KR20190138862A - 입자 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
적합한 특성을 갖는 입자가 본원에서 제공되는 시스템 및 방법을 사용하여 생성될 수 있다. 입자는 탄소 입자를 포함할 수 있다.
Description
관련 출원에 대한 상호-참조
본 출원은 2017년 4월 20일에 출원된 미국 가출원 번호 62/487,795, 2017년 8월 28일에 출원된 미국 가출원 번호 62/551,059, 및 2017년 8월 28일에 출원된 미국 가출원 번호 62/551,072의 이익을 주장하며, 이들은 각각 전문이 본원에 참조로 포함된다.
입자는 많은 가정 및 산업 응용에서 사용된다. 입자는 다양한 화학적 프로세스에 의해 제조될 수 있다. 이러한 화학적 프로세스와 관련된 성능 및 에너지 공급은 시간이 흐르면서 진화해왔다.
본 개시내용은 예를 들어 탄소 입자와 같은 입자를 제조하는 보다 효율적이고 효과적인 프로세스에 대한 필요성을 인식한다. 또한, 제조 속도 증가, 수율 증가, 제조 장비 마모 특성의 감소 등에 대한 필요성이 본원에서 인식된다. 본 개시내용은 예를 들어 탄화수소-함유 물질을 탄소 입자로 전환시키는 개선된 프로세스를 제공할 수 있다.
본 개시내용은, 예를 들어, 탄소 입자를 생성하는 시스템을 제공하며, 이는: 하나 이상의 물질 스트림 중 적어도 하나의 물질 스트림을 가열하는 열 발생기; 및 하나 이상의 물질 스트림으로부터 탄소 입자를 생성하는 반응기를 포함하고, 여기서 탄소 입자는 (i) 약 0.05% 미만의 회분, 약 5 ppm 미만의 325 메쉬 그릿, 또는 그의 조합의 순도, (ii) 약 3.0 나노미터(nm) 초과의 격자 상수(Lc), 및 (iii) 약 0.35 nm 미만의 흑연의 002 피크의 격자 간격(d002)을 갖는다. 탄소 입자는 약 0.3% 미만의 황을 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 50 ppm 이하의 황을 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 10 ppm 이하의 황을 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 0.03% 이하의 회분을 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 0.01% 이하의 회분을 포함할 수 있다. 탄소 반응기는 열 발생기를 포함할 수 있다. 열 발생기는 적어도 하나의 물질 스트림을 전기 에너지로 가열할 수 있다. 탄소 입자는 약 15 m2/g(제곱미터/그램) 내지 약 300 m2/g의 표면적을 가질 수 있다. 탄소 입자는 카본 블랙을 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 1 ppm 이하의 325 메쉬 그릿을 포함할 수 있다.
본 개시내용은 또한, 예를 들어, 탄소 입자를 제조하는 방법을 제공하며, 이는: 열 전달 기체를 가열하는 단계; 및 열 전달 기체를 탄화수소 공급원료와 혼합하여 탄소 입자를 생성하는 단계를 포함하고, 여기서 탄소 입자는 (a) 탄소 입자의 압축 디부틸 프탈레이트(CDBP) 흡수보다 약 1.3배 이하로 더 큰 디부틸 프탈레이트(DBP) 흡수, 또는 (b) 약 15 m2/g(제곱미터/그램) 내지 약 300 m2/g의 표면적, 및 약 0.05% 미만의 회분 및/또는 약 5 ppm 미만의 325 메쉬 그릿의 순도를 갖는다. 방법은 열 전달 기체를 탄화수소 공급원료와 혼합하여 탄소 입자 및 수소 기체를 생성하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 방법은 열 전달 기체를 가열의 하류에서 탄화수소 공급원료와 혼합하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 열 전달 기체는 약 60% 초과의 수소를 포함할 수 있다. 열 전달 기체는 수소일 수 있다. 탄화수소 공급원료는 적어도 약 70 중량%의 메탄, 에탄, 프로판 또는 그의 혼합물을 포함할 수 있다. 탄소 입자는 카본 블랙을 포함할 수 있다. 가열은 전기 에너지로 가열하는 것을 포함할 수 있다. 가열은 전기 아크에 의한 가열을 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 0.03% 이하의 회분을 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 0.01% 이하의 회분을 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 1 ppm 이하의 325 메쉬 그릿을 포함할 수 있다. 방법은 (i) 오일 펠릿화, 또는 (ii) 증류수 및 무회분 결합제를 사용한 펠릿화를 사용하여 탄소 입자를 펠릿화하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 무회분 결합제는 당일 수 있다. 탄소 입자는 약 0.4% 이하의 산소를 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 99% 이상의 탄소를 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 0.4% 미만의 수소를 포함할 수 있다. 탄소 입자의 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도는 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.5 ml (밀리리터) 미만일 수 있다. 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도는 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.05 ml 미만일 수 있다. 탄소 입자는 약 0 내지 약 8 mJ/m2의 물 확산 압력(WSP)을 가질 수 있다. WSP는 약 5 mJ/m2 미만일 수 있다. 탄소 입자는 약 0.5 μmol/m2 이하의 총 표면 산 기 함량을 가질 수 있다.
본 개시내용은 또한 예를 들어 탄소 입자의 압축 디부틸 프탈레이트(CDBP) 흡수보다 약 1.3배 이하로 더 큰 디부틸 프탈레이트(DBP) 흡수를 갖는 탄소 입자를 제공한다. 입자는 카본 블랙일 수 있다. DBP 대 CDBP의 비는 기준 카본 블랙의 DBP 대 CDBP 비의 약 95% 이하일 수 있다. 입자는 약 15 m2/g(제곱미터/그램) 내지 약 300 m2/g의 표면적을 가질 수 있다. 탄소 입자는 약 1 nm 초과의 Lc를 가질 수 있다. 탄소 입자는 약 3 nm 이상의 Lc를 가질 수 있다. 탄소 입자는 약 4 nm 초과의 Lc를 가질 수 있다. 탄소 입자는 약 3.0 nm 초과의 Lc, 약 0.35 nm 미만의 d002, 또는 그의 조합을 가질 수 있다. 탄소 입자는 La 또는 Lc에 관하여 약 3 nm 내지 약 20 nm의 결정화도를 가질 수 있다. DBP는 약 1.1배 이하로 CDBP보다 클 수 있다. 탄소 입자는 약 0.3 중량% 미만의 황을 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 0.4 중량% 이하의 산소를 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 99 중량% 이상의 탄소를 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 0.4 중량% 미만의 수소를 포함할 수 있다. 탄소 입자는 기준 카본 블랙보다 낮은 수소 함량을 가질 수 있다. 탄소 입자의 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도는 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.5 ml (밀리리터) 미만일 수 있다. 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도는 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.05 ml 미만일 수 있다. 탄소 입자는 약 0 내지 약 8 mJ/m2의 물 확산 압력(WSP)을 가질 수 있다. WSP는 약 5 mJ/m2 미만일 수 있다. 탄소 입자는 약 0.5 μmol/m2 이하의 총 표면 산 기 함량을 가질 수 있다.
본 개시내용은 또한, 예를 들어, (i) 약 15 m2/g(제곱미터/그램) 내지 약 300 m2/g의 표면적, 및 (ii) 약 0.05% 미만의 회분, 약 5 ppm 미만의 325 메쉬 그릿, 또는 그의 조합의 순도를 갖는 탄소 입자를 제공한다. 탄소 입자는 카본 블랙 입자를 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 3.0 nm 초과의 Lc, 약 0.35 nm 미만의 d002, 약 0.3% 미만의 황, 또는 그의 임의의 조합을 가질 수 있다. 탄소 입자는 약 3.0 nm 초과의 Lc, 약 0.35 nm 미만의 d002, 약 10 ppm 미만의 황, 또는 그의 임의의 조합을 가질 수 있다. 탄소 입자의 토트(Tote)는 약 99% 이상일 수 있다. 탄소 입자는 (i) 약 19 m2/g 내지 약 50 m2/g의 질소 표면적(N2SA) 및 약 55 ml/100g 내지 약 131 ml/100g의 디부틸 프탈레이트(DBP) 흡수를 가질 수 있다. 탄소 입자는 (i) 약 23 m2/g 내지 약 35 m2/g의 질소 표면적(N2SA) 및 약 59 ml/100g 내지 약 71 ml/100g의 디부틸 프탈레이트(DBP) 흡수, 또는 (ii) 약 19 m2/g 내지 약 39 m2/g의 N2SA 및 약 55 ml/100g 내지 약 75 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자는 (i) 약 29 m2/g 내지 약 41 m2/g의 질소 표면적(N2SA) 및 약 84 ml/100g 내지 약 96 ml/100g의 디부틸 프탈레이트(DBP) 흡수, 또는 (ii) 약 25 m2/g 내지 약 45 m2/g의 N2SA 및 약 80 ml/100g 내지 약 100 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자는 (i) 약 34 m2/g 내지 약 46 m2/g의 질소 표면적(N2SA) 및 약 115 ml/100g 내지 약 127 ml/100g의 디부틸 프탈레이트(DBP) 흡수, 또는 (ii) 약 30 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA 및 약 111 ml/100g 내지 약 131 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자는 약 0.03% 이하의 회분을 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 0.01% 이하의 회분을 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 1 ppm 이하의 325 메쉬 그릿을 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 0.4% 이하의 산소를 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 99% 이상의 탄소를 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 0.4% 미만의 수소를 포함할 수 있다. 탄소 입자는 기준 카본 블랙보다 낮은 수소 함량을 가질 수 있다. 탄소 입자의 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도는 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.5 ml (밀리리터) 미만일 수 있다. 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도는 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.05 ml 미만일 수 있다. 탄소 입자는 약 0 내지 약 8 mJ/m2의 물 확산 압력(WSP)을 가질 수 있다. WSP는 약 5 mJ/m2 미만일 수 있다. 탄소 입자는 약 0.5 μmol/m2 이하의 총 표면 산 기 함량을 가질 수 있다.
본 개시내용은 또한, 예를 들어, (i) 약 15 제곱미터/그램(m2/g) 이상의 질소 표면적(N2SA) 및 (ii) 약 5 ppm 미만의 황을 갖는 탄소 입자를 제공한다. N2SA는 약 23 m2/g 내지 약 35 m2/g일 수 있고, 디부틸 프탈레이트(DBP) 흡수는 약 59 ml/100g 내지 약 71 ml/100g일 수 있다. 탄소 입자는 중량 기준으로 약 1 ppm 미만의 황을 포함할 수 있다. N2SA는 약 300 m2/g 이하일 수 있다. 탄소 입자는 약 0.4% 이하의 산소를 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 99% 이상의 탄소를 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 0.4% 미만의 수소를 포함할 수 있다. 탄소 입자는 기준 카본 블랙보다 낮은 수소 함량을 가질 수 있다. 탄소 입자의 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도는 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.5 ml (밀리리터) 미만일 수 있다. 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도는 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.05 ml 미만일 수 있다. 탄소 입자는 약 0 내지 약 8 mJ/m2의 물 확산 압력(WSP)을 가질 수 있다. WSP는 약 5 mJ/m2 미만일 수 있다. 탄소 입자는 약 0.5 μmol/m2 이하의 총 표면 산 기 함량을 가질 수 있다. 고무는 탄소 입자를 포함할 수 있다. 타이어는 고무를 포함할 수 있다. 페인트는 탄소 입자를 포함할 수 있다. 코팅은 탄소 입자를 포함할 수 있다. 엘라스토머 복합체는 탄소 입자를 포함할 수 있다. 중합체는 탄소 입자를 포함할 수 있다. 잉크는 탄소 입자를 포함할 수 있다.
본 개시내용은 또한, 예를 들어, 입자를 생성하는 시스템을 제공하며, 이는: 하나 이상의 물질 스트림 중 적어도 하나의 물질 스트림을 전기적으로 가열하는 열 발생기; 하나 이상의 물질 스트림 중 적어도 하나로부터 황 불순물을 제거하는 필터; 및 하나 이상의 물질 스트림으로부터 입자를 생성하는 반응기를 포함한다. 입자는 탄소 입자를 포함할 수 있다. 탄소 입자는 카본 블랙을 포함할 수 있다. 입자는 약 0.3% 미만의 황을 포함할 수 있다. 입자는 약 50 백만분율(ppm) 미만의 황을 포함할 수 있다. 입자는 약 10 ppm 미만의 황을 포함할 수 있다. 입자는 약 5 ppm 미만의 황을 포함할 수 있다. 입자는 약 1 ppm 미만의 황을 포함할 수 있다. 하나 이상의 물질 스트림은 공급원료 스트림을 포함할 수 있고, 필터는 공급원료 스트림으로부터 황 불순물을 제거할 수 있다. 필터는 공급원료 주입기에 커플링될 수 있다. 필터는 공급원료 주입기의 유입구에 커플링될 수 있다. 입자는 약 15 제곱미터/그램(m2/g) 이상의 질소 표면적(N2SA)을 가질 수 있고, 중량 기준으로 약 5 ppm 미만의 황을 포함할 수 있다. 열 발생기는 플라즈마 발생기일 수 있다.
