由天然氣或高芳烴油料在反應爐中經(jīng)不完全燃燒或熱解生成炭黑,此種炭黑稱為爐黑,是炭黑品種中產(chǎn)量大、品種多的一類。爐黑與槽黑及熱裂黑的顯著區(qū)別是,其粒子的熔結(jié)或聚結(jié)程度可根據(jù)不同用途來調(diào)節(jié)。所以,同一粒徑范圍的爐黑,又分為若干不同結(jié)構(gòu)的衍生品種。另外,爐黑的含氧量通常比槽黑低(少于1%),表面呈中性或弱堿性。爐黑生產(chǎn)的特點是,燃料在反應爐中燃燒,提供原料裂解所需的熱量。燃燒和裂解過程同時發(fā)生。根據(jù)所用原料形態(tài)的不同,爐黑生產(chǎn)可分為氣爐法和油爐法兩種。氣爐法所用原料和燃料均是天然氣。油爐法的燃料可以是天然氣、焦爐氣,也可以是液態(tài)烴,原料則選用高芳烴油料,如乙烯焦油和蒽油等。在爐黑生產(chǎn)工藝流程中,反應爐是核心設備。生產(chǎn)不同品種的爐黑需采用不同結(jié)構(gòu)尺寸的反應爐??諝夂腿剂显诜磻獱t中燃燒,原料經(jīng)霧化后噴入燃燒的火焰中,經(jīng)高溫熱解生成炭黑。炭黑懸浮于燃余氣中形成煙氣。煙氣經(jīng)急冷后送空氣預熱器、油預熱器進一步降溫,后送入袋濾器,分離出的炭黑送到造粒機中造粒,然后在干燥機中干燥。
回收色素碳黑,以天然氣為主要原料,以槽鋼為火焰接觸面而生產(chǎn)炭黑,此種炭黑稱為槽黑。與爐黑及熱裂黑相比,其粒子較細而比表面積較大。同時,由于采用特定的生產(chǎn)方式,其表面受到氧化,含有較多的含氧官能團而呈酸性。這類炭黑粒子的聚結(jié)程度較低。因含有較多的含氧官能團,可延緩橡膠的硫化速度,提高聚烯烴的耐候性以及賦予油墨良好的流動性和印刷性能。 熱裂法熱裂法熱裂法熱裂法 以天然氣、焦爐氣或重質(zhì)液態(tài)烴為原料,在無氧、無焰的情況下,經(jīng)高溫熱解生成炭黑,稱為熱裂黑。它是炭黑品種中比表面積低的一類,基本上以單個球形粒子存在,不熔結(jié)或聚結(jié)成聚集體,其表面含氧量亦很少(0.1%~0.3%)。熱裂黑主要有三個品種:中熱裂黑、不污染的中熱裂黑和細熱裂黑。中熱裂黑的氮吸附比表面積為6~10m2/g,細熱裂黑則為10~15m2g
炭黑的分散過程主要受到三個因素的影響
a.炭黑的本質(zhì)特性:炭黑的原始粒徑、結(jié)構(gòu)和表面各種基團都會對分散產(chǎn)生很大的影響。通常情況下炭黑的原始粒徑小、結(jié)構(gòu)低、揮發(fā)份低分散困難,反之則相對容易些。
b.使用者的配方:炭黑使用者的配方,基料、溶劑和樹脂的性能都會非常顯著地影響炭黑的終分散情況,尤其是炭黑用樹脂的選擇。
c.分散設備:不同的分散設備在相同條件下的分散效果是完全不同的。正確選用分散設備是使用者重視的。
色素炭黑的幾個典型參數(shù)
黑度(反射率)——炭黑黑度通常以“反射率測定儀”測定的數(shù)據(jù)來表示,在大部分情況下也反映了該炭黑的原始粒徑,是衡量該炭黑市場價格的重要參數(shù)之一。反射率越低,炭黑黑度越高,粒徑也越小。反之亦然。
揮發(fā)份——炭黑表面攜帶含氧基團的數(shù)量,反映了炭黑的表面物理性能、電化學性能和應用性能,也是衡量該炭黑市場價格的重要參數(shù)之一。
結(jié)構(gòu)——炭黑結(jié)構(gòu)是炭黑微粒子聚集體形成的鏈枝程度的表征值,它表示了炭黑內(nèi)部的空隙程度。通常以吸油值(DBP吸收值)表示。
高、低結(jié)構(gòu)炭黑與應用性能之間地關系示意圖
外觀 黑色微細粉末
灰分 ≤0.3%
比表面積 200~600m2/g
pH值 2-8
加熱減量 ≤4%
著色力 ≥120%
回收色素碳黑,色素碳黑主要用作著色或配色。國際上,根據(jù)炭黑的著色能力,通常分為三類,即高色素炭黑、中色素炭黑和低色素炭黑。這種分類通常用三個英文字母表示,前兩個字母表示炭黑的著色能力,后一個字母表示生產(chǎn)方法。常用的劑型有粉狀和粒狀。
高色素炭黑,用于涂料及塑料,具有良好的黑度,分散性好。中色素炭黑用于涂料、塑料、蘭相、著色力好;用于油墨、涂料、具有的分散性,光澤好;用于涂料、塑料具有良好的著色力和蘭相、低吸油性。低色素炭黑、導電性好,用于塑料、電纜護套等抗靜電產(chǎn)品;具有良好的分散性,流動性好,中等黑度和著色力,廣泛用于位油墨涂料色母之中。 上述碳黑的典型特征具有良好的分散性,色相穩(wěn)定,高純度,良好的流動性和高著色力;可以被廣泛地應用于塑膠,涂料,油墨,化纖,皮革以及碳粉等行業(yè)中,油墨用碳黑還可根據(jù)用戶需求進行工藝調(diào)整。