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上海矽諾國(guó)際貿(mào)易有限公司 2020-10-15 點(diǎn)擊2785次
炭黑表面的官能團(tuán)是影響炭黑活性的關(guān)鍵因素，它對(duì)炭黑的理化性質(zhì)有著決定的作用。在這些官能團(tuán)中，含氧官能團(tuán)是表面改性的關(guān)鍵。氧化法改性是在適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)條件下，炭黑在氧化劑中氧化處理，從而提高其表面含氧官能團(tuán)如－ＣＯＯＨ、－ＯＨ、Ｃ＝０、內(nèi)酷基、齡和礎(chǔ)等的含量，從而増強(qiáng)其表面極性和親水性。氧化劑的品種、氧化反應(yīng)時(shí)間和濕度Ｗ及炭黑的本身的性質(zhì)如：比表面積和粒徑等因素影響了炭黑能氧化到何種程度，Ｗ及表面能產(chǎn)生哪些官能團(tuán)。按氧化程度可分為輕度氧化和重度氧化。輕度氧化一般發(fā)生在常溫狀態(tài)下的液相氧化劑或氣相氧化劑中，通常只有炭黑的表面發(fā)生了氧化反應(yīng)；當(dāng)氧化反應(yīng)的溫度提高，或者改用氧化性較強(qiáng)的氧化劑后，炭黑可Ｗ發(fā)生重度氧化反應(yīng)。重度氧化時(shí)氧化劑滲透到炭黑內(nèi)部與之反應(yīng)，炭黑的孔體積會(huì)變大，比表面積增加。炭黑的氧化方法可Ｗ分為液相氧化、氣相氧化、物理氧化法和催化氧化四種。
１氣相巧化法
氣相氧化法是目前最常見的方法，主要是空氣、氧氣、二氧化碳、臭氧、氮氧化物等為氧化劑，在一定的溫度下與炭黑進(jìn)行接觸反應(yīng)。隨著氧化時(shí)間的越來越長(zhǎng)，炭黑表面會(huì)生成越來越多的含氧官能團(tuán)，炭黑由非極性變成極性，在極性基質(zhì)中的分散
性變好。在氣相氧化劑中，臭氧有來源方便，污染小等優(yōu)點(diǎn)，因此在目前的工業(yè)化制備色素炭黑中廣泛使用。按照工藝條件的不同，臭氧氧化法可分間歇式海合器氧化和連續(xù)式流化床氧化兩種。
１）漏合器氧化
混合器氧化是Ｗ間歇式的海合器作為反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)通入臭氧，對(duì)炭黑進(jìn)行氧化。工藝流程如下：粉狀炭黑經(jīng)微米粉碎機(jī)之后，由供料冢定量送至混合器中，在混合器中進(jìn)行攬拌混合，同時(shí)將臭氧從上中下各部位通入混合器中，與炭黑進(jìn)行充分的反應(yīng)。
反應(yīng)結(jié)束后切斷臭氧，將炭黑從混合器的底部放出。臭氧尾氣經(jīng)脈沖袋濾器過濾炭黑粉塵后，進(jìn)入臭氧破壞器分解成氧氣，最后排放至大氣中。
２）流化床氧化
流化床是炭黑氧化工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)使用最廣泛的設(shè)備。該法的特點(diǎn)是炭黑的進(jìn)料、氧化、出料是一個(gè)連續(xù)的過程，可Ｗ實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，節(jié)省了人力。工藝流程如下：由反應(yīng)爐生成的粉狀炭黑經(jīng)過干燥、篩選后，通過絞龍輸送至流化床內(nèi)。由臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧從流化床的底部通入，將流化床內(nèi)炭黑流態(tài)化的同時(shí)進(jìn)行氧化反應(yīng)。經(jīng)過氧化的炭黑從流化床頂部排出，進(jìn)到成品罐進(jìn)行收集。臭氧尾氣經(jīng)脈沖袋濾器過濾炭黑粉塵后，進(jìn)入臭氧破壞器高溫分解成氧氣，最后排放至大氣中。