본 개시내용은 또한, 예를 들어 중합체 생성물을 제공하고, 여기서, 중합체 생성물은 라디에이터 호스, 자동차 압출물, 중간 전압 전력 케이블을 위한 케이블 플러딩/절연체, 또는 밀봉물이고, 여기서, 중합체 생성물은 탄소 입자를 포함하며, 이 탄소 입자는 (a) 약 0.05% 미만의 회분, 약 5 ppm 미만의 325 메쉬 그릿, 또는 그의 조합의 순도; 약 3.0 나노미터(nm) 초과의 격자 상수(Lc); 및 약 0.35 nm 미만의 흑연의 002 피크의 격자 간격(d002); (b) 탄소 입자의 압축 디부틸 프탈레이트(CDBP) 흡수보다 약 1.3배 이하로 더 큰 디부틸 프탈레이트(DBP) 흡수; (c) 약 15 m2/g(제곱미터/그램) 내지 약 300 m2/g의 표면적; 및 약 0.05% 미만의 회분, 약 5 ppm 미만의 325 메쉬 그릿, 또는 그의 조합의 순도; 또는 (d) 약 15 제곱미터/그램(m2/g) 이상의 질소 표면적(N2SA) 및 약 5 ppm 미만의 황을 갖는다. DBP는 약 1.1배 이하로 CDBP보다 클 수 있다. 탄소 입자는 중량 기준으로 약 1 ppm 이하의 325 메쉬 그릿을 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 10 m2/g 내지 약 30 m2/g의 질소 표면적(N2SA) 및 약 70 ml/100g 내지 약 120 ml/100g의 구조를 가질 수 있고, 중합체 생성물은 기준 카본 블랙을 포함하는 중합체 생성물에 비해, (i) 증진된 또는 개선된 가공성, (ii) 증진된 또는 개선된 성형성, (iii) 증가된 전기 저항률, (iv) 증진된 또는 개선된 분산, (v) 증진된 또는 개선된 압출, 및/또는 (vi) 증가된 미가공 강도(green strength)를 가질 수 있다. N2SA는 약 15 m2/g 내지 약 20 m2/g일 수 있고, 구조는 약 80 ml/100g 내지 약 100 ml/100g일 수 있다. 중합체 생성물은 라디에이터 호스일 수 있다. 탄소 입자는 약 17 m2/g 내지 약 51 m2/g의 질소 표면적(N2SA) 및 약 108 ml/100g 내지 약 133 ml/100g의 구조를 가질 수 있고, 중합체 생성물은 기준 카본 블랙을 포함하는 중합체 생성물에 비해 (i) 감소된 표면 결점/결함, (ii) 감소된 훈색, (iii) 증진된 또는 개선된 치수 안정성, (iv) 증진된 또는 개선된 분산, (v) 증진된 또는 개선된 압출 특성, (v) 증진된 또는 개선된 압출 평활도 및/또는 (vi) 증가된 미가공 강도를 가질 수 있다. N2SA는 약 20 m2/g 내지 약 50 m2/g일 수 있고, 구조는 약 110 ml/100g 내지 약 130 ml/100g일 수 있다. 중합체 생성물은 자동차 압출물일 수 있다. 탄소 입자는 약 30 m2/g 내지 약 50 m2/g의 질소 표면적(N2SA) 및 약 111 ml/100g 이상의 구조를 가질 수 있고, 중합체 생성물은 기준 카본 블랙을 포함하는 중합체 생성물에 비해, (i) 증진된 또는 개선된 가공성, (ii) 증진된 또는 개선된 스트리핑의 용이성, (iii) 증가된 청결도, (iv) 증가된 전도성, (v) 증진된 또는 개선된 분산, 및/또는 (vi) 증진된 또는 개선된 케이블 수명을 가질 수 있다. N2SA는 약 30 m2/g 내지 약 50 m2/g이고, 구조는 약 150 ml/100g 이상일 수 있다. 중합체 생성물은 중간 전압 전력 케이블을 위한 케이블 플러딩/절연체일 수 있다. 탄소 입자는 약 2 m2/g 내지 약 50 m2/g의 질소 표면적(N2SA) 및 약 33 ml/100g 내지 약 131 ml/100g의 구조를 가질 수 있고, 중합체 생성물은 기준 카본 블랙을 포함하는 중합체 생성물에 비해, (i) 증진된 또는 개선된 열 노화 물리적 특성, 및/또는 (ii) 굴곡 사이클에 의해 측정시 증진된 또는 개선된 동적 성능 및 균열 개시에 대한 저항성을 가질 수 있다. N2SA는 약 20 m2/g 내지 약 40 m2/g이고 구조는 약 45 ml/100g 내지 약 95 ml/100g일 수 있다. 중합체 생성물은 밀봉물일 수 있다. 중합체 생성물은 EPDM 고무를 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 0.4% 이하의 산소를 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 99% 이상의 탄소를 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 0.4% 미만의 수소를 포함할 수 있다. 탄소 입자의 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도는 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.5 ml (밀리리터) 미만일 수 있다. 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도는 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.05 ml 미만일 수 있다. 탄소 입자는 약 0 내지 약 8 mJ/m2의 물 확산 압력(WSP)을 가질 수 있다. WSP는 약 5 mJ/m2 미만일 수 있다. 탄소 입자는 약 0.5 μmol/m2 이하의 총 표면 산 기 함량을 가질 수 있다.
본 개시내용은 또한, 예를 들어 중합체 생성물을 제공하고, 여기서, 중합체 생성물은 성형되고, 중합체 생성물은 탄소 입자를 포함하며, 이 탄소 입자는: (a) 약 0.05% 미만의 회분, 약 5 ppm 미만의 325 메쉬 그릿, 또는 그의 조합의 순도; 약 3.0 나노미터(nm) 초과의 격자 상수(Lc); 및 약 0.35 nm 미만의 흑연의 002 피크의 격자 간격(d002); (b) 탄소 입자의 압축 디부틸 프탈레이트(CDBP) 흡수보다 약 1.3배 이하로 더 큰 디부틸 프탈레이트(DBP) 흡수; (c) 약 15 m2/g(제곱미터/그램) 내지 약 300 m2/g의 표면적; 및 약 0.05% 미만의 회분, 약 5 ppm 미만의 325 메쉬 그릿, 또는 그의 조합의 순도; 또는 (d) 약 15 제곱미터/그램(m2/g) 이상의 질소 표면적(N2SA) 및 약 5 ppm 미만의 황을 갖는다. 탄소 입자는 약 2 m2/g 내지 약 50 m2/g의 질소 표면적(N2SA) 및 약 33 ml/100g 내지 약 131 ml/100g의 구조를 가질 수 있고, 중합체 생성물은 기준 카본 블랙을 포함하는 중합체 생성물에 비해, (i) 증진된 또는 개선된 금형 유동, (ii) 증가된 금형 수명, (iii) 덜 마모성인 화합물, (iv) 동적 환경에서의 더 긴 수명, (v) 더 낮은 균열 개시, 및/또는 (vi) 더 낮은 파괴를 가질 수 있다. N2SA는 약 22 m2/g 내지 약 45 m2/g일 수 있고, 구조는 약 42 ml/100g 내지 약 100 ml/100g일 수 있다. 탄소 입자는 약 0.4% 이하의 산소를 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 99% 이상의 탄소를 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 0.4% 미만의 수소를 포함할 수 있다. 탄소 입자의 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도는 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.5 ml (밀리리터) 미만일 수 있다. 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도는 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.05 ml 미만일 수 있다. 탄소 입자는 약 0 내지 약 8 mJ/m2의 물 확산 압력(WSP)을 가질 수 있다. WSP는 약 5 mJ/m2 미만일 수 있다. 탄소 입자는 약 0.5 μmol/m2 이하의 총 표면 산 기 함량을 가질 수 있다.
본 개시내용은 또한, 예를 들어 중합체 생성물을 제공하며, 여기서, 중합체 생성물은 라디에이터 호스, 자동차 압출물, 중간 전압 전력 케이블을 위한 케이블 플러딩/절연체, 또는 밀봉물이고, 여기서, 중합체 생성물은 3.0 nm 초과의 Lc를 갖는 탄소 입자를 포함한다. 탄소 입자는 약 0.3 중량% 미만의 황을 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 0.1 중량% 미만의 황을 포함할 수 있다. 탄소 입자는 중량 기준으로 약 50 백만분율 미만(ppm)의 황을 포함할 수 있다. 탄소 입자는 중량 기준으로 약 10 ppm 이하의 황을 포함할 수 있다. 탄소 입자는 중량 기준으로 약 1 ppm 미만의 황을 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 0.03 중량% 이하의 회분을 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 0.01 중량% 이하의 회분을 포함할 수 있다. 탄소 입자는 중량 기준으로 약 5 ppm 이하의 325 메쉬 그릿을 포함할 수 있다. DBP 대 CDBP의 비는 기준 카본 블랙의 DBP 대 CDBP 비의 약 95% 이하일 수 있다. Lc는 약 4 nm 초과일 수 있다. 탄소 입자는 카본 블랙 입자일 수 있다. 탄소 입자는 약 0.35 nm 미만의 d002를 가질 수 있다. 탄소 입자는 약 0.4 중량% 이하의 산소를 포함할 수 있다. 탄소 입자는 약 0.4 중량% 미만의 수소를 포함할 수 있다. 탄소 입자의 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도는 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.5 ml (밀리리터) 미만일 수 있다. 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도는 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.05 ml 미만일 수 있다. 탄소 입자는 약 0 내지 약 8 mJ/m2의 물 확산 압력(WSP)을 가질 수 있다. WSP는 약 5 mJ/m2 미만일 수 있다. 탄소 입자는 약 0.5 μmol/m2 이하의 총 표면 산 기 함량을 가질 수 있다. 중합체 생성물은 EPDM 고무를 포함할 수 있다.
이들 및 추가의 실시양태가 하기에 추가로 기재된다.
본 발명의 신규 특색은 첨부된 청구범위에 특정하게 기재된다. 본 발명의 특색 및 이점의 보다 우수한 이해는 발명의 원리를 사용한 예시적 실시양태를 제시하는 하기 상세한 설명, 및 첨부 도면 또는 그림 (또한 본원에서 "도")을 참조하여 얻어질 것이며,
도 1은 시스템의 예의 개략적 표현을 나타내고;
도 2는 반응기/장치의 예의 개략적 표현을 나타내고;
도 3은 반응기/장치의 또 다른 예의 개략적 표현을 나타내고;
도 4는 반응기/장치의 또 다른 예의 개략적 표현을 나타내고;
도 5는 프로세스의 예의 개략적 표현을 나타내고;
도 6은 반응기/장치의 예의 개략적 표현을 나타낸다.
도 1은 시스템의 예의 개략적 표현을 나타내고;
도 2는 반응기/장치의 예의 개략적 표현을 나타내고;
도 3은 반응기/장치의 또 다른 예의 개략적 표현을 나타내고;
도 4는 반응기/장치의 또 다른 예의 개략적 표현을 나타내고;
도 5는 프로세스의 예의 개략적 표현을 나타내고;
도 6은 반응기/장치의 예의 개략적 표현을 나타낸다.
본원에 나타낸 상세한 설명은 단지 예로서 본 발명의 다양한 실시양태의 예시적인 논의를 위한 것으로, 본 발명의 원리 및 개념적 측면의 가장 유용하고 용이하게 이해되는 기재인 것으로 여겨지는 것을 제공하기 위해 제시된다. 이와 관련하여, 본 발명의 기본적인 이해에 필요한 것보다 더 자세히 본 발명의 세부사항을 보여주려는 시도는 없었으며, 이러한 설명은 본 발명의 여러 형태가 실제로 구현될 수 있는 방법을 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백해지게 한다.
이제, 본 발명을 더욱 상세한 실시양태를 참조로 설명할 것이다. 그러나, 본 발명은, 상이한 형태로 구체화될 수 있고 본원에서 제시된 실시양태로 제한되는 것으로 간주해서는 안된다. 오히려, 이러한 실시양태는 본 개시내용이 철저하고 완전해지게 하고 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전히 전하도록 제공되었다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술 과학 용어는 본 발명이 속하는 관련 기술분야의 통상의 기술자가 통상적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 본 발명의 설명에 사용된 용어는 단지 특정한 실시양태만을 설명하기 위한 것이고, 본 발명을 제한하고자 의도하는 것은 아니다. 본 발명의 설명 및 첨부된 청구범위의 기재에 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥이 달리 명백하게 나타내지 않는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도된다. 본원에서 언급된 모든 간행물, 특허 출원, 특허, 및 다른 참고문헌은 그 전체가 명백히 참조로 포함된다.
달리 나타내지 않는 한, 명세서 및 청구범위에 사용된 성분, 반응 조건 등의 양을 나타내는 모든 수치는 모든 경우에 있어서 용어 "약"에 의해 수식된 것으로 이해하여야 한다. 따라서, 달리 나타내지 않는 한, 다음의 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 설명된 수치 파라미터는 본 발명에 의해 얻어질 것으로 추구되는 목적하는 특성에 따라 다양할 수 있는 근사치이다. 최소한, 그리고 균등론을 청구항의 범주에 적용하는 것을 제한하려 하지 않으면서, 각각의 숫자 파라미터는 유효 숫자(significant digit)의 수의 견지에서, 그리고 통상적인 반올림 접근법의 견지에서 해석되어야 한다.
본 발명의 넓은 범주를 명시한 수치 범위 및 파라미터는 근사치이지만, 구체적인 실시예에서 명시된 수치 값은 가능한 정확하게 기록된 것이다. 그러나, 임의의 수치 값은 그의 개별 테스트 측정에서 확인되는 표준 편차로부터 필연적으로 생성되는 소정의 오차를 고유하게 포함한다. 본 명세서 전반에 걸쳐 주어진 모든 수치 범위는 이러한 보다 넓은 수치 범위 내에 속하는 모든 보다 좁은 수치 범위를, 이러한 보다 좁은 수치 범위가 모두 본원에 명백하게 기재된 것처럼 포함할 것이다.
본 발명의 추가적인 장점은 다음의 설명 중 부분적으로 설명될 것이고, 부분적으로는 설명으로부터 명백해지거나, 또는 본 발명의 실시에 의해 학습할 수 있을 것이다. 전술한 일반적 설명 및 후술할 상세한 설명 둘 다는 단지 예시적 및 해설적인 것일 뿐이며 청구된 바와 같은 본 발명을 한정하는 것은 아니라고 이해되어야 한다. 본 발명의 상이한 측면들이 개별적으로, 집합적으로, 또는 서로 조합되어 인지될 수 있음을 이해해야 한다.
