CN104927408A - 炭黑造粒粘结剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种炭黑造粒粘结剂及其制备方法和应用，本发明提供的炭黑造粒粘结剂通过由糖液制备的木质素磺酸盐通过膜过滤得到；且通过控制所述膜过滤使用的膜的分子量为800～1000道尔顿，使得得到的炭黑造粒粘结剂应用粒状炭黑的制备得到的炭黑不仅细粉含量低，而且坚牢固即硬度高。

Description

炭黑造粒粘结剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种炭黑造粒粘结剂及其制备方法和应用。

背景技术

从发现炭黑对橡胶具有填充补强作用以来，炭黑工业得到了迅速的发展，而且随着橡胶工业的迅速发展，轮胎行业正处在由斜交胎向子午胎方向转化的时期，大量子午胎生产线的引入，对炭黑有更高的要求，该生产线要求炭黑具有高的坚牢度，且细粉含量低。

炭黑造粒包括干法造粒和湿法造粒，炭黑干法造粒是将粉状炭黑通入转鼓式造粒机中，沿着一定的矢量轨迹滚动，粉状炭黑经过压缩排气、相互碰撞、接触，在分子间力的作用下形成颗粒，并逐渐长大，即为造粒成品；但是干法造粒炭黑颗粒的直径小，细粉含量高，粒子坚牢度低；湿法造粒是将很细的炭黑和含有一定比例的粘结剂的水溶液再适用于湿法造粒的造粒机内经过搅齿的高速旋转作用，使炭黑与造粒水混合，形成粒状炭黑；在湿法造粒的过程中，为了降低细粉含量其提高粒子的坚牢度，需要选择合适的炭黑造粒粘结剂。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种炭黑造粒粘结剂，本发明提供的炭黑造粒粘结剂应用于炭黑的造粒，得到的粒状炭黑不仅坚牢固高，而且细粉含量低。

本发明提供了一种炭黑造粒粘结剂，通过由糖液制备的木质素磺酸盐通过膜过滤得到；

所述膜过滤使用的膜的分子量为800～1000道尔顿。

优选的，所述膜过滤使用的膜为中空纤维膜或纳滤膜。

优选的，所述膜过滤的温度为30℃～50℃。

优选的，所述膜过滤的木质素磺酸盐为固含量为2wt％～20wt％的木质素磺酸盐水溶液。

优选的，所述膜过滤后还包括浓缩和喷雾干燥得到炭黑造粒粘结剂。

优选的，所述浓缩的温度为30℃～50℃。

优选的，所述浓缩为将木质素磺酸盐水溶液浓缩至固含量为40wt％～60wt％。

优选的，所述糖液制备得到木质素磺酸盐的过程为：

将糖液通过色谱分离得到木质素磺酸盐；

所述糖液的固含量为35wt％～65wt％，糖液的pH为4～7，糖液中还原糖大于16％。

优选的，所述糖液按照以下方法制备：

将含有木质素的物质与复合酸混合反应，得到糖液；

所述复合酸包括二氧化硫、非氧化性酸和亚硫酸盐，

所述非氧化性酸为磷酸、硫酸、草酸和醋酸中的一种或几种，

所述亚硫酸盐为亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸镁和亚硫酸钙中的一种或几种。

本发明还提供了一种粒状炭黑，由本发明提供的炭黑造粒粘结剂、水和炭黑混合造粒得到。

与现有技术相比，本发明提供了一种炭黑造粒粘结剂，通过由糖液制备的木质素磺酸盐通过膜过滤得到；且通过控制所述膜过滤使用的膜的分子量为800～1000道尔顿，使得得到的炭黑造粒粘结剂应用粒状炭黑的制备得到的炭黑不仅灰分低，纯度高，而且细粉含量低，坚牢固即硬度高，实验结果表明：本发明提供的炭黑造粒粘结剂制备得到的炭黑的灰分0.2％，细粉含量为5％、拉伸强度1.0MPa。

