[发明专利]控制炭黑孔隙率的方法

说明书

本发明涉及一种具有130m²/g至350m²/g的STSA表面积的炉法炭黑，其中‑如果STSA表面积在130m²/g至150m²/g的范围内，则BET表面积与STSA表面积的比例小于1.1，‑如果STSA表面积大于150m²/g至180m²/g，则BET表面积与STSA表面积的比例小于1.2，‑如果STSA表面积大于180m²/g，则BET表面积与STSA表面积的比例小于1.3；所述STSA表面积和所述BET表面积根据ASTM D 6556测得，并且对于炉法，其中当形成燃烧气体流时，调节可燃材料与O₂的化学计量比以获得小于1.2的k因子，并且当限制进料至反应器的CO₂量时，反应器中惰性气体的浓度增加。本发明还提供了用于实施本发明方法的设备。

技术领域

本发明涉及控制炭黑的孔隙率的方法、由其制备的炭黑以及用于实施本发明方法的设备。

背景技术

根据炭黑领域技术人员的一般知识，如在Jean-Baptiste Donnet等人编辑的“Carbon Black(炭黑)”(第二版，Marcel Dekker,Inc.,New York(1993))的第35-39页所举例说明的，在用于制造炭黑的炉法(furnace process)中，炭黑的孔隙率可以通过炉反应器的淬火位置控制。新形成的炭黑越早淬火，其孔隙率越低。BET表面积与STSA表面积的比例可用作孔隙率的量度。在炭黑具有细粒径的情况下，对于非常短距离淬火(very shortquenched)的炭黑(无孔隙率)，该比例等于或略小于1，而对于在较长淬火距离内产生的炭黑，该比例大于1。非常细的颗粒炭黑总是表现出一定量的孔隙率，因为只能沿着反应器在固定位置进行淬火。可能并非总可获得最佳位置。因此，反应可能不会在炭黑形成正好刚刚完成的时刻终止。此外，不同的停留时间不仅影响孔隙率，而且影响炭黑的表面化学性质。非常短距离淬火的炭黑的表面富含来自CH基团或类似于烯属双键的那些基团的氢。这些表面化学性质可能不是所有常常使用炭黑的应用所期望的。

在轮胎应用中，具有高表面积和低孔隙率的炭黑可以改善轮胎的耐磨性。另一方面，如果如上所述以短的淬火距离制备炉法炭黑以获得高表面积和低孔隙率，则所得的表面化学性质特别是烯烃表面基团会导致非常短的硫化时间，这削弱了橡胶材料的可加工性。

因此，仍然需要一种用于生产炭黑的方法，其中可以在炉法中不依赖于淬火位置控制炭黑的孔隙率，特别是降低炭黑的孔隙率，以避免上述短距离淬火(short quenched)炭黑的缺点。还特别需要在轮胎应用中显示橡胶胶料的耐磨性和可加工性之间的平衡得到改进的炭黑。

根据本发明，通过调节形成燃烧气流时可燃材料与O₂的化学计量比以获得小于1.2的k因子与增加反应器中的惰性气体的浓度并同时限制进料到反应器的CO₂量相结合，可以在炉法中容易地控制，特别是降低炭黑的孔隙率。

在现有技术中，提出了使用近似化学计量燃烧的炭黑生产方法。

美国专利第3,475,125号描述了一种炭黑生产方法，其中在反应区中，通过在燃烧区中燃烧烃类燃料和氧化剂的第一可燃混合物获得至少一股热燃烧气体流，所述混合物基本上含有燃烧所述燃料所需的化学计算量的氧化剂。该第一可燃混合物在存在蒸汽的情况下燃烧，蒸汽的量足以保护所述燃烧区的耐火内衬免受过高温度的破坏。任选地，将通过燃烧烃类燃料和氧化剂的第二可燃混合物而获得的至少一股其它热燃烧气体流施加到反应区，所述第二可燃混合物含有的氧化剂的量大于燃烧所述燃料所需的化学计算量。据记载，该方法导致炭黑的产率增加，同时保护炉的耐火材料免受过高温度的破坏。