본 개시내용은 화학적 변화에 영향을 미치기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 본원에 기재된 시스템 및 방법은 화학적 변화에 영향을 미치기 위해 전기 에너지를 사용할 수 있다. 이러한 화학적 변화에 영향을 미치는 것은 본 개시내용의 시스템 및 방법을 사용하여 입자 (예를 들어, 일례로서 카본 블랙과 같은 탄소 입자)를 제조하는 것을 포함할 수 있다. 본원에 기재된 화학적 변화는 탄화수소-함유 물질을 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)로 전환시키는 데에 사용되는 원료와 연관되거나 밀접하게 관련되지 않은 에너지를 사용하여 (예를 들어, 주로, 실질적으로, 전체적으로 또는 적어도 부분적으로) 영향을 받을 수 있다. 본원의 시스템 및 방법의 도움으로 구현되는 프로세스는 생태학적 및 효율 관점에서 매우 유망할 수 있다. 예를 들어, 카본 블랙의 경우에, 본원에 기재된 프로세스는 기존 퍼니스 프로세스보다 약 5 내지 약 10배 더 적은 CO2를 방출할 수 있다. 본원에 기재된 프로세스는 청정하여, 퍼니스 프로세스에서 제조된 카본 블랙의 1 톤당 NOx 및 SOx가 수십 킬로그램이고 CO2가 수 톤인 것에 비해, 거의 0의 국부 CO2 및 0의 SOx를 방출할 수 있다. 본원에서 시스템 및 방법은 기존 퍼니스 프로세스를 대체하여 기체상 또는 액체 연료를 고체 탄소 (예를 들어, 고체 탄소 및 수소)로 전환시키는 보다 효율적인, 비용-절감 및/또는 오염이 더 적은 프로세스를 제공할 수 있다.
본 개시내용의 탄소 입자는 1차 입자 (또한 본원에서 "탄소 1차 입자")일 수 있다. 본 개시내용의 탄소 입자는 응집체 (또한 본원에서 "탄소 입자 응집체" 및 "입자 응집체")일 수 있다. 응집체는 2개 이상의 (예를 들어, 복수의) 1차 입자를 포함할 수 있다. 용어 탄소 입자는 1차 입자, 응집체, 또는 둘 다를 지칭할 수 있다 (예를 들어, 1차 입자 및 응집체는 둘 다 입자이다). 본원에서 사용되는 용어 입자는 큰 입자 오염에 대한 문맥에서 사용되지 않는 한, 탄소 입자를 지칭할 수 있다. 하나 이상의 응집체는 집괴체 (또한 본원에서 "탄소 입자 집괴체" 및 "입자 집괴체")를 형성할 수 있다. 집괴체는 반 데르 발스 힘에 의해 함께 보유/유지되는 응집체를 포함할 수 있다. 용어 탄소 입자는 용어 집괴체와 상호교환가능하게 사용될 수 있거나, 일부 문맥에서 집괴체를 지칭하는데 사용될 수 있다. 본원에서 탄소 입자에 대한 임의의 설명은 적어도 일부 구성에서 탄소 입자 응집체에 동등하게 적용될 수 있고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다 (예를 들어, 탈기와 관련하여).
본 개시내용의 탄소 입자는 미립자를 포함할 수 있다. 미립자는 적어도 하나의 치수가 100 나노미터(nm) 미만인 입자일 수 있다. 미립자는 스캐닝 또는 투과 전자 현미경검사를 통해 최대 치수로 측정시 평균 크기가 약 5 마이크로미터(마이크론) 미만인 입자 (예를 들어, 응집체)일 수 있다. 미립자는 부피 등가 구체가 (예를 들어, 약) 1 마이크로미터 내지 (예를 들어, 약) 5 마이크로미터의 직경 (또한 본원에서 "등가 구 직경" 및 "부피 등가 구 직경")을 보유하는 입자일 수 있다 (예를 들어, 액체의 변위는 입자당 1 마이크로미터 내지 5 마이크로미터 구체와 등가이다). 미립자는 DLS에 의해 결정되는 크기 (예를 들어, 유체역학적 직경)가 (예를 들어, 약) 2 마이크로미터 내지 (예를 들어, 약) 10 마이크로미터일 수 있는 입자일 수 있다. 탄소 입자는 구형 및/또는 타원형상 미세 탄소 입자를 포함할 수 있다. 구형 또는 타원형상 입자는 단일 입자를 의미할 수 있고, 또한 포도 송이 또는 세엽상과 유사한 방식으로 함께 붙어 있는 복수의 입자를 의미할 수 있다. 카본 블랙은 이러한 유형의 미세 탄소 입자의 예일 수 있다. 탄소 입자는 소수 층 그래핀(FLG)을 포함할 수 있고, 이는 그래핀의 2개 이상의 층을 보유하는 입자를 포함할 수 있고 편평하거나 실질적으로 편평한 것으로 가장 잘 설명되는 형상을 갖는다. 탄소 입자는 실질적으로 디스크 형태일 수 있다. 탄소 입자는 탄소 나노입자를 포함할 수 있다. 탄소 나노입자는, 예를 들어, 90% 이상이 탄소이고, (예를 들어, 약) 5 제곱미터/그램(m2/g), 10 m2/g 또는 15 m2/g보다 큰 표면적을 가지며, 그에 대한 부피 등가 구체가 (예를 들어, 약) 1 마이크로미터 미만의 직경을 보유하는 (예를 들어, 액체의 변위는 입자당 1 마이크로미터 구체와 등가이거나 더 적음) 임의의 입자를 포함할 수 있다. 탄소 나노입자는, 예를 들어, 90% 이상이 탄소이고, (예를 들어, 약) 5 제곱미터/그램(m2/g), 10 m2/g 또는 15 m2/g보다 큰 표면적을 가지며, DLS에 의해 결정되는 크기 (예를 들어, 유체역학적 직경)가 (예를 들어, 약) 2 마이크로미터 미만인 임의의 입자를 포함할 수 있다. 이는 비제한적인 예로서 바늘, 관, 판, 디스크, 보울, 원추, 응집된 디스크, 소수 층 그래핀(FLG), 타원형상, 응집된 타원형상, 구체, 및 응집된 구체 (예를 들어, 카본 블랙)를 비롯한 많은 상이한 형상을 포함할 수 있다. 탄소 나노입자는 또한 복수의 이들 입자 형상을 포함할 수 있다. 탄소 나노입자는 이들 입자 형상 중 하나 이상을 개별적으로 (예를 들어, 제1 별개의 1차 입자는 제1 (1차) 입자 형상을 가질 수 있고, 제2 별개의 1차 입자는 제1 (1차) 입자 형상과 상이한 제2 (1차) 입자 형상을 가질 수 있음) 및/또는 하나의 별개의 1차 입자 또는 응집체 내에서 (예를 들어, 일례로서, 주어진 별개의 1차 입자는 이러한 입자 형상의 조합을 가질 수 있음) 포함할 수 있다. 예를 들어, 탄소 나노입자는 복수의 이들 입자 형상을 개별적으로뿐만 아니라 하나의 별개의 입자 (예를 들어, 1차 입자 또는 응집체) 내에서도 포함할 수 있다. 수치 기준으로 탄소 나노입자의 임의의 주어진 샘플 중 입자의 적어도 90%는 탄소 나노입자의 이러한 정의의 한계 내에 있을 수 있다.
본원에서 시스템 및 방법은 개선된 입자 (예를 들어, 일례로서 개선된 카본 블랙 입자와 같은 개선된 탄소 입자)를 제조하는데 사용될 수 있다. 이러한 입자는 본원에서 주로 탄소 입자와 관련하여 또는 그에 관한 문맥에서 설명될 수 있지만, 본 개시내용의 입자는 다른 유형의 입자를 포함할 수 있다. 본원에 기재된 탄소 입자는 유리하게는, 예를 들어, 페인트, 코팅, 잉크, 및/또는 타이어를 위한 엘라스토머 복합체 (예를 들어, 중합체 내의 충전재로서)에 사용될 수 있다. 본원에 기재된 탄소 입자는, 예를 들어 본원의 다른 곳에서 보다 상세히 기재된 바와 같이 산업용 고무 및/또는 플라스틱 응용에서 유리하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 본원에 기재된 탄소 입자는 고무 및/또는 플라스틱 제품에서 충전재로서 유리하게 사용될 수 있다. 탄소 입자는, 예를 들어 카본 블랙 입자를 포함할 수 있다. 탄소 입자는 탄소질 안료/착색제를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 탄소 입자(들) (예를 들어, 일례로서 개선된 카본 블랙 입자(들)와 같은 개선된 탄소 입자(들))는 특성의 세트를 가질 수 있다. 본 개시내용의 탄소 입자(들)는 본원에 기재된 특성의 조합을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 (예를 들어, 1-단계 프로세스에서) 제조된 상태에서 본원에 기재된 특성들 중 하나 이상 (예를 들어, 모두)을 가질 수 있다.
탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 주어진 형상을 가질 수 있다. 입자는 주어진 타원체 계수 (또한 본원에서 "타원형상 계수")를 가질 수 있다. 타원형상 계수는 타원의 최장 치수의 길이를 길이에 대해 90° 각도로 그려진 선에 의해 정의되는 타원의 폭으로 나눈 것일 수 있다. 퍼니스 블랙 1차 입자에 대한 타원체 계수는 전형적으로 1.0 내지 1.3이다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 입자는 보다 타원형상인 형상을 가져 타원체 계수가 1.3을 초과할 수 있다. 타원체 계수는, 예를 들어, 약 1, 1.05, 1.1, 1.15, 1.2, 1.25, 1.3, 1.35, 1.4, 1.45, 1.5, 1.55, 1.6, 1.65, 1.7, 1.75, 1.8, 1.85, 1.9, 1.95, 2, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9 또는 3 이상일 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 타원체 계수는 예를 들어 약 3, 2.9, 2.8, 2.7, 2.6, 2.5, 2.4, 2.3, 2.2, 2.1, 2, 1.95, 1.9, 1.85, 1.8, 1.75, 1.7, 1.65, 1.6, 1.55, 1.5, 1.45, 1.4, 1.35, 1.3, 1.25, 1.2, 1.15, 1.1, 1.05 또는 1 이하일 수 있다. 탄소 입자는 본원에 기재된 하나 이상의 다른 특성과 조합하여 이러한 형상을 가질 수 있다.
탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))는 주어진 크기(들) 또는 주어진 크기 분포를 가질 수 있다. 탄소 입자는 예를 들어 약 1 마이크로미터 또는 700 nm 미만의 부피 등가 구 직경일 수 있다. 부피 등가 구 직경 (예를 들어, TEM 히스토그램으로부터 입자(들)/응집체의 부피를 결정함으로써 얻어짐)은, 예를 들어, 약 5 마이크로미터(μm), 4.5 μm, 4 μm, 3.5 μm, 3 μm, 2.5 μm, 2.4 μm, 2.3 μm, 2.2 μm, 2.1 μm, 2 μm, 1.9 μm,1.8 μm, 1.7 μm, 1.6 μm, 1.5 μm, 1.4 μm, 1.3 μm, 1.2 μm, 1.1 μm, 1 μm, 0.95 μm, 0.9 μm, 0.85 μm, 0.8 μm, 0.75 μm, 0.7 μm, 0.65 μm, 0.6 μm, 0.55 μm, 0.5 μm, 0.45 μm, 0.4 μm, 0.35 μm, 0.3 μm, 0.25 μm, 0.2 μm, 0.15 μm, 0.1 μm, 90 나노미터(nm), 80 nm, 70 nm, 60 nm, 50 nm, 40 nm, 30 nm, 20 nm, 10 nm 또는 5 nm 이하일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 부피 등가 구 직경 (예를 들어, TEM 히스토그램으로부터 입자(들)/응집체의 부피를 측정함으로써 얻어짐)은 예를 들어, 약 5 nm, 10 nm, 20 nm, 30 nm, 40 nm, 50 nm, 60 nm, 70 nm, 80 nm, 90 nm, 0.1 μm, 0.15 μm, 0.2 μm, 0.25 μm, 0.3 μm, 0.35 μm, 0.4 μm, 0.45 μm, 0.5 μm, 0.55 μm, 0.6 μm, 0.65 μm, 0.7 μm, 0.75 μm, 0.8 μm, 0.85 μm, 0.9 μm, 1 μm, 1.2 μm, 1.3 μm, 1.4 μm, 1.5 μm, 1.6 μm, 1.7 μm, 1.8 μm, 1.9 μm, 2 μm, 2.1 μm, 2.2 μm, 2.3 μm, 2.4 μm, 2.5 μm, 3 μm, 3.5 μm, 4 μm, 4.5 μm 또는 5 μm 이상일 수 있다. 입자 크기는 예를 들어 동적 광 산란(DLS)을 통해 분석될 수 있다. DLS에 의해 제공되는 크기 측정치는 TEM에 의해 제공되는 크기 측정치와 상이할 수 있다. TEM에 의한 크기 측정치는 부피 등가 구 직경일 수 있다. DLS에 의한 크기 측정치는 유체역학적 직경일 수 있다. DLS는 유체역학적 반경에 기초하여 입자 크기를 측정하는데 사용될 수 있고, 이는 입자가 무한하게 빠르게 회전하는 경우에 그려지는 반경에 상응할 수 있다. Z 평균 입자 크기는 입자의 유체역학적 직경일 수 있다. Z 평균 입자 크기는 3차원에서의 응집체 (예를 들어, 입자 응집체)의 최대 직경(유체역학적 직경)일 수 있다. DLS 분석은 강도 기준 및/또는 부피 기준 입자 크기 분포를 제공할 수 있다. 예를 들어, DLS를 사용하여 강도 측정에 의해 크기를 제공할 수 있다. 강도 기준 크기는 일부 경우에 부피 기준 크기보다 낮을 수 있다. 부피 기준 크기는 일부 경우에 강도 기준 크기의 측정을 기초로 할 수 있다. 크기 (예를 들어, 강도 기준 및/또는 부피 기준)는 예를 들어, 약 5 nm, 10 nm, 15 nm, 20 nm, 25 nm, 30 nm, 35 nm, 40 nm, 45 nm, 50 nm, 75 nm, 100 nm, 105 nm, 110 nm, 113 nm, 115 nm, 120 nm, 125 nm, 150 nm, 175 nm, 200 nm, 205 nm, 210 nm, 213 nm, 216 nm, 220 nm, 225 nm, 230 nm, 235 nm, 240 nm, 245 nm, 247 nm, 250 nm, 255 nm, 260 nm, 265 nm, 270 nm, 275 nm, 280 nm, 281 nm, 285 nm, 290 nm, 295 nm, 300 nm, 303 nm, 305 nm, 310 nm, 312 nm, 315 nm, 320 nm, 323 nm, 325 nm, 328 nm, 330 nm, 332 nm, 333 nm, 335 nm, 340 nm, 345 nm, 350 nm, 355 nm, 360 nm, 370 nm, 380 nm, 390 nm, 403 nm, 410 nm, 420 nm, 430 nm, 440 nm, 450 nm, 460 nm, 470 nm, 480 nm, 490 nm, 500 nm, 550 nm, 600 nm, 650 nm, 700 nm, 750 nm, 800 nm, 850 nm, 900 nm, 950 nm, 1000 nm, 1500 nm, 2000 nm, 2500 nm, 3000 nm, 3500 nm, 4000 nm, 4500 nm, 5000 nm, 5500 nm, 6000 nm, 6500 nm, 7000 nm, 7500 nm, 8000 nm, 8500 nm, 9000 nm, 9500 nm 또는 10 μm 이상일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 크기 (예를 들어, 강도 기준 및/또는 부피 기준)는 예를 들어, 약 10 μm, 9500 nm, 9000 nm, 8500 nm, 8000 nm, 7500 nm, 7000 nm, 6500 nm, 6000 nm, 5500 nm, 5000 nm, 4500 nm, 4000 nm, 3500 nm, 3000 nm, 2500 nm, 2000 nm, 1500 nm, 1000 nm, 950 nm, 900 nm, 850 nm, 800 nm, 750 nm, 700 nm, 650 nm, 550 nm, 500 nm, 490 nm, 480 nm, 470 nm, 460 nm, 450 nm, 440 nm, 430 nm, 420 nm, 410 nm, 403 nm, 390 nm, 380 nm, 370 nm, 360 nm, 355 nm, 350 nm, 345 nm, 340 nm, 335 nm, 333 nm, 332 nm, 330 nm, 328 nm, 325 nm, 323 nm, 320 nm, 315 nm, 312 nm, 310 nm, 305 nm, 303 nm, 300 nm, 295 nm, 290 nm, 285 nm, 281 nm, 280 nm, 275 nm, 270 nm, 265 nm, 260 nm, 255 nm, 250 nm, 247 nm, 245 nm, 240 nm, 235 nm, 230 nm, 225 nm, 220 nm, 216 nm, 213 nm, 210 nm, 205 nm, 200 nm, 175 nm, 150 nm, 125 nm, 120 nm, 115 nm, 113 nm, 110 nm, 105 nm, 100 nm, 75 nm, 50 nm, 45 nm, 40 nm, 35 nm, 30 nm, 25 nm, 20 nm, 15 nm, 10 nm 또는 5 nm 이하일 수 있다. 