炭黑、其制备方法及其用途技术

本发明专利技术涉及炭黑、其制备方法及其用途。所述炭黑具有通过２２ＰＡＨ法测定的小于５ｐｐｍ的多环芳烃含量，并具有＜９０ｍ２／ｇ的ＳＴＳＡ表面积。所述炭黑通过用电磁辐射处理原料炭黑而制备。所述炭黑可用于橡胶、塑料、印刷油墨、液体油墨、喷墨油墨、调色剂、涂料、油漆、粘合剂、电池、浆料、纸张、燃料电池、沥青、混凝土及其它建筑材料中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及炭黑、其制备方法及其用途。
技术介绍
炭黑被广泛地用作黑色颜料以及用作补强剂和填料。通过不同的方法制备出具有 不同性质的炭黑。最常见的方法是通过氧化热解含碳的炭黑原料进行制备。在该情况中， 炭黑原料在高温下在氧气存在下进行不完全地燃烧。炭黑的该类制备方法包括如炉黑法、 气黑法和灯黑法。其它的方法例如是乙炔法、热解炭黑法和等离子体法。含碳炭黑原料主要是芳族炭黑油。氧化热解的产物流由包含氢气和一氧化碳的废 气、以及悬浮于所述废气中的炭黑细粒组成，在过滤系统中将所述的炭黑细粒从废气中去 除(Ullmanns Enzyklopadie der technischenChemie第四版，第 14卷，第633-649页)。根据制备方法和方法条件，炭黑可能被少量的有机化合物污染。这些有机化合物 可由相应地形成自多环芳族体系的碳骨架构成。根据特定的化合物，其骨架还可进一步地 枝化或取代。碳骨架基本由多环芳族体系构成的化合物通常被称为“多环芳烃”(PAHs)。 PAHs被认为是对健康有害的化合物(Sudip K. Samanta, Om V. Singh和Rakesh K.Jain: Polycyclic aromatic hydrocarbons environmental pollutionand bioremediation, TRENDS in Biotechnology Vol. 20No. 6，2002 年 6 月，第 243-248 页)。尽管在炭黑以固定的方式与基体结合的系统，或不与人类接触的系统中PAHs不 会构成问题，但是归因于PAHs对健康的危害，只有具有非常低含量的多环芳烃(PAHs)的 炭黑可用于一些应用领域中。例如，这涉及炭黑在与食品接触的应用中的用途。例如， the American Food and DrugAdministration已将与食品接触的炭黑的PAH含量限制为 0. 5ppm(Code of Federal Regulations,Title 21,Volume 3,Part 170-199, § Colorants for Polymers, High Purity Furnace Blacks，第 372-376 页，CITE 21CFR178. 3297)。在一定程度上，例如在反应器中制备炉黑的情况中，在制备过程中可实际影响 PAH的含量。高温和/或后续淬火可将PAH含量从如100-150ppm降低至25-40ppm(US 4138471)。但是，如果不能通过反应器的工作模式达到特别低的PAH含量，通过对炭黑进行 后处理可除去存有的PAH。已知通过在至少10%氧气存在的流化床中热处理经造粒的炉黑可降低炭黑中的 多环芳烃含量(US 4，138，471)。所述的处理可达到各自化合物，如苯并(a)芘、二苯并(a， h)蒽或7，12-二甲基苯并(a)蒽小于2ppb的含量。此外已知通过溶剂萃取可降低碳纳米材料中多环芳烃的含量(W003/021017)。此外已知一种调色剂(US 6，440，628)，除其它组分外，所述调色剂还包含基于萘、 苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并(a)蒽、蒽、苯并(b)荧蒽、苯并(a)芘、苯并(k，j)荧蒽、 二苯并(a,h)蒽、茚并[1,2,3-cd]芘和苯并(g，h，1)茈的小于IOppm PAH含量的炭黑。此外已知包含炭黑的橡胶混合物，所述炭黑具有13-19m2/g的比表面积和 0. 25-0. 28重量％的多环芳烃(SU 899589)，或者所述炭黑具有50-57m2/g的比表面积和 0. 21-0. 23重量％的多环芳烃(SU 899589)。此外，从EP 1102127已知包含具有小于15ppm PAH含量的炭黑的调色剂，所述的 PAH例如是苯并芘、蒽-苯并芘、菲、芘等的化合物。从US 6，087，4；34还已知包含具有小于IOppm PAH含量的炭黑的颜料配制物，所述 的PAH是如萘、荧蒽、f Iuoranthine、芘、窟、苯并芘等，所述炭黑具有0. 