具体实施方式

本发明提供了一种炭黑造粒粘结剂，通过由糖液制备的木质素磺酸盐通过膜过滤得到；

所述膜过滤使用的膜的分子量为800～1000道尔顿。

按照本发明，本发明将由糖液制备的木质素磺酸盐通过膜过滤得到炭黑造粒粘结剂，其中，所述膜过滤使用的膜的分子量为800～1000道尔顿；所述膜过滤使用的膜优选为中空纤维膜或纳滤膜；所述膜过滤的由糖液制备的木质素磺酸盐优选为固含量为2wt％～20wt％的木质素磺酸盐水溶液，更优选为5wt％～15wt％的木质素磺酸盐水溶液，最优选为8wt％～10wt％的木质素磺酸盐水溶液；所述膜过滤的温度优选为30℃～50℃，更优选为35℃～45℃，最优选为40℃～43℃。

本发明还优选将膜过滤后的木质素磺酸盐水溶液浓缩，得到固含量为40wt％～60wt％的木质素磺酸盐水溶液，更优选为45wt％～55wt％的木质素磺酸盐水溶液；浓缩的温度优选为60℃～90℃，更优选为70℃～80℃。

本发明优选还将浓缩后的溶液通过喷雾干燥，得到炭黑造粒粘结剂，本发明的喷雾干燥的方法没有特殊限定，本领域公知的喷雾干燥方法即可，所述喷雾干燥的进风温度优选为260℃～280℃，出风温度优选为80℃～100℃。

本发明得到的炭黑造粒粘结剂的指标为：水分小于7，pH值为4～6，还原糖含量(占干基)为小于等于14wt％～19wt％，水不溶物(占干基)为小于等于0.6wt％。

所述糖液制备得到木质素磺酸盐的过程优选为：

将糖液通过色谱分离得到木质素磺酸盐；

所述糖液的固含量为35wt％～65wt％，糖液的pH为4～7，糖液中还原糖大于16％。

按照本发明，所述糖液的固含量优选为wt40～50wt％；所述色谱分离用树脂优选为钠型树脂、镁型树脂、钙型树脂和钾型树脂中的一种或几种；所述分离的温度优选为30～90℃，更优选为50～80℃，所述分离速度优选为1～10m/h，更优选为2～6m/h；所述洗脱剂优选为蒸馏水。

为了能够更好的将糖液中的木质素磺酸盐与木糖以及其它糖分离开，本发明优选在色谱分离前还将糖液进行中和以及过滤，所述中和的试剂优选为氢氧化钠、氧化镁、氧化钙和氢氧化钾中的一种或几种，所述中和反应的温度优选为30～80℃，更优选为40～60℃，最优选为45～55℃；所述中和反应后溶液的pH至优选为2～6，更优选为3～5，最优选为4～5；所述过滤的方式优选为预涂和助滤，更优选为板框过滤或烛式过滤；所述预涂剂优选为硅藻土、废活性炭、珍珠岩和木糖渣中的一种或几种，更优选为硅藻土和废活性炭中的一种或两种；所述预涂量优选为0～3kg/m²，更优选为0.5～1.5kg/m²；所述助滤剂为硅藻土、废活性炭和珍珠岩中的一种或几种，更优选为硅藻土和废活性炭中的一种或两种；所述过滤的温度优选为30～80℃，更优选为40～60℃，最优选为45～55℃；所述过滤的次数优选为1～4次，更优选为2～3次。

所述糖液优选按照以下方法制备：

将含有木质素的物质与复合酸混合反应，得到糖液；

所述复合酸包括二氧化硫、非氧化性酸和亚硫酸盐，

所述非氧化性酸为磷酸、硫酸、草酸和醋酸中的一种或几种，

所述亚硫酸盐为亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸镁和亚硫酸钙中的一种或几种。

具体的，本发明对所述含有木质素的物质没有特殊要求，优选选自玉米芯、芦苇、豆杆和棉杆中的一种或几种；更优选为玉米芯或芦苇；最优选为玉米芯。本发明的原料优选经过粉碎，本发明对于粉碎用的仪器或粉碎得到的目数不进行限定，本领域技术人员熟知的酸解粉碎的仪器和目数即可。

