[发明专利]一种低生热炭黑及其制备方法

说明书

本发明提供了一种低生热炭黑及其制备方法，该低生热炭黑具有以下特征：吸油值为131～145ml/100g，压缩吸油值为95～108ml/100g，吸碘值为66～80mg/g，氮气吸附表比面积为65～77m²/g。使用该低生热炭黑制造的轮胎在使用条件下具有低滚动阻力和低热量积累。

技术领域

本发明涉及炭黑及其制备方法，具体涉及兼顾耐磨损性和低发热性平衡的硬质炭黑及其制备方法。

背景技术

炭黑是目前已知的世界上最黑的一种材料，被广泛应用在橡胶、油墨、塑料、色料等制品中，赋予制品所需的补强、染色或导电性能。炭黑由烃类化合物不完全燃烧或裂解生成，基本组成是元素碳(占95％～99％)，呈非常细微的粉末状，具有很高的比表面积。

炭黑作为橡胶补强材料，一直被广泛应用在橡胶工业。然而，目前的商业炭黑也存在着不少问题需待解决，譬如如何进一步降低其滚动阻力、提高其抗湿滑性，如何进一步降低胶料的动态生热等。为解决这些问题，国外大型炭黑公司开发了低滞后炭黑和转化炭黑，但其力学性能(包括拉伸强度、断裂伸长率、橡胶300％定伸强度等)受到一定影响。为消除耐磨性和低生热性之间的矛盾，有些专利文献提出了诸如将炭黑聚集体直径的分布宽度保持在一定值以上，做成高结构且控制聚集体分布、将炭黑聚集体的空隙容积以及空隙容积直径控制在某一定值以上等方法。这些方法虽然降低了胶料的动态生热，但带来的问题是强度会降低，而且也没有到改善滚动阻力。

发明内容

针对现有炭黑高耐磨损性和低燃料消耗性的问题，本发明提供一种低生热炭黑及其制备方法。

本发明提供的一种低生热炭黑，具有以下特征：

吸油值(DBP吸收值)为131～145ml/100g；

压缩吸油值(CDBP吸收值)为95～108ml/100g；

吸碘值为66～80mg/g；

氮气吸附比表面积(N₂SA)为65～77m²/g。

透过高倍透射电子显微镜观测可以发现，所述低生热炭黑微观表面型态具有微小的炭黑颗粒(nodule)生长在大的炭黑颗粒表面，微小的炭黑颗粒的直径在4-8nm左右(优选为5nm)，具体情况如图1所示。

与同品级的炭黑相比，所述低生热炭黑具有较宽的聚集体尺寸分布，且跨距(Span)为1.10～1.75，优选的跨距为1.30～1.55。其中跨距的计算公式为：

Span＝(D90-D10)/D50；

式中，D90为累计分布百分数达到90％时所对应的粒径值，D50为累计分布百分数达到50％时所对应的粒径值，D10为累计分布百分数达到10％时所对应的粒径值。

上述的低生热炭黑的制备方法，包括以下步骤：

使用包含燃烧段、喉管段、反应段的炭黑反应炉，向所述炭黑反应炉中通入空气和燃料，使燃料在燃烧段内燃烧，控制燃烧段内的温度为1750～2080℃；

从所述炭黑反应炉的燃烧段喷入辅助原料油，辅助原料油在高温下发生裂解反应生成小颗粒炭黑；从所述炭黑反应炉的喉管段喷入主原料油，主原料油反生裂解反应生成大颗粒炭黑；所述小颗粒炭黑与所述大颗粒炭黑融合，从而形成所述低生热炭黑。

优选的，向所述炭黑反应炉中通入空气的流量为7000～14000Nm³/h，向所述炭黑反应炉中通入燃料的流量为1060～2120kg/h。

优选的，从所述炭黑反应炉的燃烧段喷入辅助原料油的流量为800～1800kg/h，从所述炭黑反应炉的喉管段喷入主原料油的流量为2820～5060kg/h。

本发明的有益效果：