粒化乙炔黑,其生产方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种粒化乙炔黑，其颗粒强度至少为５ｇ／粒，堆积密度至少为０．２ｇ／ｃｍ↑［３］，硬渣含量至多为１０ｐｐｍ。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及粒化乙炔黑，它能够使树脂和/或橡胶具有优良的可分散性和高电导性，而且它不易扬尘，本专利技术还涉及其生产方法及应用。乙炔黑介于石墨和无定形碳之间，它具有较大的比表面积和初级颗粒相互链接的立体结构(后文称为“结构”)。它是一种高纯度的炭黑，基本上不可能夹含杂质，被用作赋予树脂和/或橡胶导电性的试剂，或被用于电池。乙炔黑的堆积密度很低，考虑到其在捏和过程中的扬尘问题和可加工性，所以它在加入树脂和/或橡胶时，主要使用其粒化形式。为了将乙炔黑粒化，象其它炭黑一样，使用搅拌式造粒装置。在搅拌式造粒装置中，是将炭黑与某种湿润剂或有机粘合剂搅拌混合来造粒的，由此可制得颗粒大小较为均匀的粒化颗粒。例如，JP-B-1-58227(美国专利4,608,244)公开了一种装置，在其中使用去离子水为湿润剂，对碘吸附值至少有95mg/g的乙炔黑料粉进行了造粒。利用此装置获得的粒化乙炔黑，其特点之一是其颗粒强度低于5g/粒，因为重要的是将其用作树脂和/或橡胶的赋电导剂所需的可分散性，所以只用去离子水造粒而没有加入有机粘合剂，因而在基体中不会留有聚集的颗粒。但是，常规粒化乙炔黑的颗粒内部结构较为松散，所以其颗粒强度相对一般导电性炭黑较低。所以，当它被捏和在树脂和/或橡胶中时，易于扬尘而逸散在混合装置之外，因此，实际加到树脂和/或橡胶中的乙炔黑只可能低于其装入量(加入树脂和/或橡胶中的乙炔黑量与设备装入量之比在后文中称“乙炔黑得率”)，因此将难以产生设计要求的电导率。另一方面，有时利用空气输送作为运输捏和用乙炔黑的方法。这时存在一个问题，即在这种空气输送过程中，粒化的颗粒易于因撞击输送管的内壁而碎裂，由此在输送后发生扬尘现象。此外，由于捏和初期颗粒碎裂造成的扬尘，或由于堆积密度很低，乙炔黑与树脂和/或橡胶捏和就需要较长的捏和时间。如果为了缩短捏和时间而施加高剪切力，将会破坏颗粒结构，电导率和增强作用等乙炔黑被要求的性能就受到损害。所以，重要的是，树脂和/或橡胶的赋电导剂在捏和时应具有较小的散逸损失，优良的可分散性，不使用有机粘合剂以免带上这些杂质。人们一直希望开发出这样一种材料。乙炔黑具有松散结构，因而只有在水含量高于其它炭黑时才能被粒化。如果提高了水含量，要被聚集而造粒的干燥颗粒中的空隙将增加，由此降低颗粒强度和堆积密度。为了在低的水含量下进行造粒，可以考虑增加搅拌时间或造粒机(如Henshel混合机)的搅拌速度，但是，这并不能提高颗粒强度，而且会破坏乙炔黑的结构，从而不能充分改善树脂组合物和/或橡胶组合物的电导性。所以，为了提高乙炔黑的颗粒强度，加入有机粘合剂是有效的，但此时，粘合剂会残留在粒化的颗粒中，由此因杂质的增加或聚集颗粒的偏析而破坏分散程度，结果影响树脂组合物和/或橡胶组合物的性能。本专利技术即是针对上述情况产生的，所以本专利技术的目的之一，是提供一种不使用有机粘合剂的粒化乙炔黑，它具有较高的颗粒强度和优良的可分散性，由此可足量地加到树脂和/或橡胶中，从而具有较高的赋予电导性的能力。本专利技术的这一目的可通过如下生产粒化乙炔黑来完成先将过量于使粉末粒化所需的去离子水与乙炔黑料粉混合，经第一阶段造粒制得粒化产物，然后将乙炔黑料粉与此粒化产物混合，再进行第二阶段造粒。由此制得的粒化乙炔黑其特性在于，颗粒强度至少5g/粒，堆积密度至少0.2g/cm3，硬渣含量至多10ppm，而且在乙炔黑粒化颗粒表面上形成了一层乙炔黑包层，这一结构特征即是内核-壳层结构。即，本专利技术提供1.颗粒强度至少5g/粒，堆积密度至少0.2g/cm3，硬渣含量至多10ppm的粒化乙炔黑。2.以上1所述的粒化乙炔黑，其灰分含量至多100ppm。3.