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炭黑的氧化处理

2019-12-23 15:32:47

本文所提的炭黑氧化是指为改善炭黑的某种性能以满足不同使用需要或研究目的进行的氧化。炭黑氧化方法通常分为两类:气相氧化和液相氧化。

(1)炭黑的气相氧化

为了改善炭黑在涂料或油墨中的性能,常常应用所谓热空气氧化的方法进行处理。此法是在一定的温度下,让空气与炭黑接触进行氧化。为了使炭黑与加热的氧气充分反应,用沸腾床进行热氧化处理。实验证明,用空气热氧化处理炭黑时,处理温度一般不要超过着火点,以避免发生燃烧使炭黑过多的损失,或氧化过度使炭黑表面粗糙多孔反而不利于在涂料或油墨中的应用。 曾对炉黑分别在不同温度不同时间进行热氧化处理,结果表明炭黑的比表面积在300C温度以下处理5h时没有什么大的变化,但超过上述处理条件则比表面积显著增加。在400C下处理10h,炭黑的比表面积比未处理试样几乎增加5倍以上。随着处理温度的提高,时间增加,炭黑表面的总酸量、强酸值以及总含氧量增加,pH减小比表面积不断增加。炭黑的反应速度也受炭黑微晶的有序程度影响,微晶的有序度越高,则氧化速度越慢,石墨化炭黑最慢。炭黑中的无机灰臭氧氧化 臭氧氧化是炭黑气相氧化的主要方法,具有氧化温和、炭黑损失少、工艺容易实现等优点。臭氧是一种极强的氧化剂。氧化用的臭氧是在臭氧发生器中用高压(电压一般应达到10kV)放电或电晕放电的原理,使通过的干燥空气中氧电离,并形成臭氧。含臭氧的空气通入沸腾床或滚筒式氧化装置与炭黑充分接触使炭黑氧化。氧化的深度取决于混合气体中臭氧的浓度、接触时间等因素。

(2)炭黑的液相氧化

炭黑也可以用各种强氧化剂溶液,如硝酸、过氧化氢、高锰酸钾、次氯酸钠和溴水等,进行液相氧化,炭黑液相氧化时产生二氧化碳,并在炭黑粒子表面上生成氧化基团。这些基团主要是羰基、羟基和羧基。此外,还生成降解产物一可溶性酸。硝酸氧化 用硝酸溶液氧化处理炭黑是液相氧化的典型代表,当炭黑与硝酸溶液作用时,粒子表面受到氧化,生成降解产物和二氧化碳。降解生成物是一些芳香族多元酸,称石墨酸。氧化的温度、时间、硝酸溶液浓度以及与炭黑比例对氧化结果都很影响,用硝酸氧化可使吸油值、吸碘值、pH值降低,挥发分和羧基含量增加,而粒径则无大的变化。用硝酸氧化可达到臭氧氧化的效果,甚至在色相等方面有更好的效果,但工业化比较困难,用溴水、过氧化氡的酸性溶液氧化处理也可以达到使炭黑亲水的目的,并能改善其在基料中的性能。


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