입자는 DLS 분석에 의해 제공되는 하나 이상의 다분산 지수와 조합하여 이러한 크기를 가질 수 있다. 다분산 지수는 예를 들어, 약 0, 0.005, 0.010, 0.025, 0.050, 0.075, 0.100, 0.120, 0.140, 0.160, 0.180, 0.200, 0.205, 0.211, 0.215, 0.221, 0.225, 0.230, 0.234, 0.240, 0.245, 0.250, 0.275, 0.3, 0.35, 0.4, 0.45 또는 0.5 이상일 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 다분산 지수는 예를 들어 약 0.5, 0.45, 0.4, 0.35, 0.3, 0.275, 0.250, 0.245, 0.240, 0.234, 0.230, 0.225, 0.221, 0.215, 0.211, 0.205, 0.200, 0.180, 0.160, 0.140, 0.120, 0.100, 0.075, 0.050, 0.025, 0.010 또는 0.005 이하일 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙)와 실질적으로 동일한 입자 크기 분포를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 기준 탄소 입자보다 더 좁은 응집체 크기 분포에 상응하는, 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙)보다 더 낮은 (예를 들어, 적어도 약 1%, 2%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% 또는 99% 더 낮은) 다분산 지수를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 기준 탄소 입자보다 더 넓은 응집체 크기 분포에 상응하는, 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙)보다 더 높은 (예를 들어, 적어도 약 1%, 2%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% 또는 99% 더 높은) 다분산 지수를 가질 수 있다. 실시예에서, 약 23 m2/g 내지 약 35 m2/g의 N2SA 및 약 59 ml/100g 내지 약 71 ml/100g의 DBP, 또는 약 19 m2/g 내지 약 39 m2/g의 N2SA 및 약 55 ml/100g 내지 약 75 ml/100g의 DBP (예를 들어, 약 31 m2/g의 N2SA 및 약 65 ml/100g의 DBP)를 갖는 본 개시내용에 따른 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 216 nm의 강도 기준 크기, 약 328 nm의 부피 기준 크기 및 약 0.211의 다분산 지수를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 약 29 m2/g 내지 약 41 m2/g의 N2SA 및 약 84 ml/100g 내지 약 96 ml/100g의 DBP, 또는 약 25 m2/g 내지 약 45 m2/g의 N2SA 및 약 80 ml/100g 내지 약 100 ml/100g의 DBP (예를 들어, 약 33 m2/g의 N2SA 및 약 85 ml/100g의 DBP)를 갖는 본 개시내용에 따른 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)은 약 265 nm의 강도 기준 크기, 약 403 nm의 부피 기준 크기 및 약 0.221의 다분산 지수를 가질 수 있다. 탄소 입자는 본원에 기재된 하나 이상의 다른 특성과 조합하여 이러한 크기를 가질 수 있다.
탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))는 주어진 밀도를 가질 수 있다. 밀도는 참 밀도일 수 있다. 참 밀도는, 예를 들어 헬륨(He) 비중측정법에 의해 결정될 수 있다. 참 밀도는, 예를 들어 ASTM D7854 (예를 들어, ASTM D7854-16)에 따라 측정할 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))는 (예를 들어, 약) 2.1g/cm3의 이상의 참 밀도를 가질 수 있다. 퍼니스 블랙에 대한 참 밀도는 전형적으로 1.8-1.9g/cm3이다. 본원에 기재된 탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들)의 참 밀도는 예를 들어, 약 1.5 g/cm3, 1.6 g/cm3, 1.7 g/cm3, 1.75 g/cm3, 1.8 g/cm3, 1.85 g/cm3, 1.9 g/cm3, 1.95 g/cm3, 2 g/cm3, 2.05 g/cm3, 2.1 g/cm3, 2.15 g/cm3, 2.2 g/cm3, 2.25 g/cm3, 2.3 g/cm3, 2.35 g/cm3, 2.4 g/cm3, 2.45 g/cm3, 2.5 g/cm3, 2.6 g/cm3, 2.7 g/cm3, 2.8 g/cm3, 2.9 g/cm3 또는 3 g/cm3 이상일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 본원에 기재된 탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))의 참 밀도는 예를 들어, 약 3 g/cm3, 2.9 g/cm3, 2.8 g/cm3, 2.7 g/cm3, 2.6 g/cm3, 2.5 g/cm3, 2.45 g/cm3, 2.4 g/cm3, 2.35 g/cm3, 2.3 g/cm3, 2.25 g/cm3, 2.2 g/cm3, 2.15 g/cm3, 2.1 g/cm3, 2.05 g/cm3, 2 g/cm3, 1.95 g/cm3, 1.9 g/cm3, 1.85 g/cm3, 1.8 g/cm3, 1.75 g/cm3, 1.7 g/cm3, 1.6 g/cm3 또는 1.5 g/cm3 이하일 수 있다. 본원에 기재된 탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))의 참 밀도는 예를 들어, 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙)의 참 밀도보다 약 0%, 1%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% 또는 100% 이상 더 크다. 대안적으로 또는 추가로, 본원에 기재된 탄소 입자(들)의 참 밀도 (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))는 예를 들어, 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙)의 참 밀도보다 약 100%, 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10%, 5% 또는 1% 이하 더 크다. 일부 실시예에서, 탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))는 퍼니스 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)에 비해 이러한 더 큰 참 밀도를 가질 수 있다. 탄소 입자는 본원에 기재된 하나 이상의 다른 특성과 조합하여 이러한 참 밀도를 가질 수 있다.
탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))는 주어진 결정화도를 가질 수 있다. 결정화도는 La 및/또는 Lc에 관하여 표현될 수 있으며, 여기서 La는 분말 회절 X-선 결정학에 의해 측정시 흑연 결정의 ab 평면에서 결정질 도메인의 크기이고, Lc는 그래핀 시트의 두께 또는 탄소 1차 입자 내의 (예를 들어, 카본 블랙 1차 입자 내의) 흑연 도메인의 c 축의 길이이다. 탄소 입자 (예를 들어, 탄소 나노입자)의 결정화도는 예를 들어 X-선 결정 회절측정법(XRD)을 통해 측정될 수 있다. XRD는, 예를 들어 (예를 들어, 카본 블랙의) 분말 XRD 분석일 수 있다. 예를 들어, Cu K 알파 방사선은 40kV(킬로볼트)의 전압 및 44 mA(밀리암페어)의 전류에서 사용될 수 있다. 스캔 속도는 12 내지 90도인 2세타로부터 1.3 도/분일 수 있다. 흑연의 002 피크를 셰러 방정식(Scherrer equation)을 사용하여 분석하여 Lc(격자 상수 (또한 본원에서 "결정화도")) 및 d002 (흑연의 002 피크의 격자 간격) 값을 얻을 수 있다. 더 큰 Lc 값은 더 큰 결정화도에 상응할 수 있다. 더 작은 격자 간격(d002) 값은 보다 높은 결정화도 또는 보다 많은 흑연-유사 격자 구조에 상응할 수 있다. 예를 들어, 0.36 nm 이상의 더 큰 격자 간격(d002)은 (예를 들어, 퍼니스 프로세스를 통해 제조된 카본 블랙 샘플에 대해 공통적인) 터보스트래틱 탄소(turbostratic carbon)의 지표일 수 있다. 일부 실시예에서, 결정화도는 La 또는 Lc의 관점에서 약 1 nm 초과, 약 4 nm 초과, 또는 약 3 nm 내지 약 20 nm일 수 있다. La 및/또는 Lc는 예를 들어, 약 0.1 nm, 0.5 nm, 1 nm, 1.1 nm, 1.2 nm, 1.3 nm, 1.4 nm, 1.5 nm, 1.6 nm, 1.7 nm, 1.8 nm, 1.9 nm, 2 nm, 2.1 nm, 2.2 nm, 2.3 nm, 2.4 nm, 2.5 nm, 2.6 nm, 2.7 nm, 2.8 nm, 2.9 nm, 3 nm, 3.1 nm, 3.2 nm, 3.3 nm, 3.4 nm, 3.5 nm, 4 nm, 4.5 nm, 5 nm, 5.5 nm, 6 nm, 6.1 nm, 6.2 nm, 6.3 nm, 6.4 nm, 6.5 nm, 6.6 nm, 6.7 nm, 6.8 nm, 6.9 nm, 7 nm, 7.1 nm, 7.2 nm, 7.3 nm, 7.4 nm, 7.5 nm, 7.6 nm, 7.7 nm, 7.8 nm, 7.9 nm, 8 nm, 8.1 nm, 8.2 nm, 8.3 nm, 8.4 nm, 8.5 nm, 8.6 nm, 8.7 nm, 8.8 nm, 8.9 nm, 9 nm, 9.1 nm, 9.2 nm, 9.3 nm, 9.4 nm, 9.5 nm, 9.6 nm, 9.7 nm, 9.8 nm, 9.9 nm, 10 nm, 10.1 nm, 10.2 nm, 10.3 nm, 10.4 nm, 10.5 nm, 10.6 nm, 10.7 nm, 10.8 nm, 10.9 nm, 11 nm, 11.1 nm, 11.2 nm, 11.3 nm, 11.4 nm, 11.5 nm, 11.6 nm, 11.7 nm, 11.8 nm, 11.9 nm, 12 nm, 12.1 nm, 12.2 nm, 12.3 nm, 12.4 nm, 12.5 nm, 12.6 nm, 12.7 nm, 12.8 nm, 12.9 nm, 13 nm, 13.1 nm, 13.2 nm, 13.3 nm, 13.4 nm, 13.5 nm, 13.6 nm, 13.7 nm, 13.8 nm, 13.9 nm, 14 nm, 14.5 nm, 15 nm, 15.5 nm, 16 nm, 16.5 nm, 17 nm, 17.5 nm, 18 nm, 18.5 nm, 19 nm, 19.5 nm 또는 20 nm 이상일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, La 및/또는 Lc는 예를 들어, 약 20 nm, 19.5 nm, 19 nm, 18.5 nm, 18 nm, 17.5 nm, 17 nm, 16.5 nm, 16 nm, 15.5 nm, 15 nm, 14.5 nm, 14 nm, 13.9 nm, 13.8 nm, 13.7 nm, 13.6 nm, 13.5 nm, 13.4 nm, 13.3 nm, 13.2 nm, 13.1 nm, 13 nm, 12.9 nm, 12.8 nm, 12.7 nm, 12.6 nm, 12.5 nm, 12.4 nm, 12.3 nm, 12.2 nm, 12.1 nm, 12 nm, 11.9 nm, 11.8 nm, 11.7 nm, 11.6 nm, 11.5 nm, 11.4 nm, 11.3 nm, 11.2 nm, 11.1 nm, 11 nm, 10.9 nm, 10.8 nm, 10.7 nm, 10.6 nm, 10.5 nm, 10.4 nm, 10.3 nm, 10.2 nm, 10.1 nm, 10 nm, 9.9 nm, 9.8 nm, 9.7 nm, 9.6 nm, 9.5 nm, 9.4 nm, 9.3 nm, 9.2 nm, 9.1 nm, 9 nm, 8.9 nm, 8.8 nm, 8.7 nm, 8.6 nm, 8.5 nm, 8.4 nm, 8.3 nm, 8.2 nm, 8.1 nm, 8 nm, 7.9 nm, 7.8 nm, 7.7 nm, 7.6 nm, 7.5 nm, 7.4 nm, 7.3 nm, 7.2 nm, 7.1 nm, 7 nm, 6.9 nm, 6.8 nm, 6.7 nm, 6.6 nm, 6.5 nm, 6.4 nm, 6.3 nm, 6.2 nm, 6.1 nm, 6 nm, 5.5 nm, 5 nm, 4.5 nm, 4 nm, 3.5 nm, 3.4 n2.7 nm, m, 3.3 nm, 3.2 nm, 3.1 nm, 3 nm, 2.9 nm, 2.8 nm, 2.6 nm, 2.5 nm, 2.4 nm, 2.3 nm, 2.2 nm, 2.1 nm, 2 nm, 1.9 nm, 1.8 nm, 1.7 nm, 1.6 nm 또는 1.5 nm 이하일 수 있다. d002는 예를 들어, 약 0.5 nm, 0.49 nm, 0.48 nm, 0.47 nm, 0.46 nm, 0.45 nm, 0.44 nm, 0.43 nm, 0.42 nm, 0.41 nm, 0.4 nm, 0.395 nm, 0.39 nm, 0.385 nm, 0.38 nm, 0.375 nm, 0.37 nm, 0.369 nm, 0.368 nm, 0.367 nm, 0.366 nm, 0.365 nm, 0.364 nm, 0.363 nm, 0.362 nm, 0.361 nm, 0.360 nm, 0.359 nm, 0.358 nm, 0.357 nm, 0.356 nm, 0.355 nm, 0.354 nm, 0.353 nm, 0.352 nm, 0.351 nm, 0.350 nm, 0.349 nm, 0.348 nm, 0.347 nm, 0.346 nm, 0.345 nm, 0.344 nm, 0.343 nm, 0.342 nm, 0.341 nm, 0.340 nm, 0.339 nm, 0.338 nm, 0.337 nm, 0.336 nm, 0.335 nm, 0.334 nm, 0.333 nm 또는 0.332 nm 이하일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, d002는 예를 들어, 약 0.332 nm, 0.333 nm, 0.334 nm, 0.335 nm, 0.336 nm, 0.337 nm, 0.338 nm, 0.339 nm, 0.340 nm, 0.341 nm, 0.342 nm, 0.343 nm, 0.344 nm, 0.345 nm, 0.346 nm, 0.347 nm, 0.348 nm, 0.349 nm, 0.350 nm, 0.351 nm, 0.352 nm, 0.353 nm, 0.354 nm, 0.355 nm, 0.356 nm, 0.357 nm, 0.358 nm, 0.359 nm, 0.360 nm, 0.361 nm, 0.362 nm, 0.363 nm, 0.364 nm, 0.365 nm, 0.366 nm, 0.367 nm, 0.368 nm, 0.369 nm, 0.37 nm, 0.375 nm, 0.38 nm, 0.385 nm, 0.39 nm, 0.395 nm, 0.4 nm, 0.41 nm, 0.42 nm, 0.43 nm, 0.44 nm, 0.45 nm, 0.46 nm, 0.47 nm, 0.48 nm 또는 0.49 nm 이상일 수 있다. 일부 실시예에서, 탄소 입자(들)는 약 3.0 나노미터(nm) 초과의 Lc 및/또는 약 0.35 nm 미만의 d002를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 제조된 입자는 3.5 nm 초과의 Lc 및 약 0.36 nm 미만의 d002를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 탄소 입자(들)는 약 4.0 nm 초과의 Lc 및/또는 약 0.35 nm 또는 36 nm 미만의 d002를 가질 수 있다. 탄소 입자(들)는 본원에 기재된 하나 이상의 다른 특성과 조합하여 이러한 결정화도를 가질 수 있다.
탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙)은 주어진 표면 관능가를 가질 수 있다. 예를 들어, 탄소 입자(들)는 주어진 (표면) 친수성 함량, 주어진 수소 함량 및/또는 다른 표면 특성을 가질 수 있다.
탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))는 주어진 (표면) 친수성 함량을 가질 수 있다. 친수성 특성은 예를 들어 기체 흡착 분석 (예를 들어, 기체 흡착에 이어서 데이터 통합에 의해 물 확산 압력을 결정함)으로부터 유도될 수 있다. 표면 (예를 들어, 친수성) 함량은, 예를 들어, 물을 흡착하는 친화도에 관하여, 물 확산 압력(WSP)에 관하여 및/또는 다른 측정기준 (예를 들어, 보엠(Boehm) 적정)을 통해 표현될 수 있다. WSP는 상대 습도(RH)가 시간 경과에 따라 0에서 80% 상대 습도까지 서서히 증가되고 WSP(πe)가 방정식 
에 따라 결정되는 것인 제어된 분위기에서의 질량 증가를 측정함으로써 결정될 수 있고, 여기서 R은 기체 상수이고, T는 온도이고, A는 샘플의 N2 표면적(SA) (ASTM D6556)이고, H2O는 다양한 RH에서 탄소 표면에 흡착된 물의 양이고, P는 분위기 중의 물의 분압이고, P0는 포화 압력이다. 평형 흡착은 다양한 별개의 RH에서 측정될 수 있고, 이어서 곡선하 면적을 측정하여 WSP 값을 산출할 수 있다. 마이크로메리틱스(Micromeritics)로부터의 3Flex 시스템을 사용하여 25℃에서 샘플을 측정할 수 있다. 적분되는 영역은 0에서 포화 압력까지일 수 있다. d는 d 이후 어떤 증분 단위가 있는 적분이든, 즉, 압력의 자연 로그가 변하는 적분에 대해 그 정상 지표를 가질 수 있다. 예를 들어, 전문이 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 번호 8,501,148("COATING COMPOSITION INCORPORATING A LOW STRUCTURE CARBON BLACK AND DEVICES FORMED THEREWITH")를 참조한다. 일부 실시예에서, 예를 들어 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도로 기재되는 경우, 탄소 입자의 (예를 들어, 개선된 카본 블랙의) 표면의 친수성 함량은 (예를 들어, 카본 블랙) 표면적의 1 m2(제곱미터)당 물 0.05 내지 0.5 ml(밀리리터) 미만일 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 프로세스에서 제조된 탄소 입자 (예를 들어, 개선된 카본 블랙)의 WSP는 약 0 내지 약 8 mJ/m2일 수 있다. 이는 퍼니스 제조된 카본 블랙의 전형적인 범위인 약 5 내지 약 20 mJ/m2보다 낮다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 프로세스에서 제조된 탄소 입자의 WSP는 약 5 mJ/m2 미만일 수 있다. 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도는 예를 들어, 약 1 ml/m2, 0.9 ml/m2, 0.8 ml/m2, 0.7 ml/m2, 0.6 ml/m2, 0.5 ml/m2, 0.45 ml/m2, 0.4 ml/m2, 0.35 ml/m2, 0.3 ml/m2, 0.25 ml/m2, 0.2 ml/m2, 0.15 ml/m2, 0.1 ml/m2, 0.05 ml/m2, 0.01 ml/m2 또는 0.005 ml/m2 이하일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도는 예를 들어, 약 0.005 ml/m2, 0.01 ml/m2, 0.05 ml/m2, 0.1 ml/m2, 0.15 ml/m2, 0.2 ml/m2, 0.25 ml/m2, 0.3 ml/m2, 0.35 ml/m2, 0.4 ml/m2, 0.45 ml/m2, 0.5 ml/m2, 0.6 ml/m2, 0.7 ml/m2, 0.8 ml/m2, 0.9 ml/m2 또는 1 ml/m2 이상일 수 있다. WSP는 예를 들어, 약 40 mJ/m2, 35 mJ/m2, 30 mJ/m2, 29 mJ/m2, 28 mJ/m2, 27 mJ/m2, 26 mJ/m2, 25 mJ/m2, 24 mJ/m2, 23 mJ/m2, 22 mJ/m2, 21 mJ/m2, 20 mJ/m2, 19 mJ/m2, 18 mJ/m2, 17 mJ/m2, 16 mJ/m2, 15 mJ/m2, 14 mJ/m2, 13 mJ/m2, 12 mJ/m2, 11 mJ/m2, 10 mJ/m2, 9 mJ/m2, 8 mJ/m2, 7 mJ/m2, 6 mJ/m2, 5 mJ/m2, 4.5 mJ/m2, 4 mJ/m2, 3.5 mJ/m2, 3 mJ/m2, 2.5 mJ/m2, 2 mJ/m2, 1.5 mJ/m2, 1 mJ/m2, 0.5 mJ/m2 또는 0.25 mJ/m2 이하일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, WSP는 예를 들어, 약 0 mJ/m2, 0.25 mJ/m2, 0.5 mJ/m2, 1 mJ/m2, 1.5 mJ/m2, 2 mJ/m2, 2.5 mJ/m2, 3 mJ/m2, 3.5 mJ/m2, 4 mJ/m2, 4.5 mJ/m2, 5 mJ/m2, 6 mJ/m2, 7 mJ/m2, 8 mJ/m2, 9 mJ/m2, 10 mJ/m2, 11 mJ/m2, 12 mJ/m2, 13 mJ/m2, 14 mJ/m2, 15 mJ/m2, 16 mJ/m2, 17 mJ/m2, 18 mJ/m2, 19 mJ/m2, 20 mJ/m2, 21 mJ/m2, 22 mJ/m2, 23 mJ/m2, 24 mJ/m2, 25 mJ/m2, 26 mJ/m2, 27 mJ/m2, 28 mJ/m2, 29 mJ/m2, 30 mJ/m2, 35 mJ/m2 또는 40 mJ/m2 이상일 수 있다. 탄소 입자(들)는 본원에 기재된 하나 이상의 다른 특성과 조합하여 이러한 친수성 함량을 가질 수 있다.
표면에서 관능가에 대한 정보를 얻는 또 다른 방법은 보엠에 의해 문서화된 적정을 수행하는 것일 수 있다. 예를 들어, 문헌 [Boehm, HP "Some Aspects of Surface Chemistry of Carbon Blacks and Other Carbons," Carbon, 1994, page 759]을 참조하며, 이는 전문이 본원에 참조로 포함된다. WSP는 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)의 일반적 친수성을 측정하는 우수한 파라미터일 수 있지만; 그러나, WSP는 일부 경우에는 열 상 탈착(TPD)을 통해, X-선 광전자 분광분석법(XPS)을 통해, 또는 적정 방법 (예를 들어, 보엠 적정)을 통해 측정될 수 있는 바와 같은 표면에서의 관능기 비율을 제공할 수 없다.
탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))는 주어진 표면 산 기 함량을 가질 수 있다. 산성 기의 함량은 예를 들어, 관능기에 대한 보엠 적정을 사용하여 결정될 수 있다. 보엠 적정은 염기성 용액에 탄소 입자의 표면 (예를 들어, 카본 블랙 표면)의 노출을 통해 달성될 수 있다. 이어서, 염기성 용액을 산성화시키고, 강염기성 용액으로 역 적정할 수 있다. 일부 실시예에서, 총 표면 산 기 함량은 약 0.5 μmol/m2 이하일 수 있다. 표면 산 기 함량 (예를 들어, 총, 강산 및/또는 약산 함량)은 예를 들어, 약 5 μmol/m2, 4 μmol/m2, 3 μmol/m2, 2 μmol/m2, 1.5 μmol/m2, 1.4 μmol/m2, 1.3 μmol/m2, 1.2 μmol/m2, 1.189 μmol/m2, 1.1 μmol/m2, 1 μmol/m2, 0.095 μmol/m2, 0.9 μmol/m2, 0.863 μmol/m2, 0.8 μmol/m2, 0.767 μmol/m2, 0.7 μmol/m2, 0.6 μmol/m2, 0.5 μmol/m2, 0.424 μmol/m2, 0.4 μmol/m2, 0.375 μmol/m2, 0.3 μmol/m2, 0.2 μmol/m2, 0.1 μmol/m2, 0.05 μmol/m2 또는 0.01 μmol/m2 이하일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 표면 산 기 함량 (예를 들어, 총, 강산 및/또는 약산 함량)는 예를 들어, 약 0 μmol/m2, 0.01 μmol/m2, 0.05 μmol/m2, 0.1 μmol/m2, 0.2 μmol/m2, 0.3 μmol/m2, 0.375 μmol/m2, 0.4 μmol/m2, 0.424 μmol/m2, 0.5 μmol/m2, 0.6 μmol/m2, 0.7 μmol/m2, 0.767 μmol/m2, 0.8 μmol/m2, 0.863 μmol/m2, 0.9 μmol/m2, 0.095 μmol/m2, 1 μmol/m2, 1.1 μmol/m2, 1.189 μmol/m2, 1.2 μmol/m2, 1.3 μmol/m2, 1.4 μmol/m2, 1.5 μmol/m2, 2 μmol/m2, 3 μmol/m2 또는 4 μmol/m2 이상일 수 있다. 산성 기는 약산성 기 (예를 들어, 페놀, 퀴논 등)일 수 있다. 강산성 기가 존재할 수 있거나 존재하지 않을 수 있다 (예를 들어, 강산성 기가 실질적으로 존재하지 않음).
탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))는 주어진 수분 함량을 가질 수 있다. 수분 함량은, 예를 들어 ASTM D1509에 따라 측정될 수 있다. 수분 함량은 예를 들어 약 0.5% 미만일 수 있다. 수분 함량 (예를 들어, 중량 기준)은 예를 들어, 약 5%, 4.5%, 4%, 3.5%, 3%, 2.8%, 2.6%, 2.4%, 2.2%, 2%, 1.95%, 1.9%, 1.85%, 1.8%, 1.75%, 1.7%, 1.65%, 1.6%, 1.55%, 1.5%, 1.45%, 1.4%, 1.35%, 1.3%, 1.25%, 1.2%, 1.15%, 1.1%, 1%, 0.95%, 0.9%, 0.87%, 0.85%, 0.8%, 0.75%, 0.7%, 0.68%, 0.65%, 0.6%, 0.58%, 0.56%, 0.54%, 0.52%, 0.5%, 0.48%, 0.46%, 0.44%, 0.42%, 0.4%, 0.38%, 0.36%, 0.34%, 0.32%, 0.3%, 0.29%, 0.28%, 0.26%, 0.24%, 0.23%, 0.22%, 0.21%, 0.2%, 0.19%, 0.18%, 0.17%, 0.16%, 0.15%, 0.14%, 0.13%, 0.12%, 0.11%, 0.1%, 0.05%, 0.01% 또는 0.005% 이하일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 수분 함량 (예를 들어, 중량 기준)은 예를 들어, 약 0%, 0.005%, 0.01%, 0.05%, 0.1%, 0.11%, 0.12%, 0.13%, 0.14%, 0.15%, 0.16%, 0.17%, 0.18%, 0.19%, 0.2%, 0.21%, 0.22%, 0.23%, 0.24%, 0.26%, 0.28%, 0.29%, 0.3%, 0.32%, 0.34%, 0.36%, 0.38%, 0.4%, 0.42%, 0.44%, 0.46%, 0.48%, 0.5%, 0.52%, 0.54%, 0.56%, 0.58%, 0.6%, 0.65%, 0.68%, 0.7%, 0.75%, 0.8%, 0.85%, 0.87%, 0.9%, 0.95%, 1%, 1.1%, 1.15%, 1.2%, 1.25%, 1.3%, 1.35%, 1.4%, 1.45%, 1.5%, 1.55%, 1.6%, 1.65%, 1.7%, 1.75%, 1.8%, 1.85%, 1.9%, 1.95%, 2%, 2.2%, 2.4%, 2.6%, 2.8%, 3%, 3.5%, 4% 또는 4.5% 이상일 수 있다. 탄소 입자(들)는 본원에 기재된 하나 이상의 다른 특성과 조합하여 이러한 수분 함량을 가질 수 있다.
탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))는 주어진 산소 함량을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 산소 함량은 제조된 상태에서 약 0.2 중량% 미만의 산소, 또는 약 0.4 중량% 이하의 산소일 수 있다. 산소 함량 (예를 들어, 총 샘플 및/또는 중량 기준 산소의 백분율)은 예를 들어, 약 25%, 20%, 15%, 10%, 8%, 6%, 5%, 4.5%, 4%, 3.5%, 3%, 2.8%, 2.6%, 2.4%, 2.2%, 2%, 1.95%, 1.9%, 1.85%, 1.8%, 1.75%, 1.7%, 1.65%, 1.6%, 1.55%, 1.5%, 1.45%, 1.4%, 1.35%, 1.3%, 1.25%, 1.2%, 1.15%, 1.1%, 1%, 0.95%, 0.9%, 0.87%, 0.85%, 0.8%, 0.75%, 0.7%, 0.68%, 0.65%, 0.6%, 0.58%, 0.56%, 0.54%, 0.52%, 0.5%, 0.48%, 0.46%, 0.44%, 0.42%, 0.4%, 0.38%, 0.36%, 0.34%, 0.32%, 0.3%, 0.29%, 0.28%, 0.26%, 0.24%, 0.23%, 0.22%, 0.21%, 0.2%, 0.19%, 0.18%, 0.17%, 0.16%, 0.15%, 0.14%, 0.13%, 0.12%, 0.11%, 0.1%, 0.05%, 0.01% 또는 0.005% 이하일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 산소 함량 (예를 들어, 총 샘플 및/또는 중량 기준 산소의 백분율)은 예를 들어, 약 0%, 0.005%, 0.01%, 0.05%, 0.1%, 0.11%, 0.12%, 0.13%, 0.14%, 0.15%, 0.16%, 0.17%, 0.18%, 0.19%, 0.2%, 0.21%, 0.22%, 0.23%, 0.24%, 0.26%, 0.28%, 0.29%, 0.3%, 0.32%, 0.34%, 0.36%, 0.38%, 0.4%, 0.42%, 0.44%, 0.46%, 0.48%, 0.5%, 0.52%, 0.54%, 0.56%, 0.58%, 0.6%, 0.65%, 0.68%, 0.7%, 0.75%, 0.8%, 0.85%, 0.87%, 0.9%, 0.95%, 1%, 1.1%, 1.15%, 1.2%, 1.25%, 1.3%, 1.35%, 1.4%, 1.45%, 1.5%, 1.55%, 1.6%, 1.65%, 1.7%, 1.75%, 1.8%, 1.85%, 1.9%, 1.95%, 2%, 2.2%, 2.4%, 2.6%, 2.8%, 3%, 3.5%, 4%, 4.5%, 5%, 6%, 8%, 10%, 15% 또는 20% 이상일 수 있다. 탄소 입자(들)는 이러한 산소 함량을 본원에 기재된 하나 이상의 다른 특성과 조합하여 가질 수 있다.
탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))는 주어진 수소 함량을 가질 수 있다. 수소 함량은, 예를 들어 제조된 상태에서 약 0.4 중량% 미만, 또는 약 0.2 중량% 이하의 수소일 수 있다. 수소 함량 (예를 들어, 총 샘플 및/또는 제조된 상태에서의 중량 기준의 백분율)은 예를 들어, 약 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0.95%, 0.9%, 0.85%, 0.8%, 0.75%, 0.7%, 0.65%, 0.6%, 0.55%, 0.5%, 0.45%, 0.4%, 0.39%, 0.38%, 0.37%, 0.36%, 0.35%, 0.34%, 0.33%, 0.32%, 0.31%, 0.3%, 0.29%, 0.28%, 0.27%, 0.26%, 0.25%, 0.24%, 0.23%, 0.22%, 0.21%, 0.2%, 0.19%, 0.18%, 0.17%, 0.16%, 0.15%, 0.14%, 0.13%, 0.12%, 0.11%, 0.1%, 0.09%, 0.08%, 0.07%, 0.06%, 0.05%, 0.04%, 0.03%, 0.02%, 0.01%, 0.005% 또는 0.001% 이하일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 수소 함량 (예를 들어, 총 샘플 및/또는 제조된 상태에서의 중량 기준의 백분율)은 예를 들어, 약 0%, 0.001%, 0.005%, 0.01%, 0.02%, 0.03%, 0.04%, 0.05%, 0.06%, 0.07%, 0.08%, 0.09%, 0.1%, 0.11%, 0.12%, 0.13%, 0.14%, 0.15%, 0.16%, 0.17%, 0.18%, 0.19%, 0.2%, 0.21%, 0.22%, 0.23%, 0.24%, 0.25%, 0.26%, 0.27%, 0.28%, 0.29%, 0.3%, 0.31%, 0.32%, 0.33%, 0.34%, 0.35%, 0.36%, 0.37%, 0.38%, 0.39%, 0.4%, 0.45%, 0.5%, 0.55%, 0.6%, 0.65%, 0.7%, 0.75%, 0.8%, 0.85%, 0.9%, 0.95%, 1%, 2%, 3%, 4% 또는 5% 이상일 수 있다. 탄소 입자(들)는 이러한 수소 함량을 본원에 기재된 하나 이상의 다른 특성과 조합하여 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 본 개시내용의 탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))는 약 0 내지 약 5 mJ/m2의 WSP를 가질 수 있고, 약 0.4 중량% 미만의 수소 및 약 0.5 중량% 미만의 산소를 함유한다.
탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))는 주어진 황 함량을 가질 수 있다. 황 함량은, 예를 들어 제조된 상태에서의 중량 기준으로 약 0.3%, 50 ppm, 10 ppm, 5 ppm 또는 1 ppm 이하의 황일 수 있다. 황 함량 (예를 들어, 총 샘플 및/또는 제조된 상태에서의 중량 기준의 백분율)은 예를 들어, 약 5%, 4%, 3.5%, 3%, 2.9%, 2.8%, 2.7%, 2.6%, 2.5%, 2.4%, 2.3%, 2.2%, 2.1%, 2%, 1.95%, 1.9%, 1.85%, 1.8%, 1.75%, 1.7%, 1.65%, 1.6%, 1.57%, 1.55%, 1.5%, 1.45%, 1.4%, 1.35%, 1.3%, 1.25%, 1.2%, 1.15%, 1.1%, 1.05%, 1%, 0.95%, 0.9%, 0.85%, 0.8%, 0.75%, 0.7%, 0.65%, 0.6%, 0.55%, 0.5%, 0.45%, 0.4%, 0.39%, 0.38%, 0.37%, 0.36%, 0.35%, 0.34%, 0.33%, 0.32%, 0.31%, 0.3%, 0.29%, 0.28%, 0.27%, 0.26%, 0.25%, 0.24%, 0.23%, 0.22%, 0.21%, 0.2%, 0.19%, 0.18%, 0.17%, 0.16%, 0.15%, 0.14%, 0.13%, 0.12%, 0.11%, 0.1%, 0.09%, 0.08%, 0.07%, 0.06%, 0.05%, 0.04%, 0.03%, 0.02%, 0.01%, 50 ppm, 45 ppm, 40 ppm, 35 ppm, 30 ppm, 25 ppm, 20 ppm, 15 ppm, 10 ppm, 5 ppm, 1 ppm, 0.5 ppm 또는 0.1 ppm 이하일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 황 함량 (예를 들어, 총 샘플 및/또는 제조된 상태에서의 중량 기준의 백분율)은 예를 들어, 약 0 ppm, 0.1 ppm, 0.5 ppm, 1 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 15 ppm, 20 ppm, 25 ppm, 30 ppm, 35 ppm, 40 ppm, 45 ppm, 50 ppm, 0.01%, 0.02%, 0.03%, 0.04%, 0.05%, 0.06%, 0.07%, 0.08%, 0.09%, 0.1%, 0.11%, 0.12%, 0.13%, 0.14%, 0.15%, 0.16%, 0.17%, 0.18%, 0.19%, 0.2%, 0.21%, 0.22%, 0.23%, 0.24%, 0.25%, 0.26%, 0.27%, 0.28%, 0.29%, 0.3%, 0.31%, 0.32%, 0.33%, 0.34%, 0.35%, 0.36%, 0.37%, 0.38%, 0.39%, 0.4%, 0.45%, 0.5%, 0.55%, 0.6%, 0.65%, 0.7%, 0.75%, 0.8%, 0.85%, 0.9%, 0.95%, 1%, 1.05%, 1.1%, 1.15%, 1.2%, 1.25%, 1.3%, 1.35%, 1.4%, 1.45%, 1.5%, 1.55%, 1.57%, 1.6%, 1.65%, 1.7%, 1.75%, 1.8%, 1.85%, 1.9%, 1.95%, 2%, 2.1%, 2.2%, 2.3%, 2.4%, 2.5%, 2.6%, 2.7%, 2.8%, 2.9%, 3%, 3.5% 또는 4% 이상일 수 있다. 탄소 입자(들)는 이러한 황 함량을 본원에 기재된 하나 이상의 다른 특성과 조합하여 가질 수 있다.
탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))는 주어진 질소 함량을 가질 수 있다. 질소 함량 (예를 들어, 총 샘플 및/또는 제조된 상태에서의 중량 기준의 백분율)은 예를 들어, 약 5%, 4%, 3.5%, 3%, 2.9%, 2.8%, 2.7%, 2.6%, 2.5%, 2.4%, 2.3%, 2.2%, 2.1%, 2%, 1.95%, 1.9%, 1.85%, 1.8%, 1.75%, 1.7%, 1.65%, 1.6%, 1.57%, 1.55%, 1.5%, 1.45%, 1.4%, 1.35%, 1.3%, 1.25%, 1.2%, 1.15%, 1.1%, 1.05%, 1%, 0.95%, 0.9%, 0.85%, 0.8%, 0.75%, 0.7%, 0.65%, 0.6%, 0.55%, 0.5%, 0.45%, 0.4%, 0.39%, 0.38%, 0.37%, 0.36%, 0.35%, 0.34%, 0.33%, 0.32%, 0.31%, 0.3%, 0.29%, 0.28%, 0.27%, 0.26%, 0.25%, 0.24%, 0.23%, 0.22%, 0.21%, 0.2%, 0.19%, 0.18%, 0.17%, 0.16%, 0.15%, 0.14%, 0.13%, 0.12%, 0.11%, 0.1%, 0.09%, 0.08%, 0.07%, 0.06%, 0.05%, 0.04%, 0.03%, 0.02%, 0.01%, 0.005% 또는 0.001% 이하일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 질소 함량 (예를 들어, 총 샘플 및/또는 제조된 상태에서의 중량 기준의 백분율)은 예를 들어, 약 0%, 0.001%, 0.005%, 0.01%, 0.02%, 0.03%, 0.04%, 0.05%, 0.06%, 0.07%, 0.08%, 0.09%, 0.1%, 0.11%, 0.12%, 0.13%, 0.14%, 0.15%, 0.16%, 0.17%, 0.18%, 0.19%, 0.2%, 0.21%, 0.22%, 0.23%, 0.24%, 0.25%, 0.26%, 0.27%, 0.28%, 0.29%, 0.3%, 0.31%, 0.32%, 0.33%, 0.34%, 0.35%, 0.36%, 0.37%, 0.38%, 0.39%, 0.4%, 0.45%, 0.5%, 0.55%, 0.6%, 0.65%, 0.7%, 0.75%, 0.8%, 0.85%, 0.9%, 0.95%, 1%, 1.05%, 1.1%, 1.15%, 1.2%, 1.25%, 1.3%, 1.35%, 1.4%, 1.45%, 1.5%, 1.55%, 1.57%, 1.6%, 1.65%, 1.7%, 1.75%, 1.8%, 1.85%, 1.9%, 1.95%, 2%, 2.1%, 2.2%, 2.3%, 2.4%, 2.5%, 2.6%, 2.7%, 2.8%, 2.9%, 3%, 3.5%, 4% 또는 5% 이상일 수 있다. 탄소 입자(들)는 본원에 기재된 하나 이상의 다른 특성과 조합하여 이러한 질소 함량을 가질 수 있다.
탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))는 주어진 탄소 함량을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 탄소 함량은 제조된 상태에서 약 99 중량% 이상의 탄소일 수 있다. 탄소 함량 (예를 들어, 총 샘플 및/또는 제조된 상태에서의 중량 기준의 백분율)은 예를 들어, 약 50%, 75%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 95.1%, 95.2%, 95.3%, 95.4%, 95.5%, 95.6%, 95.7%, 95.8%, 95.9%, 96%, 96.1%, 96.2%, 96.3%, 96.4%, 96.5%, 96.6%, 96.7%, 96.8%, 96.9%, 97%, 97.1%, 97.2%, 97.3%, 97.4%, 97.5%, 97.6%, 97.7%, 97.8%, 97.9%, 98%, 98.1%, 98.2%, 98.3%, 98.4%, 98.5%, 98.6%, 98.7%, 98.9%, 99%, 99.1%, 99.2%, 99.3%, 99.4%, 99.5%, 99.6%, 99.7%, 99.8%, 99.9%, 99.99% 또는 99.999% 이상일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 탄소 함량 (예를 들어, 총 샘플 및/또는 제조된 상태에서의 중량 기준의 백분율)은 예를 들어, 약 100%, 99.999%, 99.99%, 99.9%, 99.8%, 99.7%, 99.6%, 99.5%, 99.4%, 99.3%, 99.2%, 99.1%, 99%, 98.9%, 98.8%, 98.7%, 98.6%, 98.5%, 98.4%, 98.3%, 98.2%, 98.1%, 98%, 97.9%, 97.8%, 97.7%, 97.6%, 97.5%, 97.4%, 97.3%, 97.2%, 97.1%, 97%, 96.9%, 96.8%, 96.7%, 96.6%, 96.5%, 96.4%, 96.3%, 96.2%, 96.1%, 96%, 95.9%, 95.8%, 95.7%, 95.6%, 95.5%, 95.4%, 95.3%, 95.2%, 95.1%, 95%, 94%, 93%, 92%, 91% 또는 90% 이하일 수 있다. 탄소 입자(들)는 본원에 기재된 하나 이상의 다른 특성과 조합하여 이러한 탄소 함량을 가질 수 있다.
원소 분석은, 예를 들어, 레코(Leco)에 의해 제조된 장치 (예를 들어, 744 및 844 시리즈 제품)를 통해 측정될 수 있고, 결과는 총 샘플의 백분율 (예를 들어, 질량%)로서 제공될 수 있다.
탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))는 주어진 표면적을 가질 수 있다. 표면적은 예를 들어 질소 표면적(N2SA) (예를 들어, 질소-기반 브루나우어-에메트-텔러(BET; Brunauer-Emmett-Teller) 표면적) 및/또는 통계적 두께 표면적(STSA)을 지칭할 수 있다. N2SA (또한 본원에서 "NSA") 및 STSA는 ASTM D6556 (예를 들어, ASTM D6556-10)을 통해 측정할 수 있다. 일부 실시예에서, 1차 입자에 대해 내부적인 세공을 제외한 표면적은 약 10 m2/g(제곱미터/그램) 내지 약 300 m2/g일 수 있다. 일부 실시예에서, 1차 입자에 대해 내부적인 세공을 제외한 표면적은 약 15 m2/g 내지 약 300 m2/g일 수 있다. 일부 실시예에서, 생성된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)의 질소 표면적 및/또는 STSA는 15 내지 150 m2/g일 수 있다. 본원에 기재된 표면적은 (내부) 공극을 제외한 표면적을 지칭할 수 있다 (예를 들어, 1차 입자에 대해 내부적인 세공을 제외, 임의의 내부 세공으로 인한 세공 표면적을 제외). 서멀 블랙 1차 입자에 대한 표면적은 전형적으로 13 m2/g 미만이다. 표면적 (예를 들어, N2SA 및/또는 STSA)은 예를 들어, 약 5 m2/g, 10 m2/g, 11 m2/g, 12 m2/g, 13 m2/g, 14 m2/g, 15 m2/g, 16 m2/g, 17 m2/g, 18 m2/g, 19 m2/g, 20 m2/g, 21 m2/g, 22 m2/g, 23 m2/g, 24 m2/g, 25 m2/g, 26 m2/g, 27 m2/g, 28 m2/g, 29 m2/g, 30 m2/g, 31 m2/g, 32 m2/g, 33 m2/g, 34 m2/g, 35 m2/g, 36 m2/g, 37 m2/g, 38 m2/g, 39 m2/g, 40 m2/g, 41 m2/g, 42 m2/g, 43 m2/g, 44 m2/g, 45 m2/g, 46 m2/g, 47 m2/g, 48 m2/g, 49 m2/g, 50 m2/g, 51 m2/g, 52 m2/g, 54 m2/g, 55 m2/g, 56 m2/g, 60 m2/g, 61 m2/g, 63 m2/g, 65 m2/g, 70 m2/g, 72 m2/g, 75 m2/g, 79 m2/g, 80 m2/g, 81 m2/g, 85 m2/g, 90 m2/g, 95 m2/g, 100 m2/g, 105 m2/g, 110 m2/g, 111 m2/g, 112 m2/g, 113 m2/g, 114 m2/g, 115 m2/g, 116 m2/g, 117 m2/g, 118 m2/g, 119 m2/g, 120 m2/g, 121 m2/g, 123 m2/g, 125 m2/g, 130 m2/g, 135 m2/g, 138 m2/g, 140 m2/g, 145 m2/g, 150 m2/g, 160 m2/g, 170 m2/g, 180 m2/g, 190 m2/g, 200 m2/g, 210 m2/g, 220 m2/g, 230 m2/g, 240 m2/g, 250 m2/g, 260 m2/g, 270 m2/g, 280 m2/g, 290 m2/g, 300 m2/g, 310 m2/g, 320 m2/g, 330 m2/g, 340 m2/g, 350 m2/g, 360 m2/g, 370 m2/g, 380 m2/g, 390 m2/g 또는 400 m2/g 이상일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 표면적 (예를 들어, N2SA 및/또는 STSA)은 예를 들어, 약 400 m2/g, 390 m2/g, 380 m2/g, 370 m2/g, 360 m2/g, 350 m2/g, 340 m2/g, 330 m2/g, 320 m2/g, 310 m2/g, 300 m2/g, 290 m2/g, 280 m2/g, 270 m2/g, 260 m2/g, 250 m2/g, 240 m2/g, 230 m2/g, 220 m2/g, 210 m2/g, 200 m2/g, 190 m2/g, 180 m2/g, 170 m2/g, 160 m2/g, 150 m2/g, 145 m2/g, 140 m2/g, 138 m2/g, 135 m2/g, 130 m2/g, 125 m2/g, 123 m2/g, 121 m2/g, 120 m2/g, 119 m2/g, 118 m2/g, 117 m2/g, 116 m2/g, 115 m2/g, 114 m2/g, 113 m2/g, 112 m2/g, 111 m2/g, 110 m2/g, 105 m2/g, 100 m2/g, 95 m2/g, 90 m2/g, 85 m2/g, 81 m2/g, 80 m2/g, 79 m2/g, 75 m2/g, 72 m2/g, 70 m2/g, 65 m2/g, 63 m2/g, 61 m2/g, 60 m2/g, 56 m2/g, 55 m2/g, 54 m2/g, 52 m2/g, 51 m2/g, 50 m2/g, 49 m2/g, 48 m2/g, 47 m2/g, 46 m2/g, 45 m2/g, 44 m2/g, 43 m2/g, 42 m2/g, 41 m2/g, 40 m2/g, 39 m2/g, 38 m2/g, 37 m2/g, 36 m2/g, 35 m2/g, 34 m2/g, 33 m2/g, 32 m2/g, 31 m2/g, 30 m2/g, 29 m2/g, 28 m2/g, 27 m2/g, 26 m2/g, 25 m2/g, 24 m2/g, 23 m2/g, 22 m2/g, 21 m2/g, 20 m2/g, 19 m2/g, 18 m2/g, 17 m2/g, 16 m2/g, 15 m2/g, 14 m2/g, 13 m2/g, 12 m2/g, 11 m2/g, 10 m2/g 또는 5 m2/g 이하일 수 있다. STSA 및 N2SA는 상이할 수 있다. 차이는 STSA/N2SA 비로 표현될 수 있다. STSA/N2SA 비는 예를 들어, 약 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.75, 0.76, 0.77, 0.78, 0.79, 0.8, 0.81, 0.82, 0.83, 0.84, 0.85, 0.86, 0.87, 0.88, 0.89, 0.9, 0.91, 0.92, 0.93, 0.94, 0.95, 0.96, 0.97, 0.98, 0.99, 1, 1.01, 1.02, 1.03, 1.03, 1.05, 1.06, 1.07, 1.08, 1.09, 1.1, 1.11, 1.12, 1.13, 1.14, 1.15, 1.16, 1.17, 1.19, 1.20, 1.21, 1.22, 1.23, 1.24, 1.25, 1.26, 1.27, 1.28, 1.29, 1.3, 1.31, 1.32, 1.33, 1.34, 1.35, 1.37, 1.38, 1.39, 1.4, 1.45, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9 또는 2 이상일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, STSA/N2SA 비는 예를 들어, 약 2, 1.9, 1.8, 1.7, 1.6, 1.5, 1.45, 1.4, 1.39, 1.38, 1.37, 1.36, 1.35, 1.34, 1.33, 1.32, 1.31, 1.3, 1.29, 1.28, 1.27, 1.26, 1.25, 1.24, 1.23, 1.22, 1.21, 1.2, 1.19, 1.18, 1.17, 1.16, 1.15, 1.14, 1.13, 1.12, 1.11, 1.1, 1.09, 1.08, 1.07, 1.06, 1.05, 1.04, 1.03, 1.02, 1.01, 1, 0.99, 0.98, 0.97, 0.96, 0.95, 0.94, 0,93, 0.92, 0.91, 0.9, 0.89, 0.88, 0.87, 0.86, 0.85, 0.84, 0.83, 0.82, 0.81, 0.8, 0.79, 0.78, 0.77, 0.76, 0.75, 0.7, 0.6 또는 0.5 이하일 수 있다. 일부 실시예에서, 표면적 (예를 들어, N2SA)은 약 23 m2/g 내지 약 35 m2/g, 약 24 m2/g 내지 약 32 m2/g, 약 29 m2/g 내지 약 41 m2/g, 약 25 m2/g 내지 약 45 m2/g, 약 34 m2/g 내지 약 46 m2/g, 약 30 m2/g 내지 약 50 m2/g, 약 15 m2/g 내지 약 25 m2/g, 또는 약 10 m2/g 내지 약 30 m2/g일 수 있다. 탄소 입자(들)는 본원에 기재된 하나 이상의 다른 특성과 조합하여 이러한 표면적을 가질 수 있다.
탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 주어진 구조를 가질 수 있다. 구조는 주어진 질량의 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)가 명시된 점성-유변학적 표적 토크에 도달하기 전에 흡수할 수 있는 DBP의 양을 결정함으로써 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)의 상대적인 구조를 측정하는 디부틸 프탈레이트(DBP) 흡수의 관점에서 표현될 수 있다. 카본 블랙의 경우, 서멀 블랙은 임의의 카본 블랙 중 가장 낮은 DBP 수(32-47 ml/100g)를 가지며, 이는 입자 응집 또는 구조가 매우 적다는 것을 나타낸다. 구조는 주어진 질량의 분쇄된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)가 명시된 점성-유변학적 표적 토크에 도달하기 전에 흡수할 수 있는 DBP의 양을 결정함으로써 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)의 상대적인 구조를 측정하는 압축 디부틸 프탈레이트(CDBP) 흡수의 관점에서 표현될 수 있다. 용어 구조는 용어 DBP 및/또는 CDBP와 상호교환가능하게 사용될 수 있다 (예를 들어, 높은 구조 물질은 높은 DBP 값을 보유함). 본원에 기재된 구조는 펠릿화 이후의 구조 (예를 들어, 펠릿화-후 DBP 및/또는 CDBP)를 지칭할 수 있다. DBP 흡수 (또한 본원에서 "DBP")는 ASTM D2414 (예를 들어, ASTM D2414-12)에 따라 측정될 수 있다. CDBP 흡수 (또한 본원에서 "CDBP")는 ASTM D3493에 따라 측정될 수 있다. 일부 실시예에서, DBP는 약 32 ml/100g 내지 약 300 ml/100g일 수 있다. 일부 실시예에서, DBP는 약 59 ml/100 g 내지 약 71 ml/100 g, 약 55 ml/100 g 내지 약 75 ml/100 g, 약 84 ml/100 g 내지 약 96 ml/100 g, 약 80 ml/100 g 내지 약 100 ml/100 g, 약 115 ml/100 g 내지 약 127 ml/100 g, 약 111 ml/100 g 내지 약 131 ml/100 g, 또는 약 110 ml/100 g 내지 약 130 ml/100 g일 수 있다. DBP 및/또는 CDBP는 예를 들어, 100 그램당 약 1 밀리리터(ml/100 g), 5 ml/100 g, 10 ml/100 g, 15 ml/100 g, 20 ml/100 g, 25 ml/100 g, 32 ml/100 g, 40 ml/100 g, 45 ml/100 g, 47 ml/100 g, 50 ml/100 g, 55 ml/100 g, 56 ml/100 g, 57 ml/100 g, 58 ml/100 g, 59 ml/100 g, 60 ml/100 g, 61 ml/100 g, 62 ml/100 g, 63 ml/100 g, 64 ml/100 g, 65 ml/100 g, 66 ml/100 g, 67 ml/100 g, 68 ml/100 g, 69 ml/100 g, 70 ml/100 g, 71 ml/100 g, 72 ml/100 g, 73 ml/100 g, 74 ml/100 g, 75 ml/100 g, 76 ml/100 g, 78 ml/100 g, 79 ml/100 g, 80 ml/100 g, 81 ml/100 g, 82 ml/100 g, 83 ml/100 g, 84 ml/100 g, 85 ml/100 g, 86 ml/100 g, 87 ml/100 g, 88 ml/100 g, 89 ml/100 g, 90 ml/100 g, 91 ml/100 g, 92 ml/100 g, 93 ml/100 g, 94 ml/100 g, 95 ml/100 g, 96 ml/100 g, 97 ml/100 g, 98 ml/100 g, 99 ml/100 g, 100 ml/100 g, 101 ml/100 g, 104 ml/100 g, 105 ml/100 g, 109 ml/100 g, 110 ml/100 g, 111 ml/100 g, 112 ml/100 g, 113 ml/100 g, 114 ml/100 g, 115 ml/100 g, 116 ml/100 g, 117 ml/100 g, 118 ml/100 g, 119 ml/100 g, 120 ml/100 g, 121 ml/100 g, 122 ml/100 g, 123 ml/100 g, 124 ml/100 g, 125 ml/100 g, 126 ml/100 g, 127 ml/100 g, 128 ml/100 g, 129 ml/100 g, 130 ml/100 g, 131 ml/100 g, 132 ml/100 g, 134 ml/100 g, 135 ml/100 g, 136 ml/100 g, 137 ml/100 g, 138 ml/100 g, 140 ml/100 g, 142 ml/100 g, 145 ml/100 g, 150 ml/100 g, 152 ml/100 g, 155 ml/100 g, 160 ml/100 g, 165 ml/100 g, 170 ml/100 g, 174 ml/100 g, 175 ml/100 g, 180 ml/100 g, 183 ml/100 g, 185 ml/100 g, 190 ml/100 g, 195 ml/100 g, 200 ml/100 g, 205 ml/100 g, 210 ml/100 g, 215 ml/100 g, 220 ml/100 g, 225 ml/100 g, 230 ml/100 g, 235 ml/100 g, 240 ml/100 g, 245 ml/100 g, 250 ml/100 g, 255 ml/100 g, 260 ml/100 g, 265 ml/100 g, 270 ml/100 g, 275 ml/100 g, 280 ml/100 g, 285 ml/100 g, 290 ml/100 g, 295 ml/100 g 또는 300 ml/100 g 