepujacych wlasciwosciach: Stopien czerni 160 Chlonnosc oleju 630 Zawartosc popiolu 0,035% Zawartosc ekstraktu toluenowego 0,057% Wyzej podane przyklady maja za zadanie wyjasnienie a nie ograniczenie idei wynalazku.Sposób prowadzenia procesu wedlug wynalazku jest prosty, skuteczny i nie wymagajacy dodatkowych nakladów technicznych. Jest on zaskakujacy i byl nie do przewidzenia równiez przez specjalistów z przemyslu sadzowego. Ze wzgledu na czystosc produktu stanowi on wyrazny postep. Postepu tego nie pomniejsza fakt, ze —40% wytworzonej sadzy, to jest czesc sadzy osadzajacej sie na filtrach, nie wykazuje wymaganego stopnia czystosci. Te czesc sadzy stosuje sie przewaznie do dalszej obróbki przez dotlenienie. W procesie dotleniania równiez czesc ekstraktu ulega usunieciu. Sadze dotlenione nadaja sie jednak bardziej do lakierów i farb drukarskich, podczas gdy sadze wytworzone sposobem wedlug wynalazku znajduja glównie zastosowanie w przemysle tworzyw sztucznych.Przyklad V wykazuje, ze sposób wedlug wynalazku nadaje sie równiez do wytwarzania barwników sadzowych o srednim stopniu czerni, pod warunkiem, ze sadze te beda wytwarzane metoda gazowa. «100466 5 PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania sadzy o malej zawartosci ekstraktu, glebokiej czerni i srednicy czastek pierwotnych od 8 do 25 nm metoda gazowa, znamienny tym, ze jako gaz nosny dla par oleju sadzowego stosuje sie mieszanine gazów zawierajacych powyzej 50% objetosciowych wodoru i zbiera sadze osadzajaca sie na walcu chlodzonym. ¦
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze stosuje sie gaz nosny zawierajacy powyzej 70% objetosciowych wodoru. PL