可分散的碳黑颗粒和其制备方法技术

本发明专利技术关于碳黑颗粒，它含１０～少于５０（重量）％的有机化合物，通过将碳黑与具有特殊特性的有机化合物聚集形成，也公开了这种颗粒作母炼胶或浓缩物的应用。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术关于具有熔融有机化合物或有机化合物的混合物的碳黑颗粒的形成。该产物可用于许多方面，特别是用于生产载有碳黑的母炼胶，或者直接将碳黑掺入到聚合的或弹性的介质中。作为产品，碳黑是粉末状物料，其体积密度为0.02-0.1g/cm3，被叫做松散碳黑。因为它们的密度低，表面积大，松散产物是有粘聚性的，具有难于运输的性质，而且是多尘的。然而，它们是可分散的。由于它们不良的操作性质，所以其优越分散性不能在许多应用中得以发挥。例如，不能以控制方式将松散的碳黑送入到标准的分散装置中，像密闭式混炼器、双螺旋挤压机，或类似设备。为了改进它们的操作特性，将松散产物密实化。对于给定级别的碳黑，操作特性要用增加密实度加以改进，而另一方面，由于密实程度增加，其分散性逐渐降低。因此在改进体积操作和分散性降低之间要进行协调。由于这个原因，所用密实松散产品的程度和方式，取决于它们的预期应用。一般讲，工业上使用三种基本方法以获得密实。为了提供高水平的密度，这些方法是松散产物的搅拌或真空处理，干法造粒或湿法造粒。由于碳黑在许多应用方面的性能取决于所达到的分散程度，所以获得的可接受的密实程度取决于使用者的分散设备，特别是取决于产生的剪应力。搅拌或真空处理方法产生一种不能散装输送，而只能以袋装形式供应。尽管如此，因为这种形式的产物比其更密集对应物更加分散，所以在使用中，必须强制性地用于易于分散的地方。干法造粒可在滚筒内进行，工业滚筒，直径为6-10英尺，长为20-40英尺，以5-20rpm旋转。分散产物连续地从滚筒一端供入。干碳黑的翻滚导致小圆颗粒的形成。利用种子颗粒更利于颗粒形成过程，它基本上要保持部分产品颗粒再循环返回滚筒的供料端。一般讲，在干式滚筒内形成的产物，其密度相当低，因此，相当脆弱，而且抗磨耗性很低。因而，输送会引起颗粒破碎，这导致它们的散装输送性能降低。许多方法都可以用于提高颗粒强度。这些方法包括添加少量的油和粘合剂。湿法造粒可在顶杆式造粒机内进行。这种装置包括一个圆筒，直径为0.4-1.5m，长3-4m。沿着装置的轴向是一个旋转轴，安装有许多顶杆，以螺旋形排列，顶杆的伸展几乎触及筒壁。轴的旋转速度取决于装置的直径和所要求的造粒强度。转速可为300-1500rpm。将松散的碳黑和水连续地送入装置内。碳黑—水混合物中由水产生的毛细管力和顶杆的机械作用相结合引起球状物的形成，这种湿式颗粒的直径，绝大部分为0.25-3mm。造粒时，所要求的水/碳黑的比率取决于碳黑的结构，大多数情况下，为1∶1。造粒机排出的湿颗粒在旋转干燥器内干燥。由于颗粒的湿度含量很高，所以干燥是一种昂贵的设备运行。尽管减小了颗粒的分散性和干燥伴随的高费用，顶杆造粒却得到广泛普及，因为它可生产出比干法更密实，更抗磨耗性的颗粒。进而，粘合剂、像木质磺酸盐、糖类或糖浆，以及添加剂，像聚氧乙烯、非离子型表面活性剂，取代的聚乙二醇等，都可以很容易地添加到造粒水中。这些物质都起到增强作用，或者，当使用表面活性剂时，可增强和改进被干燥颗粒的分散性。工业上试图通过提供无湿度、含油颗粒，来改进在提高颗粒强度和降低分散性之间的一种协调。碳黑中允许最大含油量为8(重量)％，而不改变它的危害性分粒。油可以借助干式造粒法很容易拌合在碳黑中，在油量超过15(重量)％时，颗粒的特性是“太软，呈糊状，难以以大量形式操作”。在各种混合装置中可以使用油的水性乳液，以形成含油颗粒。大多数情况，通过利用蒸汽蒸馏而干燥将引起油损，并需要其它的处理步骤。顶杆造粒也可以用纯油代替水/油乳液来完成。在这种实例中，不需要通过干燥来去除水，以致于不再引起油损。然而，对于颗粒形成，颗粒的油含量基本上大于8(重量)％，要求改变它们的危害性分粒。在提高颗粒强度和降低分散性之间，改进其协调的另一种措施是用含胶乳的水介质对碳黑造粒，这种胶乳与橡胶是相容的。干燥后，发现制得的颗粒组合物，在橡胶应用中，具有非常好的操作特性和分散性能。