本发明中所述复合酸包括二氧化硫、非氧化性酸和亚硫酸盐，其中，所述非氧化性酸为磷酸、硫酸、草酸和醋酸中的一种或几种；优选为非氧化性酸为磷酸、硫酸、草酸和醋酸中的两种或几种；所述亚硫酸盐为亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸镁和亚硫酸钙中的一种或几种；优选为为亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸镁和亚硫酸钙中的两种或几种；所述复合酸中二氧化硫、非氧化性酸的质量比优选为(10～95)：(2～50)，更优选为(50～90)：(5～30)，最优选为(80～90)：(6～20)；所述二氧化硫与亚硫酸盐的摩尔比为优选为(10～95)：(0～10)，更优选为(50～90)：(1～7)，最优选为(80～90)：(2～3)。

本发明中，所述含有木质素的物质与复合酸混合进行酸解反应，得到糖液；其中，所述含有木质素的物质与复合酸的质量比优选为1：(0.01～0.1)，更优选为1：(0.03～0.08)，最优选为1：(0.03～0.06)；为了使反应更好的进行，本发明还将混合液中加入水使反应体系中的固体的含量(即固含量)为2～100wt％，更优选为4～90wt％，最优选为5.5～85wt％；所述反应的压力优选为0.2～1MPa，更优选为0.4～0.8MPa，最优选为0.5～0.7MPa。

本发明中所说的固含量是指反应体系中的反应原料与反应液(包括反应原料和溶剂)的质量比。

本发明还提供了一种粒状炭黑，由本发明提供的炭黑造粒粘结剂、水和炭黑混合造粒得到。

本发明提供了一种炭黑造粒粘结剂，通过由糖液制备的木质素磺酸盐通过膜过滤得到；且通过控制所述膜过滤使用的膜的分子量为800～1000道尔顿，使得得到的炭黑造粒粘结剂应用粒状炭黑的制备得到的炭黑不仅细粉含量低，而且坚牢固即硬度高；而且粘结剂的来源广泛，制备成本低。

下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

100g玉米芯粉碎，加入8g亚硫酸、1.4g磷酸、0.5g亚硫酸钠在140℃、05Mpa下水解，水解完毕后，固液分离，得到糖液和木糖渣；合并糖液，木糖渣加入四倍的100℃水洗，固液分离后，得到糖液和木糖渣；合并糖液，木糖渣加入两倍的100℃水洗，固液分离后得到木糖渣和糖液。

将得到的糖液浓缩成固含量为45wt％的溶液，然后在50℃沉降48h，55℃下加入氢氧化钠进行中和反应，得到pH值为5的溶液。

将得到的pH为5的溶液进行板框过滤2次，过滤的温度为50℃，板框过滤的预涂剂为硅藻土和废活性炭，预涂量为1kg/m²，助滤剂为硅藻土，加入量为糖液质量的0.6％，得到过滤后的糖液。

将过滤后的糖液经过色谱分离，得到木质素磺酸钠，其中，色谱分离的温度为70℃，分离的速度为4m/h，洗脱机为水，色谱分离用树脂为钠型树脂。

将得到的木质素磺酸钠20g和980g水混合的混合液，在40℃条件下通过膜分子量为800道尔顿的中空纤维膜，得到的滤液70℃浓缩至固含量为45wt％，将浓缩液通过喷雾干燥，喷雾干燥的进风温度为260℃，出风温度为80℃，得到炭黑造粒粘结剂。

将得到的炭黑造粒粘结剂0.3g，水10g和炭黑100g混合造粒，得到造粒炭黑；

对得到的造粒炭黑进行分析，结果表明，炭黑的灰分0.18％，细粉含量为5％、拉伸强度0.7MPa。

实施例2

100g玉米芯粉碎，加入6.5g亚硫酸、1.5g草酸、0.55g亚硫酸钠在160℃、0.5Mpa下水解，水解完毕后，固液分离，得到糖液和木糖渣；合并糖液，木糖渣加入四倍的100℃水洗，固液分离后，得到糖液和木糖渣；合并糖液，木糖渣加入两倍的100℃水洗，固液分离后得到木糖渣和糖液。

