專利名稱：炭黑、炭黑或其它火焰氣溶膠的生產(chǎn)方法及實(shí)施所述方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及炭黑、炭黑或其它火焰氣溶膠的生產(chǎn)方法及實(shí)施所述方法的裝置。
通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法，打算生產(chǎn)具有可再生和可調(diào)節(jié)性質(zhì)的氣溶膠形式的炭黑。所述性質(zhì)包括炭黑濃度、粒度分布、聚結(jié)狀態(tài)和化學(xué)成分。舉例來(lái)說(shuō)，為了在炭黑分離方面測(cè)試過(guò)濾器、靜電分離器或催化劑，這種氣溶膠是必需的。此外，例如為了生產(chǎn)顏料或填料，可以分離如此獲得的氣溶膠。
本發(fā)明的方法還適用于生產(chǎn)其它在火焰中可以生產(chǎn)的氣溶膠，舉例來(lái)說(shuō)如具有特殊性質(zhì)的SiO2和TiO2。
迄今文獻(xiàn)已經(jīng)公開(kāi)了兩種從炭黑生產(chǎn)試驗(yàn)氣溶膠的方法。
在電弧法(C.Helsper，W.Mlter，G.WenningerInvestigation of aNew Aerosol Generator for the Production of Carbon Aggregate Particles.Atmospheric Environment，第27A卷(1993年)中，第1271-1275頁(yè))中，在處于氬氣中的兩根碳電極之間以短的時(shí)間間隔點(diǎn)燃電弧。少量的電極材料蒸發(fā)并且在氬氣流中凝結(jié)，形成由氬氣流排出的細(xì)的炭黑顆粒。該方法具有兩個(gè)缺點(diǎn)第一，所生產(chǎn)的炭黑只包括碳，而實(shí)際的炭黑總是包含部分在非常大程度上影響性質(zhì)的烴和氧。第二，通過(guò)該方法只能生產(chǎn)通常對(duì)于上述應(yīng)用不足的非常少量的氣溶膠。
在驟冷氣體方法(L.JingNeuer Russgenerator fürVerbrennungsruβteilchen zur Kalibrierung von Partikelmessgerten[Newcarbon black generator for combustion carbon black particles for thecalibration of particle measurement devices].OFMETInfo第7卷，(2000年)，第2期，第8-12頁(yè))中，通過(guò)供應(yīng)大量的驟冷氣體(例如氮?dú)?來(lái)冷卻擴(kuò)散火焰并且使之熄滅。在該方法中，確實(shí)可以生產(chǎn)具有實(shí)際化學(xué)組成的炭黑。由于消耗非常大量的驟冷氣體，所以導(dǎo)致成本居高不下，這是有問(wèn)題的。因此，迄今為止這種炭黑氣溶膠生產(chǎn)器還只用于非常小的流速。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種方法，通過(guò)該方法可以經(jīng)濟(jì)地且毫不費(fèi)力地提供大量的炭黑氣溶膠。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供可以形成穩(wěn)定的分散體并且同時(shí)具有高純度的炭黑。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)具有權(quán)利要求1特征的方法可以實(shí)現(xiàn)所述目的。該方法包括下列步驟的組合a)通過(guò)熱傳導(dǎo)和/或輻射從火焰中除去熱量，在固體冷表面或者液體表面上釋放該熱量；b)為了防止氣溶膠顆粒在所述表面上的聚集，在火焰和所述冷卻表面之間形成薄的氣體(例如空氣)界面層(boundary layer)；c)為了保持層流(flow laminar)并且盡可能地實(shí)現(xiàn)薄的界面層，加速或膨脹由火焰和界面層形成的氣流；d)移出在所述冷表面附近形成的氣溶膠；以及e)清洗所述冷卻表面。
