用过氧化氢氧化碳黑制造技术

一种用过氧化氢水溶液混合物氧化碳黑的方法，其中采用标准碳黑生产装置和生产速率，并在不产生有害排放物及不需要专门处理的条件下，混合碳黑与过氧化氢水溶液，再加以干燥以有效氧化工业量的碳黑。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉参考这是申请顺序号为08/790,510、申请日为1997年1月29日的同待审批的美国专利申请的一份后续申请，在此加以引用供参考。
技术介绍
1、专利
本专利技术涉及用一种利用过氧化氢水溶液混合物对碳黑进行氧化的工艺。更具体地说，本专利技术涉及一种用过氧化氢水溶液氧化包括橡胶级碳黑在内的碳黑的改进方法，其中采用标准碳黑生产装置和生产速率，并在无有害排放物产生和不需特殊处理的条件下，使工业量的碳黑受到有效氧化。2、一般背景碳黑是通过烃类热分解在气相中生成的细颗粒碳颜料类的一种可接受的通俗名称。目前，碳黑销售的形式随其粒径、聚集结构、孔隙率及表面化学性质不同有100种以上的不同工业品级。历史上，碳黑是通过几种主要不同方法生产的，包括灯烟法、接触碳黑法、乙炔碳黑法、热分解碳黑法、气炉法及油炉法。用于生产碳黑的方法是极为重要的，的确，生产方法对产品及其最终性能的影响常常比制取它的原料的影响更大。灯烟法是所有方法中最老的方法，现在在美国和其它大多数地区，这种方法实际上已被废弃。灯烟碳黑是通过燃烧芳烃油如萘、蒽或杂酚油而制备的。一般，在浅锅中供给有限空气的条件下燃烧油，将生成的碳黑引至沉降区内，再加以定期收集。这是一种低温的操作，颗粒大小趋于较大(平均直径约70至100nm)并高度聚集，形成纤维状链结构。接触法(或称槽法)碳黑，首先于十九世纪70年代采用，在二十世纪20和30年代达到顶峰。在这种工艺中，天然气(一般用热油的蒸气增强)通过开槽拉伐尔(Laval)喷嘴喷射燃烧，形成均匀间隔成列的扇形火焰。火焰冲击槽钢，使碳黑沉积其上。在热槽钢上的碳黑暴露于空气中时，碳黑受到高度氧化(如氧含量在2.5～3.5％)。无需后处理就能得到的这样高的氧含量，这在各种不同碳黑工艺中是唯一的。使用天然气原料和不使用冷却水的冷却两者结合也使其无机物含量非常低。但不幸的是这种方法效率相当低，因为所用的天然气越来越昂贵，并会污染大气。因此，它也就很快地降为与灯烟法同类的方法，而且在美国很少应用。现在一般采用油炉产物的后化学氧化法，生产表面高氧功能的碳黑。按照乙炔碳黑法，碳黑是通过乙炔气热分解而产生的。在一个普通的实施例中，将乙炔气从几米高的筒型反应器的顶部引入。将反应器预热至约800℃，以分解乙炔。这是一个非常剧烈的放热反应，它产生的温度高达约3000℃。从乙炔气入口点，往下进入至炉子的上部的过程，温度梯度3000℃。碳黑形成最可能发生在800至2000℃区域，此后在更高的温度区域进行部分石墨化。空气进入反应器底部，起到燃烧其中所形成的氢气的作用。此外，空气流延长了乙炔碳黑在反应器灼热区内聚集停留时间，消除了任何残余的烃类，并进一步使最终产物的高度石墨微结构达到一致。乙炔碳黑的工业化生产也是利用乙炔气在水冷却的不锈钢罐中进行热分解。由于其高石墨表面，乙炔碳黑呈现低的反应活性，并含有非常少量的氧挥发物。这种类型的碳黑常常用于导电场合。热碳黑生产采用天然气或油分解的方法。该方法是在没有空气存在下，通过间歇类型的方法，以双炉(发生器)机组为基础，制备碳黑的。这种发生器内衬有一种开口方格砌砖，在向其中充入气体或油进料之前，先行预热。加热和循环通常每次只需几分钟。在循环之后，需有一分钟的时间进行蒸气清洗，脱出碳黑，然后被脱除的碳黑再用水急冷，穿过收集过滤器，并用气流输送进入造粒机、干燥器及散装储罐中。在清洗脱出碳黑之后，将空气通入系统，燃烧发生器壁残余的碳，产生另外的热量，供下次循环使用。热解碳黑，相对于所有其它类型的碳黑，是唯一尺寸大(平均粒径250至500nm)和结构弱(聚集)的碳黑。它们一般用于要求填料容积分率非常高的的交联聚乙烯和橡胶的应用场合，或用于对其它品级碳黑而产生老化敏感的昂贵专用聚合物的场合。