将得到的糖液浓缩成固含量为45wt％的溶液，然后在50℃沉降48h，55℃下加入氢氧化钠进行中和反应，得到pH值为5的溶液。

将得到的pH为5的溶液进行板框过滤2次，过滤的温度为50℃，板框过滤的预涂剂为硅藻土和废活性炭，预涂量为1kg/m²，助滤剂为硅藻土，加入量为糖液质量的0.6％，得到过滤后的糖液。

将过滤后的糖液经过色谱分离，得到木质素磺酸钠，其中，色谱分离的温度为70℃，分离的速度为4m/h，洗脱机为水，色谱分离用树脂为钠型树脂。

将得到的木质素磺酸钠5g和95g水混合的混合液，在40℃条件下通过膜分子量为900道尔顿的中空纤维膜，得到的滤液80℃浓缩至固含量为50wt％，将浓缩液通过喷雾干燥，喷雾干燥的进风温度为260℃，出风温度为80℃，得到炭黑造粒粘结剂。

将得到的炭黑造粒粘结剂0.4g，水10g和炭黑100g混合造粒，得到造粒炭黑；

对得到的造粒炭黑进行分析，结果表明，其炭黑的灰分0.2％，细粉含量为4％、拉伸强度1.0MPa。

实施例3

300g玉米芯粉碎，加入10g亚硫酸、5g硫酸、1.3g亚硫酸钠在150℃、0.6Mpa下水解，水解完毕后，固液分离，得到糖液和木糖渣；合并糖液，木糖渣加入四倍的100℃水洗，固液分离后，得到糖液和木糖渣；合并糖液，木糖渣加入两倍的100℃水洗，固液分离后得到木糖渣和糖液。

将得到的糖液浓缩成固含量为45wt％的溶液，然后在50℃沉降48h，55℃加入氢氧化钠进行中和反应，得到pH值为4的溶液。

将得到的pH为5的溶液进行板框过滤2次，过滤的温度为50℃，板框过滤的预涂剂为硅藻土和废活性炭，预涂量为1kg/m²，助滤剂为硅藻土，加入量为糖液质量的0.6％，得到过滤后的糖液。

将过滤后的糖液经过色谱分离，得到木质素磺酸钠，其中，色谱分离的温度为70℃，分离的速度为4m/h，洗脱机为水，色谱分离用树脂为钠型树脂。

将得到的木质素磺酸钠10g和90g水混合的混合液，在45℃条件下通过膜分子量为1000道尔顿的中空纤维膜，得到的滤液80℃浓缩至固含量为55wt％，将浓缩液通过喷雾干燥，喷雾干燥的进风温度为260℃，出风温度为80℃，得到炭黑造粒粘结剂。

将得到的炭黑造粒粘结剂0.5g，水12g和炭黑100g混合造粒，得到造粒炭黑；

对得到的造粒炭黑进行分析，结果表明，炭黑的灰分0.22％，细粉含量为3％、拉伸强度1.2MPa。

实施例4

300g玉米芯粉碎，加入10g亚硫酸、5g醋酸、1.3g亚硫酸钠在150℃、0.6Mpa下水解，水解完毕后，固液分离，得到糖液和木糖渣；合并糖液，木糖渣加入四倍的100℃水洗，固液分离后，得到糖液和木糖渣；合并糖液，木糖渣加入两倍的100℃水洗，固液分离后得到木糖渣和糖液。

将得到的糖液浓缩成固含量为45wt％的溶液，然后在50℃沉降48h，55℃加入氢氧化钠进行中和反应，得到pH值为5的溶液。

将得到的pH为5的溶液进行板框过滤2次，过滤的温度为50℃，板框过滤的预涂剂为硅藻土和废活性炭，预涂量为1kg/m²，助滤剂为硅藻土，加入量为糖液质量的0.6％，得到过滤后的糖液。

将过滤后的糖液经过色谱分离，得到木质素磺酸钠，其中，色谱分离的温度为70℃，分离的速度为4m/h，洗脱机为水，色谱分离用树脂为钠型树脂。

将得到的木质素磺酸钠20g和230g水混合的混合液，在45℃条件下通过膜分子量为1000道尔顿的中空纤维膜，得到的滤液80℃浓缩至固含量为55wt％，将浓缩液通过喷雾干燥，喷雾干燥的进风温度为260℃，出风温度为80℃，得到炭黑造粒粘结剂。