該方法基于在工業(yè)炭黑生產(chǎn)中公知的氣黑或氣槽方法(channelverfahren)，并且經(jīng)過(guò)修改以便主要獲得氣溶膠炭黑。在氣黑或氣槽方法中，擴(kuò)散火焰直接面向冷的金屬表面，炭黑直接從火焰中沉積到冷表面上并且隨后從表面上刮去。
在本發(fā)明中，為了從火焰中盡可能多地排出熱量，也使用冷表面。但是，同時(shí)阻止炭黑沉積到冷表面上。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在火焰和冷表面之間插入無(wú)顆粒氣體的薄的界面層，可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。由于通過(guò)表面除去非常高的熱量，可以使用含氧氣體，舉例來(lái)說(shuō)如空氣來(lái)生產(chǎn)界面層。但是，也可以供應(yīng)無(wú)氧氣體(例如N2、CO2)，或者直接借助火焰的熱量在冷卻表面上蒸發(fā)薄的水膜來(lái)產(chǎn)生低含氧量的界面層。
可以有利地使用足夠厚壁的金屬體或者其它導(dǎo)熱性高的材料作為冷表面。另外，可以借助水或空氣從背面冷卻所述表面。但是，也可以使用通過(guò)對(duì)流和蒸發(fā)可以從火焰中除去要除去的熱量的流動(dòng)液膜作為冷表面。從權(quán)利要求1的從屬權(quán)利要求2至12中明顯可見(jiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選實(shí)施方式。
通過(guò)實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的上述方法的裝置，也可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)初設(shè)定的目的，其中，除了火焰產(chǎn)生裝置之外和所產(chǎn)生的火焰對(duì)準(zhǔn)的冷卻表面外，還具有在所述表面和火焰之間產(chǎn)生氣態(tài)界面層的裝置。從權(quán)利要求13的從屬權(quán)利要求14至20中明顯可見(jiàn)根據(jù)本發(fā)明的裝置優(yōu)選實(shí)施方案。
參照附圖中所示的從屬權(quán)利要求的技術(shù)方案，更詳細(xì)地解釋本發(fā)明的進(jìn)一步細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)。


圖1示意性地表示了多個(gè)根據(jù)本發(fā)明裝置的工作實(shí)施例；圖2-8表示了根據(jù)本發(fā)明裝置的示意實(shí)施方案。
參考不同的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，使火焰10對(duì)準(zhǔn)冷卻表面1，在火焰10和冷卻表面之間產(chǎn)生界面層5。根據(jù)圖1a，通過(guò)沿箭頭方向垂直于火焰10的軸移動(dòng)冷卻表面而產(chǎn)生界面層。在圖1b中，斜對(duì)著火焰10的軸移動(dòng)冷卻表面1。
如圖1c所示，另外可以提供允許調(diào)節(jié)界面層厚度并阻止火焰被紊流干擾的可調(diào)節(jié)的導(dǎo)流板(deflector plate)15。與圖1d相應(yīng)的另一個(gè)變體是為了使界面層富含所需的特殊氣體(例如N2)，在導(dǎo)流板15上提供氣體進(jìn)料16。
可選地或者附加地，為了提高冷卻效果向冷卻表面上施用水或者另一種容易揮發(fā)的不可燃的液體膜，并且當(dāng)熱的火焰氣體與所述表面接觸時(shí)，同時(shí)產(chǎn)生具有冷卻火焰作用的蒸氣界面層。所述液膜可以按照公知的方式，例如通過(guò)噴霧液體、將表面浸入浴中、借助施料輥等方法來(lái)產(chǎn)生。有利地使表面變得粗糙并且涂覆一層吸收材料薄層。