2_0. %ig/m2的比氧 含量(specific oxygen content)。此外，从US 6, 599, 496已知包含炭黑颜料的医用造影剂，所述的炭黑据报道具有 小于0. 5ppm的PAH含量。WO 2008/058114描述了通过热处理或萃取将PAH含量值降低至l-20ppm或 (IOppm的炭黑。所述已知炭黑的缺点是有害健康的多环芳烃的高比例。在炭黑热处理的情况中特别存在的另一缺点是相对明显地降低了 950°C下的挥 发性组分的氧化程度，以及在所述炭黑的表面上官能团含量的相应地降低，这使得特别是 在经氧化的炭黑原料的情况中，所期待的表面基团部分或完全地被除去。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供低表面积的炭黑，其具有低PAH值，并且在一些情况中， 所述的炭黑在950°C下具有高含量的挥发性组分。本专利技术提供一种炭黑，其特征是通过22PAH法所测得的多环芳烃的含量小于 5ppm,优选小于0. 5ppm,更优选小于0. 4ppm,最优选小于0. 2ppm,并且根据ASTM D-6556所 测得的STSA表面积< 90m2/g，优选彡80m2/g，更优选30_80m2/g，最优选55_80m2/g。按以下化合物的总和计算出所述22PAH法中的多环芳烃含量萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并(ghi)荧蒽、环戊(cd)芘、窟、苯并(e)芘、 茈、苯并(ghi)茈、蒽嵌蒽、六苯并苯、苯并(a)蒽、苯并(k)荧蒽、二苯并(ah)蒽、苯并(a) 芘、茚并(1,2,3-cd)芘、苯并(b)荧蒽和苯并(j)荧蒽，其中苯并(b)荧蒽和苯并(j)荧蒽 记为一种化合物。所述的22PAH法包括通过索式设备(Soxhlet apparatus)萃取炭黑，通过气相色 谱法进行检测，并按照前述的22种PAH进行计算(“Determination ofPAH content of carbon black, Cabot Corporation, Docket 95F-01631,1994 ^ 7^80, American Food and Drug Administration (FDA)制订(Code ofFederal Regulations, Title 21, Volume 3, Part 170-199, § Colorants for Polymers, High purity Furnace Blacks,第 372-376 页；CITE 21CFR178. 3297)) 本专利技术的炭黑可具有通过15PAH法测得的小于5ppm，优选小于lppm，更优选小于 0. 7ppm，最优选小于0. 12ppm的多环芳烃含量。按以下化合物的总和计算出所述的15PAH法中的多环芳烃含量苯并(a)蒽、苯并(k)荧蒽、二苯并(ah)蒽、苯并(a)芘、茚并(l，2，3_Cd)芘、苯 并(b)荧蒽和苯并(j)荧蒽、二苯并(ah)吖啶、二苯并(aj)吖啶、7H-二苯并(eg)咔唑、二苯并(ae)芘、二苯并(ah)芘、二苯并(ai)芘、二苯并(al)芘和5_甲基窟，其中将苯并 (b)本文档来自技高网...

【技术保护点】
炭黑，其特征在于通过２２ＰＡＨ法测定的多环芳烃含量小于５ｐｐｍ，并且ＳＴＳＡ表面积＜９０ｍ↑［２］／ｇ。

【技术特征摘要】
DE 2009-9-28 102009045060.21.炭黑，其特征在于通过22PAH法测定的多环芳烃含量小于5ppm，并且STSA表面积 < 90m2/go2.根据权利要求1所述的炭黑，其特征在于所述多环芳烃含量小于0.5ppm。3.根据权利要求1或2所述的炭黑，其特征在于所述炭黑在950°C下的挥发性组分含量> 0. 6%。4.根据权利要求3所述的炭黑，其特征在于所述炭黑在950°C下的挥发性组分含量>2 % ο5.根据权利要求1至4任一项所述的炭黑，其特征在于所述炭黑的甲苯萃取率小于 0. 04%。6.炭黑的制备方法，所述炭黑具有通过22PAH法测定的小于5ppm的多环芳烃含量，其 特征在于用电磁辐射处理原料炭黑。7.根据权利要求6所述的炭黑的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：K贝格曼，M丹内尔，A厄尔曼，B施瓦策，C托恩特拉普，
申请(专利权)人：赢创德固赛有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]