本發(fā)明涉及炭黑技術領域，涉及一種改善橡膠性能的炭黑制備方法。
背景技術：
炭黑作為橡膠增劑，根據應具備的特性，炭黑產品有多種多樣的品種，這些具備特性是用于決定橡膠的各種性能，因此在與橡膠組合物配混時，應該選擇出具有適合部件用途特性的炭黑。例如在輪胎胎面橡膠中，為了增加橡膠的耐磨性，通常添加粒徑小、比表面積大的硬質炭黑。而隨著低發(fā)熱率、高回彈性的低燃油效率輪胎的開發(fā)，通常對橡膠組合物配混粒徑大、比表面積小的炭黑來達成低發(fā)熱且高回彈的橡膠特性。這就形成一種矛盾關系，因此迫切需要開發(fā)一種改善橡膠增強性、耐磨性、發(fā)熱特性、回彈性等橡膠特性的炭黑添加劑。
技術實現要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種改善橡膠性能的炭黑制備方法，使得橡膠的增強性、耐磨性、發(fā)熱特性、回彈性等得到改善。
本發(fā)明的技術方案為：一種能夠改善橡膠性能的炭黑制備方法，其制備反應爐從氣體流路的上游向下游方向依次設置有燃料燃燒區(qū)域、原料導入區(qū)域、反應停止區(qū)域。
所述燃料燃燒區(qū)域導入含氧氣體和燃料并使其混合燃燒而產生高溫燃燒氣體流，制備過程中一邊向所述原料導入區(qū)域導入前述高溫燃燒氣體流，一邊在其前段導入原料烴，同時在其后段導入原料烴和含氧氣體，依次使這些物質反應，從而生成含炭黑氣體。
然后向所述述反應停止區(qū)域導入前述含炭黑氣體，同時進行噴霧冷卻液冷卻。
進一步，所述原料導入區(qū)域后段中的原料烴和含氧氣體的導入是通過雙流體噴嘴進行的。
通過本方法制得的炭黑材料，表面具有平均長度為2～10nm的微小突起，炭黑顆粒的粒徑可達20-30nm，在橡膠制備的應用中，100質量份數的橡膠添加30-50質量份數的炭黑，能夠有效改善橡膠的耐磨性，提高橡膠的發(fā)熱特性和回彈性。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實施例中的炭黑反應爐結構示意圖；
1含氧氣體導入口2燃燒用燃燒器3燃料燃燒區(qū)域4原料導入區(qū)域5前段原料導入噴嘴6后段原料導入噴嘴7反應區(qū)域8冷卻裝置9反應停止區(qū)域10煙道
具體實施方式
如圖1所示的反應爐中，依次設置有形成在爐內的從氣體流路的上游向下游方向連通的燃料燃燒區(qū)域3、原料導入區(qū)域4、反應區(qū)域7及反應停止區(qū)域9。
在圖1所示的反應爐中，燃料燃燒區(qū)域3具備：從與爐軸方向垂直的方向導入空氣等含氧氣體的含氧氣體導入口1和向爐軸方向供給燃料的燃燒用燃燒器2。另外，原料導入區(qū)域4具備：從與爐軸方向垂直的方向供給原料烴的前段原料導入噴嘴5、和同樣地從與爐軸方向垂直的方向供給原料烴和含氧氣體的后段原料導入噴嘴6，原料導入區(qū)域4設置為與燃料燃燒區(qū)域3同軸連通。進而，反應區(qū)域7設置為與原料導入區(qū)域4同軸連通，反應停止區(qū)域9具備從與爐軸方向垂直的方向供給冷卻液的冷卻裝置8，其設置為與反應區(qū)域7同軸連通。
圖1所示的反應爐具有從燃料燃燒區(qū)域3向原料導入區(qū)域4縮管并且從原料導入區(qū)域4向反應部7擴管的鼓狀節(jié)流形狀，但反應爐形狀不限于這樣的形狀，能夠采用各種各樣的形狀。
在本發(fā)明的炭黑的制造方法中，向燃料燃燒區(qū)域3導入含氧氣體和燃料使其混合燃燒而產生高溫燃燒氣體流。