在生產(chǎn)適當(dāng)界面層的其它方法中，通過(guò)流動(dòng)的、可蒸發(fā)的液體形成冷卻表面，或者由從中可以釋放氣體或可蒸發(fā)的液體的多孔材料(例如燒結(jié)材料)組成。
如果在加速流中生產(chǎn)氣溶膠，可以特別有效地避免紊流對(duì)界面層的干擾。如圖2所示，為此可以在兩個(gè)冷卻表面1之間形成流道，從而即便在高的流速下，仍可以保持待冷卻火焰10和周圍的界面層5處于層流狀態(tài)，直至最窄點(diǎn)的流道會(huì)聚部分(convergent part)12。也可以在具有冷卻表面的會(huì)聚噴嘴中實(shí)現(xiàn)這種效應(yīng)。在圖2所示的本發(fā)明的實(shí)施方案中，以水膜2的形式提供冷卻表面。作為火焰10和燃燒氣體向下流動(dòng)并加速的氣流的結(jié)果，基本上避免了紊流的產(chǎn)生，因此避免了所得炭黑氣溶膠11與界面層中氣體或蒸氣的混合。
盡管有界面層，但是在冷卻表面上仍可能會(huì)沉積少量生產(chǎn)的炭黑。因此，可以確保移動(dòng)冷卻表面通過(guò)刮刀、刷子、壓縮空氣噴嘴、液體浴或者保持表面清潔的其它合適裝置。
在炭黑的生產(chǎn)中存在一個(gè)特別的困難，那就是在冷卻表面的附近區(qū)域存在大量的氣溶膠。由于冷卻表面的移動(dòng)或者流動(dòng)紊流的作用，這部分氣溶膠可能以不受控制的方式分布或者沉積到所述表面上。但是，為了盡可能直接除去炭黑氣溶膠并盡量減少損失，在根據(jù)圖3的實(shí)施方案中打算直接在生產(chǎn)后借助導(dǎo)流板20從冷卻表面上刮去表面附近的氣溶膠并且收集所述氣溶膠。可選或者附加地，通過(guò)此處未顯示的噴嘴供應(yīng)氣流，以將氣溶膠從冷卻表面上分離下來(lái)。
圖4表示通過(guò)金屬板4繞著水平軸3旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)冷卻表面的布局。為了冷卻或者用液膜涂覆，可以將金屬板4浸入水浴6中。在上面部分中，從一側(cè)或者從兩側(cè)將一個(gè)或多個(gè)火焰10導(dǎo)向金屬板4。另外，提供用來(lái)調(diào)節(jié)界面層的導(dǎo)流板15和用來(lái)收集氣溶膠的導(dǎo)流板20?？梢酝ㄟ^(guò)刮刀或刷子(此處未顯示)、通過(guò)噴氣或者通過(guò)在通過(guò)水浴期間接受超聲來(lái)清洗金屬板。
圖4所示的裝置尤其適于通過(guò)氣體燃燒或者蒸發(fā)的液體來(lái)生產(chǎn)炭黑。如果基于可燃液體生產(chǎn)炭黑，因?yàn)榛鹧?0是垂直的并且通過(guò)燈芯燃燒器30產(chǎn)生，所以圖5所示的布局是特別有利的。進(jìn)一步的特殊性是通過(guò)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)輥31提供兩個(gè)冷卻表面。根據(jù)本發(fā)明，為了將火焰牽引到薄層上并且特別快速地冷卻，優(yōu)選輥間距、輥的轉(zhuǎn)速和輥間隙處存在的壓力差是可調(diào)的。此外，提供用來(lái)調(diào)節(jié)界面層的導(dǎo)流板15和用來(lái)收集氣溶膠的導(dǎo)流板20。如果需要，還可以用可蒸發(fā)的液體，例如通過(guò)浸入相應(yīng)液體浴34中的施料輥33來(lái)涂覆輥31。最后，例如可以通過(guò)用冷卻液體洗滌(此處未顯示)而從內(nèi)部冷卻輥。
圖6表示其中通過(guò)例如金屬或吸收性織物的循環(huán)帶(revolvingbelt)35形成冷卻表面的另一個(gè)變體。如果冷卻表面被弄濕或者在液體浴40中被清洗，該變體是特別合適的。
根據(jù)圖6的實(shí)施方案中的其它組件與根據(jù)圖5的組件相應(yīng)，從而此處不需要進(jìn)一步解釋。
