經(jīng)氧化處理的高甲苯透光率色素炭黑及其生產(chǎn)工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種經(jīng)氧化處理的高甲苯透光率色素炭黑及其生產(chǎn)工藝，屬于色素 炭黑生產(chǎn)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 炭黑是由烴類物質(zhì)（固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)）經(jīng)不完全燃燒或裂解生成的。全世界生產(chǎn) 的炭黑有90%是作為補(bǔ)強(qiáng)劑使用到橡膠領(lǐng)域里，只有不到10%的炭黑作為著色顏料使用到 涂料、油墨及塑料等行業(yè)。作為黑色的顏料，炭黑具有極佳的黑度，耐高溫、耐光性好、化學(xué) 穩(wěn)定好，價(jià)格便宜，是一種應(yīng)用極廣的黑色顏料。
[0003] 色素炭黑使用過程中遇到的主要技術(shù)瓶頸有： 1.炭黑顆粒細(xì)小，普通色素炭黑的粒徑只有8~100nm，粒子表面能高，易自聚，難潤 濕，是顏料中最難分散的品種。解決色素炭黑難以分散的主要技術(shù)方案就是對其進(jìn)行氧化 處理。
[0004] 2.由于炭黑原料油質(zhì)量及生產(chǎn)工藝的控制問題，爐法炭黑生產(chǎn)線普遍存在炭黑 產(chǎn)品表面吸附有未完全裂解反應(yīng)的芳烴油類，表現(xiàn)為甲苯透光率偏低，嚴(yán)重影響了炭黑與 高分子樹脂材料的相容性，而且芳烴油類有害于人的身體健康，不符合環(huán)保要求。
[0005] 多環(huán)芳烴中有16類物質(zhì)被認(rèn)為是對健康有害的化合物，由于其具有強(qiáng)致毒性、致 突變與致癌等特性，炭黑中多環(huán)芳烴的含量已經(jīng)引起廣泛注意，另一方面低甲苯透光率的 色素炭黑由于與高分子材料的相容性不好，無法使用到高檔的涂料、油墨、塑膠產(chǎn)品中。
[0006] 3.濕法造粒的炭黑由于含有糖蜜、糊精等添加劑，炭黑的粒子堅(jiān)硬，完全不適用 于色素炭黑，好的色素炭只能是干法造粒的，為了分散的方便，色素炭黑的使用者更習(xí)慣于 使用粉狀的炭黑產(chǎn)品，而粉狀炭黑密度小、易飛揚(yáng)，又給儲運(yùn)、使用、環(huán)保帶來諸多不便。
[0007] 對炭黑進(jìn)行氧化處理，可以增加炭黑表面含氧官能團(tuán)的種類和數(shù)量，提高表面活 性和極性，從而改善炭黑在高分子材料中的分散性。一般地，炭黑液相氧化的方法有：硝酸 氧化、雙氧水氧化、高錳酸鉀氧化、次氯酸鈉氧化、溴水氧化；炭黑氣相氧化的方法有臭氧氧 化、二氧化氮氧化；另外，以伽馬射線照射炭黑或用等離子技術(shù)處理炭黑，也能增加炭黑表 面的含氧化學(xué)基團(tuán)。
[0008] 本發(fā)明的特點(diǎn)在于氧化的基礎(chǔ)方法是液相的雙氧水氧化，再以臭氧的氣相氧化彌 補(bǔ)其氧化程度的不足，炭黑氧化采用剛生產(chǎn)出的粉狀新鮮炭黑為原料，在線進(jìn)行，有效提高 了氧化效率，炭黑的氧化過程在濕法的環(huán)境中進(jìn)行，有效解決了因炭黑氧化會產(chǎn)生高溫，容 易造成火災(zāi)的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為了全面改善色素炭黑的使用性能，針對色素炭黑使用過程中遇到的主要技術(shù)瓶 頸，本發(fā)明巧妙、全面、系統(tǒng)地給出了解決辦法。
[0010] 本發(fā)明公開了一種經(jīng)氧化處理的高甲苯透光率色素炭黑及其生產(chǎn)工藝。生產(chǎn)出的 炭黑產(chǎn)品外觀亦粉亦粒，粒子直徑在0. 01~0. 5mm之間，產(chǎn)品的視密度約為0. 1~0. 5g/ml，PH值約為1. 5~5. 5,甲苯透光率大于99%。本類產(chǎn)品具有較高的流動度和較好的分散 性，特別適合于涂料、油墨、塑膠的著色。
[0011] 一種經(jīng)氧化處理的高甲苯透光率色素炭黑的生產(chǎn)工藝，其生產(chǎn)步驟如下： 步驟一：將烴類原料油預(yù)熱后從喉管段噴入爐法炭黑反應(yīng)爐中，在1800°C左右的高溫 下制得炭黑煙氣； 步驟二：再將炭黑煙氣經(jīng)袋濾器分離，經(jīng)微米粉碎機(jī)粉碎，經(jīng)風(fēng)送風(fēng)機(jī)、收集旋風(fēng)分離 器輸送，收集到粉狀炭黑儲槽中； 步驟三：粉狀炭黑儲槽里的粉狀炭黑再經(jīng)螺旋壓縮機(jī)預(yù)壓縮，送入至少一個(gè)氧化-造 粒機(jī)組中氧化、造粒；所述的氧化-造粒機(jī)組由一級氧化-造粒機(jī)和二級氧化-造粒機(jī)組 成；其中一級氧化-造粒機(jī)采用雙氧水氧化工藝，二級氧化-造粒機(jī)采用臭氧氧化工藝； 步驟四：將步驟三中制得的氧化炭黑送入滾筒回轉(zhuǎn)干燥機(jī)中進(jìn)行干燥； 步驟五：干燥后，成品包裝。
