[发明专利]可分散的碳黑颗粒和其制备方法

说明书

本发明涉及具有熔化有机化合物或有机化合物的混合物的炭黑颗粒的形成。该产物可用于许多方面，特别是用于生产载有炭黑的母炼胶，或者直接将炭黑掺入到聚合的或弹性的介质中。

作为产品，炭黑是粉末状物料，其体积密度为0.02-0.1 g/cm³，被叫做松散炭黑。因为它们的密度低，表面积大，松散产物是有粘聚性的，具有难于运输的性质，而且是多尘的。然而，它们是可分散的。由于它们不良的操作性质，所以其优越分散性不能在许多应用中得以发挥。例如，不能以控制方式将松散的炭黑送入到标准的分散装置中，像密闭式混炼器、双螺旋挤压机，或类似设备。

为了改进它们的操作特性，将松散产物密实化。对于给定级别的炭黑，操作特性要用增加密实度加以改进，而另一方面，由于密实程度增加，其分散性逐渐降低。因此在改进体积操作和分散性降低之间要进行协调。由于这个原因，所用密实松散产品的程度和方式，取决于它们的预期应用。

一般讲，工业上使用三种基本方法以获得密实。为了提供高水平的密度，这些方法是松散产物的搅拌或真空处理，干法造粒或湿法造粒。由于炭黑在许多应用方面的性能取决于所达到的分散程度，所以获得的可接受的密实程度取决于使用者的分散设备，特别是取决于产生的剪应力。搅拌或真空处理方法产生一种不能散装输送，而只能以袋装形式供应。尽管如此，因为这种形式的产物比其更密集对应物更加分散，所以在使用中，必须强制性地用于易于分散的地方。

干法造粒可在滚筒内进行，工业滚筒，直径为6-10英尺(1.8-3m)，长为20-40英尺(6-12m)，以5-20rpm旋转。分散产物连续地从滚筒一端供入。干炭黑的翻滚导致小圆颗粒的形成。利用种子颗粒更利于颗粒形成过程，它基本上要保持部分产品颗粒再循环返回滚筒的供料端。一般讲，在干式滚筒内形成的产物，其密度相当低，因此，相当脆弱，而且抗磨耗性很低。因而，输送会引起颗粒破碎，这导致它们的散装输送性能降低。许多方法都可以用于提高颗粒强度。这些方法包括添加少量的油和粘合剂。

湿法造粒可在销钉式造粒机内进行。这种装置包括一个圆筒，直径为0.4-1.5m，长3-4m。沿着装置的轴向是一个旋转轴，安装有许多销钉，以螺旋形排列，销钉的伸展几乎触及筒壁。轴的旋转速度取决于装置的直径和所要求的造粒强度。转速可为300-1500rpm。将松散的炭黑和水连续地送入装置内。炭黑-水混合物中由水产生的毛细管力和销钉的机械作用相结合引起球状物的形成，这种湿式颗粒的直径，绝大部分为0.25-3mm。造粒时，所要求的水/炭黑的比率取决于炭黑的结构，大多数情况下，为1∶1。造粒机排出的湿颗粒在旋转干燥器内干燥。由于颗粒的湿度含量很高，所以干燥是一种昂贵的设备运行。

尽管减小了颗粒的分散性和干燥伴随的高费用，销钉式造粒却得到广泛普及，因为它可生产出比干法更密实，更抗磨耗性的颗粒。进而，粘合剂、像木质磺酸盐、糖类或糖浆，以及添加剂，像聚氧乙烯、非离子型表面活性剂，取代的聚乙二醇等，都可以很容易地添加到造粒水中。这些物质都起到增强作用，或者，当使用表面活性剂时，可增强和改进被干燥颗粒的分散性。

工业上试图通过提供无湿度、含油颗粒，来改进在提高颗粒强度和降低分散性之间的一种协调。炭黑中允许最大含油量为8(重量)％，而不改变它的危害性分粒。油可以借助干式造粒法很容易拌合在炭黑中，在油量超过15(重量)％时，颗粒的特性是“太软，呈糊状，难以以大量形式操作”。

在各种混合装置中可以使用油的水性乳液，以形成含油颗粒。大多数情况，通过利用蒸汽蒸馏而干燥将引起油损，并需要其它的处理步骤。

销钉式造粒也可以用纯油代替水/油乳液来完成。在这种实例中，不需要通过干燥来去除水，以致于不再引起油损。然而，对于颗粒形成，颗粒的油含量基本上大于8(重量)％，要求改变它们的危害性分粒。