将得到的炭黑造粒粘结剂0.35g，水8.75g和炭黑100g混合造粒，得到造粒炭黑；

对得到的造粒炭黑进行分析，结果表明，炭黑的灰分0.19％，细粉含量为4％、拉伸强度0.9MPa。

实施例5

300g玉米芯粉碎，加入10g亚硫酸、2g醋酸、3g硫酸、1.3g亚硫酸钠在150℃、0.6Mpa下水解，水解完毕后，固液分离，得到糖液和糖渣；合并糖液，糖渣加入四倍的100℃水洗，固液分离后，得到糖液和糖渣；合并糖液，糖渣加入两倍的100℃水洗，固液分离后得到糖液，合并得到糖液。

将得到的糖液浓缩成固含量为45wt％的溶液，然后在50℃沉降48h，55℃加入氢氧化钠进行中和反应，得到pH值为5的溶液。

将得到的pH为5的溶液进行板框过滤2次，过滤的温度为50℃，板框过滤的预涂剂为硅藻土和废活性炭，预涂量为1kg/m²，助滤剂为硅藻土，加入量为糖液质量的0.6％，得到过滤后的糖液。

将过滤后的糖液经过色谱分离，得到木质素磺酸钠，其中，色谱分离的温度为70℃，分离的速度为4m/h，洗脱机为水，色谱分离用树脂为钠型树脂。

将得到的木质素磺酸钠20g和200g水混合的混合液，在40℃条件下通过膜分子量为1000道尔顿的中空纤维膜，得到的滤液80℃浓缩至固含量为55wt％，将浓缩液通过喷雾干燥，喷雾干燥的进风温度为260℃，出风温度为80℃，得到炭黑造粒粘结剂。

将得到的炭黑造粒粘结剂0.42g，水12g和炭黑100g混合造粒，得到造粒炭黑；

对得到的造粒炭黑进行分析，结果表明，炭黑的灰分0.19％，细粉含量为4％、拉伸强度1.0MPa。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种炭黑造粒粘结剂，通过由糖液制备的木质素磺酸盐通过膜过滤得到；

所述膜过滤使用的膜的分子量为800～1000道尔顿。

2.根据权利要求1所述的炭黑造粒粘结剂，其特征在于，所述膜过滤使用的膜为中空纤维膜或纳滤膜。

3.根据权利要求1所述的炭黑造粒粘结剂，其特征在于，所述膜过滤的温度为30℃～50℃。

4.根据权利要求1所述的炭黑造粒粘结剂，其特征在于，所述膜过滤的木质素磺酸盐为固含量为2wt％～20wt％的木质素磺酸盐水溶液。

5.根据权利要求1所述的炭黑造粒粘结剂，其特征在于，所述膜过滤后还包括浓缩和喷雾干燥得到炭黑造粒粘结剂。

6.根据权利要求5所述的炭黑造粒粘结剂，其特征在于，所述浓缩的温度为30℃～50℃。

7.根据权利要求5所述的炭黑造粒粘结剂，其特征在于，所述浓缩为将木质素磺酸盐水溶液浓缩至固含量为40wt％～60wt％。

8.根据权利要求1所述的炭黑造粒粘结剂，其特征在于，所述糖液制备得到木质素磺酸盐的过程为：

将糖液通过色谱分离得到木质素磺酸盐；

所述糖液的固含量为35wt％～65wt％，糖液的pH为4～7，糖液中还原糖大于16％。

9.根据权利要求1所述的炭黑造粒粘结剂，其特征在于，所述糖液按照以下方法制备：

将含有木质素的物质与复合酸混合反应，得到糖液；

所述复合酸包括二氧化硫、非氧化性酸和亚硫酸盐，

所述非氧化性酸为磷酸、硫酸、草酸和醋酸中的一种或几种，

所述亚硫酸盐为亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸镁和亚硫酸钙中的一种或几种。

10.一种粒状炭黑，由权利要求1～9任意一项所述的炭黑造粒粘结剂、水和炭黑混合造粒得到。