最后，圖7表示在沒(méi)有移動(dòng)部件的情況下產(chǎn)生無(wú)氣溶膠的界面層5的變體。在此情況下，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)使氣體滲過(guò)多孔表面50來(lái)生產(chǎn)界面層。通過(guò)施加壓力差來(lái)加速間隙中的氣流，火焰10集中在間隙中間并且阻止了紊流的形成。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，使用根據(jù)圖8的裝置。除了以通過(guò)水從背面冷卻的金屬表面形式提供冷卻表面外，該裝置相應(yīng)于圖2中所示的實(shí)施方案。另一個(gè)區(qū)別特征在于流動(dòng)方向。在圖8所示的實(shí)施方案中，優(yōu)選用火焰和燃燒氣體向上流動(dòng)來(lái)代替向下流動(dòng)。
為了實(shí)現(xiàn)相應(yīng)結(jié)構(gòu)的縮減，根據(jù)本發(fā)明的方法還可以組合DE103 51 737.5中描述的氣溶膠方法。其中，借助氣體將鹽溶液(例如鉀鹽溶液)轉(zhuǎn)入氣溶膠中，然后引入炭黑形成區(qū)。舉例來(lái)說(shuō)，在根據(jù)圖8的優(yōu)選實(shí)施方案中，可以在燃燒器前將氣溶膠混合入炭黑原材料中或者與炭黑原材料一起噴霧。
本發(fā)明還涉及未分級(jí)且未處理的炭黑，其特征在于pH低于或等于6.0，優(yōu)選低于或等于5.0，特別優(yōu)選低于或等于4.0；燒余殘?jiān)陀诨虻扔?.1％，優(yōu)選低于或等于0.05％，特別優(yōu)選低于或等于0.02％；并且5微米篩余物低于或等于200ppm，優(yōu)選低于或等于150ppm，特別優(yōu)選低于或等于100ppm。
未處理的炭黑理解為意指未經(jīng)過(guò)后處理(例如沒(méi)有經(jīng)過(guò)氧化或者化學(xué)表面改性)的炭黑。未分級(jí)的炭黑理解為意指沒(méi)有在氣流輔助下分級(jí)的炭黑。
未分級(jí)且未處理的炭黑可以是DE 195 21 565中公開(kāi)的氣黑、爐黑、槽黑、焰黑、反性(inversion)炭黑；摻雜的炭黑、熱炭黑、乙炔黑、電弧黑(arc black)或者等離子體炭黑。
根據(jù)本發(fā)明的炭黑的透光度(transmittance)大于或等于95％，優(yōu)選大于或等于97％，特別優(yōu)選大于或等于98％。
根據(jù)本發(fā)明的炭黑在950℃下的含濕量大于或等于1.0％，優(yōu)選大于或等于1.5％，特別優(yōu)選大于或等于2.0％。
根據(jù)本發(fā)明的炭黑的油需要量(oil requirement)大于或等于250ml/100g，優(yōu)選大于或等于300ml/100g，特別優(yōu)選大于或等于350ml/100g。
根據(jù)本發(fā)明的炭黑可以用作填料、增強(qiáng)填料、UV穩(wěn)定劑、導(dǎo)電炭黑或顏料。
根據(jù)本發(fā)明的炭黑可以在橡膠、塑料、印刷油墨、油墨、噴墨油墨、調(diào)色劑、修飾劑、油漆、紙、瀝青、混凝土和其它建筑材料中使用。根據(jù)本發(fā)明的炭黑可以在冶金中用作還原劑。
根據(jù)本發(fā)明的炭黑具有能形成穩(wěn)定的分散體(低pH)并且同時(shí)具有高的純度(低的灰分和低的5微米篩余物)的優(yōu)點(diǎn)。高純度在使用時(shí)具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。低的可溶性物質(zhì)含量(低的灰分)允許生產(chǎn)非常穩(wěn)定的分散體，例如用于涂料應(yīng)用或油墨等的含水或含溶劑分散體。這種分散體高的穩(wěn)定性允許增加固體含量，因此具有許多優(yōu)點(diǎn)，舉例來(lái)說(shuō)如生產(chǎn)和運(yùn)輸成本降低。此外，這種分散體以保存期限更長(zhǎng)而著稱。