臭氧氧化的關(guān)鍵技術(shù)是流化床反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，因?yàn)樘亢诘囊恍┆?dú)有的性質(zhì)，使得流化反應(yīng)的進(jìn)出料比較困難。如何能使流化床反應(yīng)器更加的高效、可靠，一直是阻礙氧化炭黑生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題。臭氧制備過程要消耗大量電能是臭氧氧化法的缺點(diǎn)，致使過程經(jīng)濟(jì)效益受到影響
液相氧化法
液相氧化法也稱為化學(xué)氧化法，此法是在上世紀(jì)開始廣泛使用，目前也是生產(chǎn)高端后處理氧化炭黑的用的最多的方法液相氧化法使用的氧化劑主要是硝酸、過氧化氨、過硫酸錠、高猛酸鐘等氧化性比較強(qiáng)的液體。液相氧化的氧化程度比較高，炭黑的表面含氧官能團(tuán)會(huì)有大幅的增加。當(dāng)然，使用不同的液相氧化劑及氧化工藝，炭黑的氧化效果也會(huì)有很大的差異。從環(huán)保和經(jīng)濟(jì)性考慮，工業(yè)上用的最多的液相氧化劑有硝酸、漠水、過氧化氨等。
１）硝酸氧化
硝酸氧化在氧化炭黑工業(yè)發(fā)展之初是用的最多的方法，因?yàn)樗谒械难趸椒ㄖ惺茄趸首罡叩?。按照硝酸的濃度的不同，硝酸氧化可Ｗ分為輕度和重度氧化兩種。硝酸輕度氧化：最佳工藝條件：將需要氧化的炭黑用０．５％？５％硝酸水溶液造粒，溫度控制在９０°Ｃ。送種方法對(duì)環(huán)境的污染很嚴(yán)重，因?yàn)樵诟稍锬切窳Ｗ訒r(shí)，會(huì)揮散出大量的氮氧化合物。工業(yè)上為了降低污染，把干燥機(jī)內(nèi)揮發(fā)出來的含有氮氧化合物的氣體吹入粉炭罐內(nèi)，使炭黑在造粒之前預(yù)先氧化，既節(jié)約了硝酸的用量，又減少了環(huán)境污染。
硝酸重度氧化：一般是用濃度為１０％－６０％的硝酸，在６０－１００°Ｃ下氧化１？４小時(shí)。經(jīng)過氧化的炭黑要用水反復(fù)漂洗，直至沒有硝酸根為止。然后，再在６０°Ｃ真空下干燥。為了能氧化的更完全，炭黑要被硝酸全部浸潤(rùn)。通常情況下，炭黑與硝酸溶液的重量比例在１；３至１；７之間。
２）商水氧化
面水氧化一般是將炭黑加入到面水（Ｃｌ２、Ｂｒ２）溶液中，磁拌２４－４８小時(shí)，然后過濾，清洗殘留面水溶液后烘干。過氧化氨氧化法、因水氧化法與其他液相氧化劑氧化炭黑的工藝是相似的，區(qū)別只在于氧化劑的不同。
上述所有液相氧化法雖然氧化效果很好，炭黑的表面含氧基團(tuán)大量增加，炭黑在極性溶液中的分散性也大大地提高，但是在工業(yè)化生產(chǎn)中的缺點(diǎn)也非常明顯，比如成本偏高、效率低下、工藝過程又相對(duì)復(fù)雜。特別是氧化后的炭黑需要用大量的水來洗凍，環(huán)境污染嚴(yán)重，因而這些方法基本上己被淘汰。
１．３．３氣相傕化氧化法
氣相催化氧化法是指在催化劑的作用下，炭黑在氣相中氧化的方法。據(jù)文獻(xiàn)ｔｉｇｉ報(bào)道，在２５０°Ｃ下，炭黑能被四氯化欽、蘭氯氧饑等金屬催化劑氧化，表面含氧官能團(tuán)增加?？墒钱?dāng)溫度高于２５０攝氏度時(shí)，炭黑的氧化效果反而會(huì)降低。這是由于在高溫作用下，炭黑表面本來己生成的含氧基團(tuán)會(huì)分解成一氧化碳和二氧化碳。催化氧化法的研究還只能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，找到高效低耗的催化劑是關(guān)鍵。
１．３．４等離子體法
等離子體法Ｐｓ－ｗｉ是最近幾年興起的一種方法，經(jīng)過逐步的優(yōu)化和發(fā)展，目前己成為固體表面改性的有效方法。等離子體是不同于氣、固、液的第四種形態(tài)，由離子、電子從及未電離的中性粒子的集合組成，整體呈中性的物質(zhì)狀態(tài)。巧等離子法改性炭黑主要有不影響炭黑內(nèi)部結(jié)構(gòu)、不受熱力學(xué)平衡控制、形成的含氧官能團(tuán)不易分解、對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)