作為含氧氣體，可列舉出由氧氣、空氣或者它們的混合物形成的氣體，作為燃料，可列舉出氫、一氧化碳、天然氣、石油氣、fcc殘渣油等、重油等石油系液體燃料、雜酚油等煤系液體燃料。
燃料燃燒區(qū)域3中的含氧氣體的供給量優(yōu)選為2000-5000nm3/小時，更優(yōu)選為2500-4500nm3/小時，進一步優(yōu)選為3000-4000nm3/小時。另外，燃料燃燒區(qū)域3中的燃料的供給量優(yōu)選為50-400kg/小時，更優(yōu)選100-300kg/小時，進一步優(yōu)選為150-200kg/小時。
在燃料燃燒區(qū)域3中，例如可以一邊供給預熱到400-500℃的含氧氣體一邊供給燃料，從而使兩者混合燃燒產生高溫燃燒氣體流。
在本發(fā)明的炭黑的制造方法中，向原料導入區(qū)域4導入上述高溫燃燒氣體流，一邊在該原料導入區(qū)域4的前段導入原料烴一邊在原料導入區(qū)域4的后段導入原料烴 和含氧氣體。
作為向原料導入區(qū)域4的前段及后段供給的原料烴，可列舉出苯、甲苯、二甲苯、萘、蒽等芳香族烴、雜酚油、羧酸油等煤系烴、乙烯重質油、fcc殘渣油等石油系重質油、乙炔系不飽和烴、乙烯系烴、戊烷、己烷等脂肪族飽和烴等。另外，作為向原料導入區(qū)域4的后段供給的含氧氣體，可列舉出與向上述燃料燃燒區(qū)域導入的含氧氣體相同的氣體。
關于在原料導入區(qū)域的前段和后段供給的原料烴量，向原料導入區(qū)域的后段供給的原料烴量優(yōu)選為總原料烴量的35％以下，更優(yōu)選為10-35％，進一步優(yōu)選為20-35％。
通過使在原料導入區(qū)域的后段供給的原料烴量為總原料烴量的35％以下，能夠在一邊將炭黑的一次顆粒的粒徑控制到所期望的范圍一邊將炭黑與橡膠組合物配混時得到發(fā)揮出所期望的增強性的橡膠。
另外，在原料導入區(qū)域4的后段供給的含氧氣體與在原料導入區(qū)域4的后段供給的特定重量的原料烴的流量比(含氧氣體流量/原料烴重量)優(yōu)選為0.5(nm3/小時)/1(kg/小時)-4(nm3/小時)/1(kg/小時)。
在使用圖1所示的反應爐時，從前段原料導入噴嘴5供給原料烴，并且從后段原料導入噴嘴6同時供給原料烴和含氧氣體。
在本發(fā)明的炭黑的制造方法中，作為前段原料噴嘴，可列舉出單流體噴嘴，作為后段原料噴嘴，可列舉出雙流體噴嘴。作為雙流體噴嘴，優(yōu)選具備能夠噴霧具有10-100μm左右的粒徑的液滴的能力的噴嘴。
這樣，在本發(fā)明的炭黑的制造方法中，分為兩段供給原料烴，并且在后段中與原料烴一起供給含氧氣體。在以一段的方式供給原料烴的總量時，向原料導入區(qū)域供給的高溫燃燒氣體流所具有的熱會被用于生成球狀的炭黑一次顆粒，從而會導致爐內的熱量急劇降低，因此不能形成在表面具有微小突起的一次顆粒。另外，在分為兩段供給原料烴時，在前段熱量也會被用于生成球狀的炭黑一次顆粒，因此在后段會導致爐內的熱量降低，同樣地不能形成在表面具有微小突起的一次顆粒。另一方面，通過一邊在原料導入區(qū)域的前段導入原料烴一邊在后段導入原料烴和含氧氣體，可以在前段形成一次顆粒并在后段使原料烴有效地霧化而將原料烴液滴微細化，從而形成基于燃燒的局部高溫區(qū)域。并且，可以認為通過上述微細化后的液滴而生成炭黑微粒，通過使其熔接在前段生成的炭黑一次顆粒的表面上來形成微小突起，具有此等微小突起的一次顆粒凝聚，從而能夠制造由在表面具有微小突起的一次顆粒構成的炭黑。