低的不溶性顆粒物質(zhì)含量允許生產(chǎn)具有很少斑點(diǎn)的膜和表面光度。此外，例如在報(bào)紙印刷中降低了印刷板的磨損，結(jié)果印刷圖像的鮮明感(crispness)可以維持更長(zhǎng)時(shí)間。另外，例如在油墨制劑和塑料母料的生產(chǎn)中，可以延長(zhǎng)過(guò)濾器和過(guò)濾篩的使用期限。
實(shí)施例測(cè)定方法pH根據(jù)DIN EN ISO 787-9進(jìn)行pH的測(cè)定。
燒余殘?jiān)鶕?jù)DIN 53586(或ISO 1125)進(jìn)行燒余殘?jiān)臏y(cè)定。
5微米篩余物5微米篩余物的測(cè)定用來(lái)確定在45微米以下尺寸范圍內(nèi)的“粗顆?！?、水不溶性雜質(zhì)(舉例來(lái)說(shuō)如焦炭、陶瓷組分、金屬或金屬氧化物)的含量。根據(jù)下面的方法，通過(guò)可商購(gòu)的篩網(wǎng)設(shè)備，使用網(wǎng)目尺寸為0.005毫米的篩網(wǎng)進(jìn)行測(cè)定。
裝置篩網(wǎng)設(shè)備(購(gòu)自Topas GmbH，Dresden)，包括電磁篩振動(dòng)裝置(EMS 755)超聲粉碎機(jī)(UDS 751)極細(xì)顆粒試驗(yàn)篩(5微米，任選10微米、15微米、20微米、25微米、30微米)
專用支架，包含防滑支架盤(pán)分析天平(精確度0.1毫克)刮刀螺旋槳式攪拌器超聲浴1升燒杯，用來(lái)制備潤(rùn)濕劑溶液250毫升燒杯，用來(lái)制備分散液1升燒杯，用來(lái)收集濾液干燥箱，設(shè)置在80℃潤(rùn)濕劑Hydropalat 3065，物品號(hào)582930 888(購(gòu)自Henkel KGaA)篩網(wǎng)試驗(yàn)每次使用前，在光學(xué)顯微鏡下檢查待使用的極細(xì)顆粒試驗(yàn)篩是否有損壞。
樣品制備樣品在干燥箱中干燥1小時(shí)，然后在干燥器中冷卻30分鐘。在新制樣品的情況中，無(wú)需干燥并且可以直接測(cè)試樣品。
進(jìn)行分析潤(rùn)濕劑溶液的制備為了制備10％強(qiáng)度的潤(rùn)濕劑溶液，在1升燒杯中稱重100克Hydropalat(w＝65％)，并且用蒸餾水補(bǔ)加至650毫升。在適當(dāng)?shù)乃俣认聰嚢柙撊芤?在空氣中不攪拌)5分鐘。然后，過(guò)濾該溶液。
分散液的制備將100-150毫升10％強(qiáng)度的潤(rùn)濕劑溶液轉(zhuǎn)移至250毫升的燒杯中。在適當(dāng)?shù)臄嚢柘?，向該溶液中稱取約15克的炭黑。在分析天平上精確確定稱取的炭黑重量并且記錄。
現(xiàn)在，再攪拌溶液5分鐘。攪拌后，用蒸餾水將粘附到攪拌器上的殘?jiān)吹饺芤褐?。然后，將燒杯放入超聲浴?分鐘。最后，通過(guò)UDS 751進(jìn)一步處理該溶液2分鐘。
進(jìn)行過(guò)篩將稱重的極細(xì)顆粒篩(精度0.1毫克)夾在EMS 755中，保證篩子的牢固安裝。將UDS 751放在篩子的中央并且固定。在每次測(cè)量期間，通過(guò)隔離物保持與篩子底面的距離恒定。設(shè)置EMS為4.5級(jí)并且打開(kāi)。
UDS設(shè)置在中等水平并且也打開(kāi)。
現(xiàn)在將炭黑分散液緩慢引入篩中。距離篩子上邊緣的距離不應(yīng)小于3毫米。在分析期間盡可能保持填充水平不變。
一旦炭黑分散液轉(zhuǎn)移完畢，用少量蒸餾水漂洗燒杯，并將其倒到篩上。重復(fù)所述步驟，直到燒杯干凈。
從現(xiàn)在開(kāi)始，用少量蒸餾水漂洗篩子，直到流出的濾液清澈。
現(xiàn)在，將篩子放入600毫升燒杯中。用蒸餾水填充燒杯至約1厘米并且放入超聲浴中超聲20分鐘。
然后，再次簡(jiǎn)單地將篩子夾到EMS中并且最后一次漂洗干凈。
