[发明专利]炭黑颗粒、制备炭黑颗粒的方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及颗粒化炭黑、制备颗粒化炭黑的方法及其用途。

背景技术

已知在制备中以精细分割的粉末的形式得到炭黑。为了改善产品的加工性质，将炭黑粉末转化为颗粒化形式通常不仅是有用的而且非常希望的(Donnet，J.-B.等人，Carbon Black Science and Technology，第二版，Marcel Dekker，Inc.New York 1993，pp.27-31)。这些加工性质包括，例如：

●如在给料斗中的储存性质：下落强度、耐磨性、流动性、桥联性(bridging)、经时固结性等，

●如在货运交通工具或在气动运输过程中的输送性质：卸载时间、粉尘污染、耐磨性、流动性、桥联性等，

●如在量入或分散过程中的可加工性，：粉尘污染、流动性、分散次数、所需分散能量、分散质量等，

●如在用于油漆和表面涂料的颜料黑的情况中的物理性质和使用性质：色强度、色深度、斑点等。

已知有一些在干燥或湿性条件下炭黑粉末可转化为颗粒化形式的方法(Pietsch，W.，Agglomeration Processes，Wiley-VCH Verlag GmbH，Weinheim，2002，pp.133-227)。已知两种不同的方法被工业化地用于炭黑的颗粒化。这些方法是在转鼓中的干式颗粒化(DE 1262238、US 2,422,989、EP 0360236、EP 0814133)和在快速旋转混合造粒机中的湿式颗粒化。在湿式颗粒化方法中，在混合造粒机中，粉状炭黑与水强烈地混合，如果合适，加入粘结剂。随后在进一步的方法步骤中干燥湿颗粒。通常，使用具有钉轴(spiked shaft)的混合造粒机。它们包括水平固定管(定子)，其具有在其中旋转的钉轴。在钉轴的轴和管壁之间是可用于造粒的造粒空间。在造粒空间中，通过旋转钉轴将炭黑输从管一端的进口送至管另一端的出口。通过炭黑沿着固定的管壁滚下而进行造粒(DE 1264412、US 3,607,086、US 3,787,161、US 4,222,727、EP 1464681)。

干式造粒的应用有限。通常，它得到具有相对较差的输送性质的、易于分散的产物。高度结构化的炉黑特别需要湿法造粒以得到具有足够强度和稳定性的颗粒化炭黑。

虽然目前仅通过在造粒过程中加入粘结剂已能够达到输送性质上的显著改进，但是这导致分散性的显著下降。此外，通常不能加入粘结剂，这是因为它是产物中的杂质，并且在众多应用不允许。

尽管一些湿式造粒方法是可得的，但制备具有极佳加工性质的颗粒化炭黑仍不令人满意。

例如，US 2,828,191公开了制备颗粒化炭黑的方法，其中将炭黑粉末与水以35-45质量％水的比例在具有多个销混合器轴(pin mixer shaft)的装置中进行造粒，所述多个销混合器轴相互上下排列，并以300-400rpm旋转。但是，在大于400rpm的转速下得到不易于分散并且在橡胶混合物中以不充分分散的形式存在的炭黑。

US 2,872,336公开了制备输送稳定的颗粒化炭黑的方法，其中在颗粒形成过程中，基于干燥的最终产物，以0.1-0.7质量％的比例将四硼酸钠加入炭黑。所得颗粒化炭黑表现出增加的整体和单个颗粒硬度。

此外，DE 2255637公开了制备颗粒化炭黑的湿法造粒方法，其中在两步骤中加入水。在第一步骤中，例如在垂磨机或微粉化设备中，在非常高的剪切速率下将炭黑与3-75％的所需造粒水混合。在此，选择3500-6500rpm的装置转速。在第二步骤中，最后将剩余的水混入。所得颗粒化炭黑的缺点在于它具有显著增加的强度。

已知的方法使得制备具有差的输送性质、相对易于分散的产物或制备具有中等至差的分散性、输送稳定的产物。

本发明的目的是提供同时具有极佳的输送性质和极佳的分散性的颗粒化炭黑。

发明内容

本发明提供的颗粒化炭黑的特征是：在输送速度为8m/s和固体负载为27g/kg测得的APC值小于或等于20重量％，优选地小于或等于15重量％，特别优选地小于或等于12重量％，非常特别优选地小于或等于8重量％，并且25μm的压滤值(pressure filter value)小于或等于5.0bar·cm²/g，优选小于或等于2.0bar·cm²/g，特别优选地小于或等于0.7bar·cm²/g，非常优选地小于或等于0.3bar·cm²/g。