[0012] 進(jìn)一步，所述的步驟三中，一級氧化-造粒機(jī)采用雙氧水氧化工藝，是指在濕法造 粒時(shí)，雙氧水由水泵通過多個(gè)水嘴垂直噴入一級氧化-造粒機(jī)的，壓力為4~8kg/cm2,流量 由流量器控制，炭黑的加入量由氣密閥控制；視炭黑的結(jié)構(gòu)不同，雙氧水與炭黑的質(zhì)量比為 0? 8 : 1 ~3 : 1. 進(jìn)一步，所述的步驟三中，為了方便造粒，需要在一級氧化-造粒機(jī)的夾層里通入蒸 汽，蒸汽的壓力為〇. 5~0. 9MPa，使得氧化造粒機(jī)中的殼體內(nèi)溫度達(dá)到60~90°C。
[0013] 進(jìn)一步，在步驟三中，二級氧化-造粒機(jī)采用氣法的臭氧氧化工藝，是指從一級氧 化-造粒機(jī)中經(jīng)初步氧化、造粒的炭黑濕粒子進(jìn)入二級氧化-造粒機(jī)后，由臭氧發(fā)生器制得 的臭氧通過臭氧進(jìn)氣室進(jìn)入二級氧化-造粒機(jī)，在以雙螺旋線方式排列的攪齒的推動下， 濕炭黑粒子一邊向二級氧化-造粒機(jī)另一端緩慢移動，一邊被繼續(xù)造粒、氧化，最后從二級 氧化-造粒機(jī)的另一端下方的排料口排出，進(jìn)入回轉(zhuǎn)干燥機(jī)，廢氣則從對應(yīng)排料口的上方 通過廢氣排氣室排出。
[0014] 進(jìn)一步，進(jìn)入二級氧化-造粒機(jī)的臭氧是由臭氧發(fā)生器制得的，臭氧的濃度及流 速由流量器控制。
[0015] 進(jìn)一步，所述的步驟四中，在炭黑進(jìn)入時(shí)，回轉(zhuǎn)干燥機(jī)內(nèi)的筒體外溫度為850~ 950°C，筒體內(nèi)的溫度為350~400°C，送至出料口的干燥后炭黑溫度為250~300°C，滾筒 內(nèi)的工作壓力為-〇? 25~-0? 10KPa。
[0016] 進(jìn)一步，所述的步驟四中，干燥機(jī)的滾筒轉(zhuǎn)速在2~12r/min，炭黑產(chǎn)品從干燥機(jī) 進(jìn)口至出口的時(shí)間控制在45~60min。
[0017] -種經(jīng)氧化處理的高甲苯透光率色素炭黑，由上述生產(chǎn)工藝生產(chǎn)而出。生產(chǎn)出的 炭黑粒子亦粉亦粒，直徑為〇. 01~_〇. 5_，視密度為0. 1~-0. 5g/ml，PH值為1. 5~5. 5， 甲苯透光率大于99%。
[0018] 本發(fā)明色素炭黑產(chǎn)品可在爐法炭黑生產(chǎn)線上直接制得，方法是將收集到粉狀炭黑 儲槽里的炭黑經(jīng)螺旋壓縮機(jī)進(jìn)行預(yù)壓縮，送進(jìn)氧化-造粒機(jī)組中，在一級氧化-造粒機(jī)中。 雙氧水由水泵通過一組水嘴噴入氧化-造粒機(jī)，攪齒將炭黑與雙氧水均勻混合并使之粒 化，在此過程中炭黑與雙氧水發(fā)生氧化反應(yīng)，在炭黑表面生成含氧的化學(xué)基團(tuán)，PH值降低， 同時(shí)氧氣與吸附在炭黑表面的芳烴油類物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，使甲苯透光率提高；在二級氧 化-造粒機(jī)里通入的臭氧繼續(xù)與炭黑發(fā)生氧化反應(yīng)，進(jìn)一步氧化分解吸附在炭黑表面的芳 烴油類物質(zhì)，使甲苯透光率進(jìn)一步提高。對于已經(jīng)完成氧化、造粒的炭黑濕粒子，再輸送到 回轉(zhuǎn)造粒機(jī)中，經(jīng)過嚴(yán)格的干燥時(shí)間控制，吸附在炭黑聚集體表面的剩余油狀芳烴物質(zhì)再 次被氧化，或隨著高溫水蒸汽排出，最后得到亦粉亦粒的色素炭黑產(chǎn)品。
[0019]本發(fā)明的技術(shù)基礎(chǔ)是： 高溫下，炭黑中的油狀烴類物質(zhì)與氧氣反應(yīng)，生成二氧化碳和水蒸汽。
[0020] 本發(fā)明采用雙氧水及臭氧的雙重氧化，隨后，又在高溫下長時(shí)間的通入熱空氣烘 干炭黑濕粒，使得炭黑進(jìn)一步氧化，吸附在炭黑表面的多環(huán)芳烴與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳 和化合水，芳烴油類或者被氧化生成無害的物質(zhì)，或者充分氣化后隨廢氣排放。
[0021] 又由于本發(fā)明的色素炭黑產(chǎn)品采用了不含糖蜜、糊精等添加劑的濕法造粒工藝， 在干燥的過程中又通過控制回轉(zhuǎn)干燥機(jī)不同位置的溫差，使得炭黑的粒子亦粉亦粒，更加 松軟，即有利于分散使用，又有利于儲存、運(yùn)輸。
[0022] 本發(fā)明還具有以下的優(yōu)點(diǎn)： 1、 產(chǎn)品的PH值為1. 5~5. 5,流動性好，分散性好，能夠滿足高檔涂料、