[实用新型]一种高色素炭黑的制备装置

说明书

本发明公开了一种高色素炭黑的制备装置，包括臭氧发生设备、物料混合设备、气固分离设备和尾气分解设备，其特征在于，所述物料混合设备包含筒体、物料进口、物料出口、气体进口和尾气出口；所述的物料出口经阀体与物料罐连接；所述的气体进口与所述的臭氧发生设备连接；所述的尾气出口与所述的气固分离设备相连；所述的气固分离设备可与所述的尾气分解设备相连；所述的筒体可以转动。

技术领域

本实用新型涉及一种高色素炭黑的制备装置，特别地，涉及一种通过包含臭氧和其他气体的混合气体对炭黑进行氧化的制备装置。

背景技术

在古代，人们通过焚烧动植物油、松树枝，收集形成黑灰(最早的炭黑)，用于墨和黑色颜料的配制。1872年，世界上首次出现了炭黑的规模工业生产，同时形成了“CarbonBlack(炭黑)这个术语。

色素炭黑是指用于印刷油墨、涂料、塑料等产品生产的炭黑，占非橡胶用炭黑的90％左右。对于色素炭黑的分类，国际上通常根据炭黑的着色能力，分为三类，即高色素炭黑、中色素炭黑和低色素炭黑。

涂料、油漆和印刷油墨的基料通常有极性，而普通炭黑表面官能团很少，本身没有极性，所以很难在溶剂中均匀分散。因此，需要对炭黑进行氧化处理，增加炭黑表面含氧官能团，从而增加炭黑表面极性，使其易于在溶剂中分散。

目前国内外使用的氧化改性技术分为液相氧化、气相氧化及等离子体氧化等。液相氧化使用硝酸、高锰酸钾、次氯酸钠等作为氧化剂，技术较为成熟，一般要经过氧化、水洗、干燥等过程，产生较多的废酸及废水，污染严重。等离子体氧化和催化剂氧化对实验条件要求高，所需成本也高。气相氧化使用的氧化剂主要有臭氧、氧气、空气和二氧化碳等，其中臭氧氧化炭黑技术具有氧化效率高、反应条件温和、绿色环保、成本低等优点。

Xu Chen等利用空气和臭氧氧化炭黑，XPS结果显示空气氧化使其表面的含氧量变为原来的7.3倍，臭氧处理后的表面含氧量是以前的10倍(Xu Chen,Mark Farber,etal.Mechanisms of surfactant adsorption on non-polar,air-oxidized and ozone-treated carbon surfaces[J]Carbon 2003，41(8)：1489-1500)。普通炭黑经过臭氧氧化处理后其挥发分提高，pH值由8.25变为3-4(尹献林，王海英，臭氧氧化炭黑表面改性的研究[J]，河北化工，2006，29(7)：17-19)。通过实验发现随着臭氧氧化时间的增加，炭黑的pH值下降、挥发份增加、流动度增加(吴海华,炭黑的氧化工艺以及氧化炭黑制备水性色浆研究[D].华东理工大学.2017:31-45)。

US2682448中的臭氧氧化装置采用滚筒装置以及废气再利用装置对炭黑进行氧化，使得氧化后炭黑pH值从9-10降低至2.9-7。US3353980和CN202509026中的臭氧氧化装置采用流化床装置对炭黑进行氧化。US3245820采用搅拌床将低结构炉黑(E.M.表面积在120-150m²/g之间，BET比表面积在100-170m²/g，吸油值在7-14gal/100lbs之间)与含有臭氧的气流接触，得到高流动高色素油墨。US3333979通过设备研磨炭黑，破坏炭黑的团聚结构，同时通入气体(空气、氧气、臭氧等)，增加炭黑化学活性，将制备的炭黑应用于丁基橡胶，可提高拉伸强度、延伸率、模量和耐磨性。CN201842796和CN1958145均是单独的物料混合氧化设备。US9388300为液相氧化装置，需要后续对炭黑进行干燥处理。

为便于实现工业化，本实用新型设计了一套反应高效、节能的气相氧化炭黑的方法和设备，设备包含内置抄板的臭氧氧化炭黑装置，可以加快物料混合，降低反应时间；包含尾气再利用装置，不仅能重复利用未反应的臭氧，还能够分离物料和尾气，不损害设备。

实用新型内容