現(xiàn)在在80℃的干燥箱中干燥篩子半個(gè)小時(shí)，然后在干燥器中冷卻并且在分析天平上稱重。
評(píng)價(jià)如下計(jì)算篩余物 mR-帶殘?jiān)暮Y子的質(zhì)量[克]mE-空篩質(zhì)量[克]W-稱取的重量[克]
透光度根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ASTM D 1618(甲苯脫色的測(cè)定)進(jìn)行透光度的測(cè)定。
原生粒徑在透射電子顯微照片(隨后在透明膜上增大尺寸)的輔助下，通過(guò)測(cè)量并且計(jì)數(shù)至少2000個(gè)原生炭黑顆粒并且計(jì)算算術(shù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，確定原生粒徑分布并且確定原生粒徑分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差。此處，根據(jù)Endter and Gebauer[F.Endter and H.Gebauer，Optik，13，97(1956)]購(gòu)自Carl Zeiss的半自動(dòng)粒徑分析儀TGZ 3可用于促進(jìn)計(jì)數(shù)工作。
揮發(fā)分?jǐn)?shù)根據(jù)DIN 53552在950℃下測(cè)定揮發(fā)分?jǐn)?shù)。
油需要量根據(jù)DIN EN ISO 787-5，測(cè)定油需要量(流動(dòng)點(diǎn)方法)。
BET表面積根據(jù)DIN 66131-2(或ISO 4652)，測(cè)定BET表面積。
黑度值My根據(jù)DIN 55979，測(cè)定粉末顏料炭黑的黑度值My。
STSA表面積根據(jù)ASTM方法D-5816-99，測(cè)定STSA表面積。
聚集體(aggregate)粒徑分布為了測(cè)量聚集體粒徑分布曲線，使用具有購(gòu)自Brookhaven的紅光二極管的盤(pán)式離心機(jī)BI-DCP。專門(mén)開(kāi)發(fā)該裝置用來(lái)通過(guò)消光測(cè)量測(cè)定細(xì)分散固體的聚集體粒徑分布曲線，該裝置裝備有測(cè)定聚集體粒徑分布的自動(dòng)測(cè)量和評(píng)價(jià)程序。
為了進(jìn)行測(cè)量，首先用200毫升乙醇、5滴氨水溶液和0.5克TritonX-100制備分散溶液，并且用去離子水補(bǔ)加至1000毫升。此外，用0.5克Triton X-100和5滴氨水溶液制備旋涂液體并且用去離子水補(bǔ)加至1000毫升。
然后，向20毫克炭黑中添加20毫升分散溶液并且使用100瓦超聲功率(80％脈沖)，在冷卻浴的溶液中懸浮4.5分鐘。
在開(kāi)始實(shí)際測(cè)量之前，在每分鐘11000轉(zhuǎn)的速度下操作離心機(jī)30分鐘。向旋轉(zhuǎn)盤(pán)上噴上1毫升乙醇，然后在下方小心引入15毫升旋轉(zhuǎn)液體層。在約1分鐘后，噴霧250微升炭黑懸浮液并且啟動(dòng)裝置的測(cè)量程序，并且離心機(jī)中的旋轉(zhuǎn)液體上覆蓋50微升的十二烷層。對(duì)每個(gè)待測(cè)量的樣品進(jìn)行兩次測(cè)定。
然后，考慮散射光校正和自動(dòng)基線調(diào)節(jié)，使用裝置的計(jì)算程序進(jìn)行原始數(shù)據(jù)曲線的評(píng)價(jià)。
ΔD50值是聚集體粒徑分布曲線的半峰寬。Dw值是聚集體粒徑分布的體積加權(quán)平均值。Dmode值(出現(xiàn)頻率最高的值)是頻率最高的聚集體尺寸(聚集體粒徑分布曲線的最大峰)。
實(shí)施例1-4在根據(jù)圖8的裝置中，使用表1中所述的設(shè)置制備根據(jù)本發(fā)明的炭黑。所用的燃料是乙炔?？梢匀芜x地通過(guò)空氣或純氧氣來(lái)生產(chǎn)炭黑。靜態(tài)混合物保證在進(jìn)入燃燒器噴嘴前充分混合兩種氣體。所用的燃燒器噴嘴包括三個(gè)間距10毫米排列的矩形狹縫。狹縫寬度為0.1毫米并且狹縫長(zhǎng)度為10毫米，以至于噴嘴總的橫截面積為3平方毫米。圖9中以平面圖表示了燃燒器的噴嘴。通過(guò)施加減壓，所產(chǎn)生的火焰最終被吸入實(shí)際冷卻的間隙中，并且熄滅。然后，從廢氣中分離出炭黑并且分析。