今天，可得到的碳黑品级大多数都是由油炉法制备的，油炉法涉及高芳烃油进料在加热反应器中分解。这是一个进行非常快而连续的过程，在几微秒之内就使油转化为碳黑聚集物。将来自储油罐中的进料油注入反应器，反应器利用燃料(油或气)与空气的混合物连续进行加热。在碳黑形成后，立即用水急冷，然后使其通过一组热交换器，进一步地冷却，再穿过袋式过滤器，进入成球机(beader)、干燥器及储罐。人们早已认识到，氧化碳黑(处理碳黑使其表面有含氧的官能团)是以对特殊应用场合的重要性为特征。例如，在油漆、油墨、色料及涂层应用中，氧化碳黑使润湿性和流变性改善，并提供了这些应用中的重要特征。最近，已经证明，氧化橡胶碳黑具有增强填料-弹性体在交联聚合物中的相互作用，使填料与弹性体的相互作用增强(De Trano et al.，BridgestoneCorp.，US 5,248,722)。这种相互作用的改进导致了理想的动态特性，如高弹性模数、低介质耗损角正切增量或滞后损失。滞后损失的降低是厂家最为关注的，因为这种性质直接关系到轮胎滚动阻力。对本领域技术人员众所周知的是，滚动阻力可以由于约50℃下在约1个百分点低动态应变幅度下测定的介质耗损角正切增量加以预测。由氧化橡胶碳黑得到这种改进的填料与弹性体相互作用需要与聚合物的化学相互作用，如可以由在其中有些或全部聚合物末端含化学改性端基的官能化弹性体获得。已有的氧化碳黑的工业方法包括气相臭氧法和液相硝酸法。两种方法均已应用于氧化专用的碳黑。两种方法对氧化橡胶级的碳黑无效，因为橡胶级碳黑是以高得多的速率生产出来的。而且臭氧和硝酸这两种方法都可能产生出有害的气体，还要求昂贵的防腐设备，超出通常在生产碳黑中所使用的设备。较好的氧化橡胶级碳黑的方法应当没有有害物排放，没有大的设备资本费用，并能以橡胶级碳黑的生产速率和低成本地对碳黑进行氧化。气体过氧化氢也已用于氧化碳黑(见如US 3,279,935)。但是，并不像本专利技术那样采用液体过氧化氢溶液，而采用气体过氧化氢氧化碳黑存在严重的安全问题及经费问题，而且不太适用于橡胶级碳黑的工业氧化。例如，通过采用气相过氧化氢，美国专利3279935所述方法产生危险气体，必须利用流化床或Rotolouvre干燥器，而不像本专利技术那样采用常规的碳黑工艺设备。一篇俄罗斯文章披露了采用过氧化氢液相氧化碳黑的方法(Lezhnez，N.N.，et.al.，Proizv.Shin.Rti.Lati1974，No 11，1974，p10-13)。但是，与本专利技术不同，本专利技术中过氧化氢/碳黑混合物是经干燥的，及/或为干燥而加热的，而且干燥步骤显然是氧化碳黑必须的步骤，而且不要求预干燥/加热混合时间，这篇俄罗斯的文章说，为了氧化必须搅拌50-70分钟和在室温下冷却45分钟，而且干燥和加热混合物不是氧化过程的步骤。这篇文章指出，在预热混合及冷却过程中“过氧化氢完全分解”。因此，这篇文章说，在任何干燥步骤进行之前，不论是否进行了任何干燥步骤或者加热实行干燥的步骤，都认为在液体过氧化氢与碳黑的混合之后，完成碳黑氧化。但是，与俄罗斯参考文献报告相反，这里提供的数据表明，为了高效和有效地用液体过氧化氢氧化碳黑，过氧化氢/碳黑混合物必须是经过干燥及/或加热至温度至少105℃才能起到干燥作用。此外，这里还指出，预加热混合/冷却期可保持为一最小值，仅仅是混合试剂所必须的时间。因此，这里的数据表明首先高效且有效利用液体过氧化氢来氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化碳黑的方法，包括： 混合碳黑与过氧化氢溶液；以及 干燥此碳黑与过氧化氢的混合物，以便于用氧化氢氧化碳黑。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰C柯蒂斯，罗德尼L泰勒，乔治A乔伊斯，
申请(专利权)人：哥伦比亚化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]