另一些工作者，如US专利No.4,569,834中描述的，用蜡质聚烯烃如聚乙烯蜡的水分散液对碳黑造粒，也发现干燥的颗粒呈显出改进的操作和分散特性。然而，这些情况，造粒是在有水的情况下完成的，以致于必需使用昂贵的干燥设备进行。也必须使用添加剂，或者形成水乳液或分散液。进而，在工业中，必须使旋转干燥器在最大的干燥温度下是热稳定。这些因素就限定了造粒生产中所用材料的范围。再一个限定就是添加剂必须与所用介质相适宜。然而，这样的颗粒组合物，由碳黑与各种化合物的水乳液和分散体通过顶杆造粒所形成的，具有实用性。另一些生产者开发了一种改进的聚集方法，其中将碳黑水性浆料与软化温度超过100℃的油混合。Mednikov等人使用至多5(重量)％的熔融高密度聚乙烯，其熔化温度为125-135℃，以增强干法颗粒。在Mednikov，M.M.，V.M.Osipov，I.G.Zaidman，V.I.Ivanovskii，S.VOreklov和A.I.Ryabinkov“碳黑干式造粒中PE的应用”“The Use of PE in Dry Pelletization of Carbon Black”Intemational PolymerScience and Technology，Vol.9.No.1，T/37(1982)中也发现了这种公开。这种聚合物的粘度很高，在190℃，剪切速率为10s-1时，其值超过20Pa.s。这些工作者向180-210℃的有空气的松散碳黑中掺入固体聚乙烯。要求聚合物熔融然后吸附在碳黑表面。接着将这种碳黑在非特定的温度下进行干式造粒，以得到这种大多数颗粒强度高于那些没有聚乙烯的2-5kg，大约为8kg。而Mednikov等人的方法在颗粒强度方面获得某些提高，但在获得强度的增量上，却相当小，上述公开的另一实例是在东德专利No.133,442中，复盖了这一技术。应当注意到，在该专利的实例1中，讲到所用聚乙烯的分子量为2600。这与本专利技术实践中所用的分子量范围15000-150000完全不一致。而且，正如专利中所讲，熔融聚乙烯作为形成团聚的位点(将碳黑粘附在它的表面上)。这就说明了熔融聚合物是粘性的。另一方面，作为较少组分而存在的聚乙烯(小于5(重量)％)将迁移到内聚孔内。由于这种原因，很清楚所说实例1中聚乙烯的分子量不是一个准确值。这一论点得到了本申请中数据的支持，可以证实，当以东德专利133,442中所用水平使用低粘度熔融物时，不可能获得强度提高。US专利No.3429,958中Wallcott采用另一种措施以形成可分散的颗粒，并具有良好的散装输送特性。Wallcott在顶杆混合器内。用熔融石蜡造粒碳黑，得到的冷却颗粒，含有约50(重量)％的蜡，呈自由流动状态，并发现比通常的油墨介质的湿法颗粒更易于分散。在其工作中，Wallcott使用HAF(DBP＝102cc/100g)，SAF(DBP＝113cc/100g)和ISAF(DBP＝114cc/100g)碳黑作为炉法碳黑实例。对于炉法碳黑，Wallcott认为，碳黑与石蜡的重量比必须为约50∶50，并要求保护的比率必须在50∶50到30∶70之间。因此，该方法要求使用的石蜡量相当高。在技术方面，由Wallcott研制的方法表现出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有碳黑和１０－少于５０（重量）％的有机化合物或有机化合物的混合物的碳黑颗粒，所说的颗粒通过在无水条件下，高于有机化合物或有机化合物的混合物的熔点温度下，聚集而形成，其中有机化合物或有机化合物的混合物，具有如下特征：ａ）熔点至少为２ ５℃，ｂ）当熔融时，和在所用的聚集温度下，呈现出低于５％的分散或降解，ｃ）当熔融时，和在所用聚集的温度下，在１０ｓ↑［－１］剪切速率下的粘度低于２Ｐａ．ｓ，和ｄ）当熔融时，湿润碳黑。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：杰米梅纳希，罗普特C里德，
申请(专利权)人：卡伯特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]