表1
表2表示根據(jù)本發(fā)明的炭黑的分析值。另外，給出了比較炭黑的分析值。通過(guò)DE-A 2404536中公開(kāi)的Degussa氣黑方法制備比較炭黑，但是不同于商業(yè)產(chǎn)品，沒(méi)有分級(jí)。
表2
與比較炭黑相比，根據(jù)本發(fā)明的炭黑具有小得多的5微米篩余物。這種低含量的不溶性顆粒物質(zhì)允許生產(chǎn)具有很少斑點(diǎn)的膜和表面光度。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)炭黑或其它火焰氣溶膠的方法，其特征在于包括下列步驟a)通過(guò)熱傳導(dǎo)和/或輻射從火焰中除去熱量，在固體冷表面或者液體表面上釋放該熱量；f)為了防止氣溶膠顆粒在所述表面上的聚集，在火焰和所述冷卻表面之間形成薄的氣體(例如空氣)界面層；g)為了保持層流并且盡可能地實(shí)現(xiàn)薄的界面層，加速或膨脹由火焰和界面層形成的氣流；h)移出在所述冷表面附近形成的氣溶膠；以及i)清洗所述冷卻表面。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于通過(guò)在火焰和冷卻表面之間進(jìn)給氣流來(lái)產(chǎn)生所述界面層。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于通過(guò)冷卻表面的移動(dòng)將所述界面層導(dǎo)入火焰區(qū)域。
4.權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于借助導(dǎo)流板在火焰和冷卻表面之間引入界面層。
5.權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于通過(guò)使氣體流或蒸氣流通過(guò)具有開(kāi)口或孔的冷卻表面來(lái)產(chǎn)生所述界面層。
6.權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于通過(guò)蒸發(fā)所述冷卻表面上的液體來(lái)產(chǎn)生所述界面層。
7.權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于使所述火焰被導(dǎo)至具有具有兩個(gè)界面層的兩個(gè)冷卻表面之間。
8.權(quán)利要求1至7中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在具有冷卻表面并具有界面層的會(huì)聚間隙或會(huì)聚溝道中冷卻所述火焰。
9.權(quán)利要求1至8中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在具有冷卻表面并具有界面層的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)輥之間的會(huì)聚間隙中冷卻所述火焰。
10.權(quán)利要求1至9中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于通過(guò)氣流流過(guò)的噴嘴從所述冷卻表面上除去包含氣溶膠的流動(dòng)層。
11.權(quán)利要求7至10中任何一項(xiàng)所述的方法或裝置，其特征在于選擇所述會(huì)聚間隙的最窄點(diǎn)處的流速，使其基本上高于火焰從燃燒器的流出速度。
12.權(quán)利要求7至11中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于借助所述間隙中存在的壓力差測(cè)量并且調(diào)節(jié)所述會(huì)聚間隙的最窄點(diǎn)處的流速。