以上1所述的粒化乙炔黑，其颗粒强度为5至10g/粒，堆积密度为0.25至0.4g/cm3，硬渣含量至多10ppm，灰分含量至多50ppm。4.以上3所述的粒化乙炔黑，其硬渣含量至多1ppm。5.粒化乙炔黑，在其表面上形成有一层乙炔黑包层。6.以上5所述的粒化乙炔黑，其颗粒强度至少5g/粒，堆积密度至少0.2g/cm3，硬渣含量至多10ppm。7.以上6所述的粒化乙炔黑，其灰分含量至多100ppm。8.以上5所述的粒化乙炔黑，其颗粒强度为5至10g/粒，堆积密度为0.25至0.4g/cm3，硬渣含量至多10ppm，灰分含量至多50ppm。9.以上8所述的粒化乙炔黑，其硬渣含量至多1ppm。10.具有内核-壳层结构的粒化乙炔黑。11.以上10所述的粒化乙炔黑，其颗粒强度至少5g/粒，堆积密度至少0.2g/cm3，硬渣含量至多10ppm。12.以上11所述的粒化乙炔黑，其灰分含量至多100ppm。13.以上10所述的粒化乙炔黑，其颗粒强度为5至10g/粒，堆积密度为0.25至0.4g/cm3，硬渣含量至多10ppm，灰分含量至多50ppm。14.以上13所述的粒化乙炔黑，其硬渣含量至多1ppm。15.一种生产粒化乙炔黑的方法，即将200至350份(重量)去离子水与100份(重量)乙炔黑料粉混合，经第一阶段造粒制得粒化产物，然后将10至50份(重量)乙炔黑料粉与100份(重量)此粒化产物混合，然后进行第二阶段造粒。16.一种由树脂和/或橡胶与加在其中的以上1至14中任一种粒化乙炔黑组成的组合物。17.一种用于电缆半导电性屏蔽的组合物，含有总量为100份(重量)的至少一种以下树脂和/或橡胶乙烯/乙酸乙烯酯共聚物，乙烯/丙烯酸乙酯共聚物和乙烯/丙烯酸丁酯共聚物，还含有30至100份(重量)以上1至14中任一种粒化乙炔黑。在附图中附图说明图1是放大60倍的电子显微照片，显示本专利技术粒化乙炔黑的横截面结构。图2是显示对照实施例(现有技术)粒化乙炔黑横截面结构的电子显微照片。现在，将对本专利技术进行详细说明。众所周知，可通过将乙炔气裂解的温度维持在至少2000℃，(更好至少2200℃)来制备用于本专利技术的乙炔黑料粉。可以使用例如JP-A-56-90860中公开的裂解炉。此外，可以通过在乙炔气裂解过程中引入氢气、惰性气体之类来控制裂解温度，获得碘吸附值为20至110mg/g的乙炔黑(JP-B-3-49941)。如果由此制得的乙炔黑利用常规搅拌造粒装置来造粒，不可能获得本专利技术要求的粒化颗粒。此外，乙炔黑粒化颗粒的颗粒强度与堆积密度呈正变关系，因此在造粒条件相同时，乙炔黑的碘吸附值越大，则粒化颗粒的颗粒强度和堆积密度越低。所以，在造粒时即使将这些考虑在内，结果仍是相同的，难以获得具有高颗粒强度和高堆积密度的颗粒。本专利技术的粒化乙炔黑可如下制备首先，在第一阶段造粒过程中，利用常规搅拌造粒装置进行乙炔黑进料粉末的粒化，此时加入的水应过量于使乙炔黑料粉增塑即粒化所需的量，然后在第二阶段造粒过程中，再加入乙炔黑料粉以调节含水量来进行造粒。由此制得的本专利技术粒化乙炔黑，其颗粒强度至少为5g/粒，堆积密度至少为0.2g/m3，而且通过控制乙炔黑料粉中的硬渣含量和灰分含量，可以制得硬渣含量至多10ppm(至多1ppm更好)，灰分含量至多100ppm(至多50ppm更好)的产物。而且，在结构上，其特征是在粒化乙炔黑表面上形成了一层乙炔黑包层，换言之，即具有类似“熟鸡蛋”的内核-壳层结构。图1是放大60倍的扫描电子显微照片(SEM)，显示本专利技术粒化乙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粒化乙炔黑，其特征在于，其颗粒强度至少为５ｇ／粒，堆积密度至少为０．２ｇ／ｃｍ↑［３］，硬渣含量至多１０ｐｐｍ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山崎义照，鹤田和义，野口光义，
申请(专利权)人：电气化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]