13.權(quán)利要求7至12中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述冷卻表面是由水從背面冷卻的金屬表面。
14.用于實(shí)施權(quán)利要求1至13中任何一項(xiàng)所述方法的裝置，其特征在于火焰產(chǎn)生裝置和產(chǎn)生的火焰所對(duì)準(zhǔn)的冷卻表面，以及在表面和火焰之間產(chǎn)生氣態(tài)界面層的裝置。
15.權(quán)利要求14的裝置，其特征在于在所述火焰和所述冷卻表面之間布置有導(dǎo)流板。
16.權(quán)利要求14或15的裝置，其特征在于所述冷卻表面具有可以通過(guò)冷卻氣體的開(kāi)口或孔道。
17.前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于通過(guò)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)輥形成冷卻表面。
18.前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于在每種情況中會(huì)聚氣體的冷卻表面由循環(huán)帶組成，該循環(huán)帶被導(dǎo)至間隙區(qū)域中的輥上，并通過(guò)用于清洗和冷卻的液體浴。
19.權(quán)利要求18的裝置，其特征在于所述帶是多孔的，例如由織物組成并且用液體浸漬。
20.前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于在所述會(huì)聚間隙的最窄點(diǎn)處的間隙寬度可以在從0.5至10毫米的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
21.前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述火焰的基部和所述冷卻表面之間的距離是可調(diào)節(jié)的。
22.前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述火焰的基部和所述會(huì)聚間隙的最窄點(diǎn)處之間的距離是可調(diào)節(jié)的。
23.一種未分級(jí)且未處理的炭黑，其特征在于其pH低于或等于6.0；燒余殘?jiān)陀诨虻扔?.1％；并且5微米篩余物低于或等于200ppm。
24.權(quán)利要求23的炭黑用于橡膠、塑料、印刷油墨、油墨、噴墨油墨、調(diào)色劑、修飾劑、油漆、紙、瀝青、混凝土和其它建筑材料中的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)炭黑或其它火焰氣溶膠的方法，其包括下列步驟通過(guò)熱傳導(dǎo)和/或輻射從火焰中除去熱量；形成薄的氣體界面層；加速或膨脹由所述火焰和界面層形成的氣流；移出所形成的氣溶膠；以及清洗所述冷卻表面。本發(fā)明還涉及用于實(shí)施所述方法的裝置和一種炭黑，所述炭黑的pH最高為6.0，其燒余殘?jiān)疃酁?.1％，并且其5微米篩余物最多為200ppm。本發(fā)明的炭黑可用于橡膠、塑料、印刷油墨、油墨、噴墨油墨、調(diào)色劑、修飾劑、油漆、紙、瀝青、混凝土和其它建筑材料中。
文檔編號(hào)C09C1/50GK1845972SQ200480025273
公開(kāi)日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2004年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月4日
發(fā)明者烏爾里?！だ镓悹? 馬蒂亞斯·卡策爾, 凱·克勞斯, 阿爾方斯·卡爾, 于爾根·貝尼施 申請(qǐng)人:德古薩股份公司, 烏爾里希·里貝爾