이상일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, DBP 및/또는 CDBP는 예를 들어, 약 300 ml/100 g, 295 ml/100 g, 290 ml/100 g, 285 ml/100 g, 280 ml/100 g, 275 ml/100 g, 270 ml/100 g, 265 ml/100 g, 260 ml/100 g, 255 ml/100 g, 245 ml/100 g, 240 ml/100 g, 235 ml/100 g, 230 ml/100 g, 225 ml/100 g, 220 ml/100 g, 215 ml/100 g, 210 ml/100 g, 205 ml/100 g, 200 ml/100 g, 195 ml/100 g, 190 ml/100 g, 185 ml/100 g, 183 ml/100 g, 180 ml/100 g, 175 ml/100 g, 174 ml/100 g, 170 ml/100 g, 165 ml/100 g, 160 ml/100 g, 155 ml/100 g, 152 ml/100 g, 150 ml/100 g, 145 ml/100 g, 142 ml/100 g, 140 ml/100 g, 138 ml/100 g, 137 ml/100 g, 136 ml/100 g, 135 ml/100 g, 134 ml/100 g, 132 ml/100 g, 131 ml/100 g, 130 ml/100 g, 129 ml/100 g, 128 ml/100 g, 127 ml/100 g, 126 ml/100 g, 125 ml/100 g, 124 ml/100 g, 123 ml/100 g, 122 ml/100 g, 121 ml/100 g, 120 ml/100 g, 119 ml/100 g, 118 ml/100 g, 117 ml/100 g, 116 ml/100 g, 115 ml/100 g, 114 ml/100 g, 113 ml/100 g, 112 ml/100 g, 111 ml/100 g, 110 ml/100 g, 109 ml/100 g, 105 ml/100 g, 104 ml/100 g, 101 ml/100 g, 100 ml/100 g, 99 ml/100 g, 98 ml/100 g, 97 ml/100 g, 96 ml/100 g, 95 ml/100 g, 94 ml/100 g, 93 ml/100 g, 92 ml/100 g, 91 ml/100 g, 90 ml/100 g, 89 ml/100 g, 88 ml/100 g, 87 ml/100 g, 86 ml/100 g, 85 ml/100 g, 84 ml/100 g, 83 ml/100 g, 82 ml/100 g, 81 ml/100 g, 80 ml/100 g, 79 ml/100 g, 78 ml/100 g, 76 ml/100 g, 75 ml/100 g, 74 ml/100 g, 73 ml/100 g, 72 ml/100 g, 71 ml/100 g, 70 ml/100 g, 69 ml/100 g, 68 ml/100 g, 67 ml/100 g, 66 ml/100 g, 65 ml/100 g, 64 ml/100 g, 63 ml/100 g, 62 ml/100 g, 61 ml/100 g, 60 ml/100 g, 59 ml/100 g, 58 ml/100 g, 57 ml/100 g, 56 ml/100 g, 55 ml/100 g, 50 ml/100 g, 47 ml/100 g, 45 ml/100 g, 40 ml/100 g 또는 32 ml/100 g 이하일 수 있다. DBP 및 CDBP는 상이할 수 있다 (예를 들어, DBP는 CDBP보다 클 수 있음). 본원에 기재된 탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))에 대한 DBP와 CDBP 사이의 차이는 기준 탄소 입자 (예를 들어, 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 기준 카본 블랙)에 대한 것 미만일 수 있다. 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙)의 경우 DBP는 전형적으로 CDBP의 1.3배를 초과한다 (즉, CDBP보다 1.3배를 초과하여 더 크다). 일부 경우에, DBP와 CDBP 사이의 차이는 예를 들어 본원의 다른 곳에서 보다 상세하게 기재된 바와 같이 보다 높은 결정화도로 인해 (예를 들어, 보다 높은 결정화도는 보다 분쇄가 어려운 더 강한 탄소 입자(들)를 가능하게 할 수 있음) 및/또는 다른 인자로 인해 본 개시내용의 탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))의 경우 더 적을 수 있다. 일부 실시예에서, DBP는 CDBP보다 약 1% 내지 10%, 1% 내지 15%, 5% 내지 19%, 1% 내지 20%, 5% 내지 30%, 또는 5% 내지 35% 더 클 수 있다. DBP 값은 예를 들어, CDBP 값의 약 2, 1.9, 1.85, 1.8, 1.75, 1.7, 1.65, 1.6, 1.55, 1.5, 1.45, 1.4, 1.35, 1.3, 1.28, 1.26, 1.24, 1.22, 1.2, 1.19, 1.18, 1.16, 1.15, 1.14, 1.13, 1.12, 1.11, 1.1, 1.09, 1.08, 1.07, 1.06, 1.05, 1.04, 1.03, 1.02 또는 1.01배 이하일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, DBP 값은 예를 들어, CDBP 값의 약 1, 1.01, 1.02, 1.03, 1.04, 1.05, 1.06, 1.07, 1.08, 1.09, 1.1, 1.11, 1.12, 1.13, 1.14, 1.15, 1.16, 1.17, 1.18, 1.19, 1.2, 1.22, 1.24, 1.26, 1.28, 1.3, 1.35, 1.40, 1.45, 1.5, 1.55, 1.6, 1.65, 1.7, 1.75, 1.8, 1.85, 1.9 또는 2배 이상일 수 있다. 본원에 기재된 탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))의 DBP 대 CDBP 비는, 예를 들어 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙)의 DBP 대 CDBP 비의 약 100%, 99.9%, 99%, 98%, 97%, 96%, 95%, 94%, 93%, 92%, 91%, 90%, 89%, 88%, 87%, 86%, 85%, 84%, 83%, 82%, 81%, 80%, 79%, 78%, 77%, 76%, 75%, 74%, 73%, 72%, 71%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10%, 5% 또는 1% 이하일 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 본원에 기재된 탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들)의 DBP 대 CDBP 비는, 예를 들어, 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙)의 DBP 대 CDBP 비의 약 0%, 1%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% 또는 99.9% 이상일 수 있다. 본원의 다른 곳에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙)은 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙)의 지표인 다른 특성 (예를 들어, 표면적, DBP, DLS에 따른 입자 크기, Lc 등)을 갖는 동시에 이러한 차이를 가질 수 있다. 탄소 입자(들)는 본원에 기재된 하나 이상의 다른 특성과 조합하여 이러한 구조를 가질 수 있다.
표면적 (예를 들어, N2SA) 및 구조 (예를 들어, DBP) 값을 사용하여 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)의 주어진 등급을 결정할 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어, 약 29 ± 6 m2/g 또는 약 29 ± 10 m2/g의 N2SA, 및 약 65 ± 6 ml/100g 또는 약 65 ± 10 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어 약 23 m2/g 내지 약 35 m2/g의 N2SA 및 약 59 ml/100g 내지 약 71 ml/100g의 DBP, 또는 약 19 m2/g 내지 약 39 m2/g의 N2SA 및 약 55 ml/100g 내지 약 75 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어, 약 35 ± 6 m2/g 또는 약 35 ± 10 m2/g의 N2SA, 및 약 90 ± 6 ml/100g 또는 약 90 ± 10 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어 약 29 m2/g 내지 약 41 m2/g의 N2SA 및 약 84 ml/100g 내지 약 96 ml/100g의 DBP, 또는 약 25 m2/g 내지 약 45 m2/g의 N2SA 및 약 80 ml/100g 내지 약 100 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어, 약 40 ± 6 m2/g 또는 약 40 ± 10 m2/g의 N2SA, 및 약 121 ± 6 ml/100g 또는 약 121 ± 10 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어 약 34 m2/g 내지 약 46 m2/g의 N2SA 및 약 115 ml/100g 내지 약 127 ml/100g의 DBP, 또는 약 30 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA 및 약 111 ml/100g 내지 약 131 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어, 약 20 ± 5 m2/g 또는 약 20 ± 10 m2/g의 N2SA, 및 약 120 ± 10 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어 약 15 m2/g 내지 약 25 m2/g의 N2SA 및 약 110 ml/100g 내지 약 130 ml/100g의 DBP, 또는 약 10 m2/g 내지 약 30 m2/g의 N2SA 및 약 110 ml/100g 내지 약 130 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어, 약 36 ± 6 m2/g 또는 약 36 ± 10 m2/g의 N2SA, 및 약 122 ± 6 ml/100g 또는 약 122 ± 10 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어 약 30 m2/g 내지 약 42 m2/g의 N2SA 및 약 116 ml/100g 내지 약 128 ml/100g의 DBP, 또는 약 26 m2/g 내지 약 46 m2/g의 N2SA 및 약 112 ml/100g 내지 약 132 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어, 약 32 ± 6 m2/g 또는 약 32 ± 10 m2/g의 N2SA, 및 약 65 ± 6 ml/100g 또는 약 65 ± 10 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어 약 26 m2/g 내지 약 38 m2/g의 N2SA 및 약 59 ml/100g 내지 약 71 ml/100g의 DBP, 또는 약 22 m2/g 내지 약 42 m2/g의 N2SA 및 약 55 ml/100g 내지 약 75 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어, 약 30 ± 6 m2/g 또는 약 30 ± 10 m2/g의 N2SA, 및 약 72 ± 6 ml/100g 또는 약 72 ± 10 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어 약 24 m2/g 내지 약 36 m2/g의 N2SA 및 약 66 ml/100g 내지 약 78 ml/100g의 DBP, 또는 약 20 m2/g 내지 약 40 m2/g의 N2SA 및 약 62 ml/100g 내지 약 82 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어, 약 8 ± 6 m2/g의 N2SA, 및 약 43 ± 6 ml/100g 또는 약 43 ± 10 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어 약 2 m2/g 내지 약 14 m2/g의 N2SA, 및 약 37 ml/100g 내지 약 49 ml/100g, 또는 약 33 ml/100g 내지 약 53 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어, 약 36 ± 6 m2/g 또는 약 36 ± 10 m2/g의 N2SA, 및 약 122 ± 6 ml/100g 또는 약 122 ± 10 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어, 약 30 m2/g 내지 약 42 m2/g의 N2SA 및 약 116 ml/100g 내지 약 128 ml/100g의 DBP, 또는 약 26 m2/g 내지 약 46 m2/g의 N2SA 및 약 112 ml/100g 내지 약 132 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어, 약 32 ± 6 m2/g 또는 약 32 ± 10 m2/g의 N2SA, 및 약 65 ± 6 ml/100g 또는 약 65 ± 10 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어 약 26 m2/g 내지 약 38 m2/g의 N2SA 및 약 59 ml/100g 내지 약 71 ml/100g의 DBP, 또는 약 22 m2/g 내지 약 42 m2/g의 N2SA 및 약 55 ml/100g 내지 약 75 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어, 약 30 ± 6 m2/g 또는 약 30 ± 10 m2/g의 N2SA, 및 약 72 ± 6 ml/100g 또는 약 72 ± 10 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어 약 24 m2/g 내지 약 36 m2/g의 N2SA 및 약 66 ml/100g 내지 약 78 ml/100g의 DBP, 또는 약 20 m2/g 내지 약 40 m2/g의 N2SA 및 약 62 ml/100g 내지 약 82 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어, 약 8 ± 6 m2/g의 N2SA, 및 약 43 ± 6 ml/100g 또는 약 43 ± 10 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어 약 2 m2/g 내지 약 14 m2/g의 N2SA, 및 약 37 ml/100g 내지 약 49 ml/100g, 또는 약 33 ml/100g 내지 약 53 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 본 개시내용의 개선된 탄소 입자 (예를 들어, 개선된 카본 블랙 입자)는 본원에 기재된 특성의 적어도 부분집합의 주어진 조합을 가질 수 있다. 예를 들어, 입자는 1.3 초과의 타원체 계수, La 또는 Lc에 관하여 1 nm 초과, 4 nm 초과, 또는 3 nm 내지 20 nm의 결정화도, (예를 들어, 카본 블랙) 표면적의 1 m2(제곱미터) 당 물 0.05 내지 0.5 ml(밀리리터) 미만인 표면의 친수성 함량 (예를 들어, 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도에 의해 기재됨), 약 0.4% 미만의 수소 함량, 약 10 m2/g 또는 15 m2/g 내지 약 300 m2/g의 표면적 (예를 들어, 1차 입자에 대해 내부적인 세공 제외), 약 32 ml/100g 내지 약 300 ml/100g의 DBP, 또는 그의 임의의 조합을 가질 수 있다. 이러한 특성들의 조합은 표면 산 기가 지배적인 기존 퍼니스 카본 블랙과는 상이한 독특한 물질 (예를 들어, 카본 블랙)을 산출하여, 더 높은 물 친화도를 가져올 수 있다. 본원에 기재된 프로세스의 일부 실시예에서, 프로세스의 수소 환경의 성질은 (입자) 표면에서 더 많은 수소 (예를 들어, 보다 높은 수소 함량)를 초래할 수 있다. 보다 높은 수소 함량은 예를 들어 타이어 트레드 내마모성에서 유익할 수 있다. 표면 산소 기의 결여는 엘라스토머 복합체에서 더 빠른 혼합 시간 및 더 빠른 경화 시간으로 이어질 수 있다. 탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙)의 표면에서의 보다 낮은 산소 수준에서는, 동일한 양의 수소가 타이어 트레드 및 다른 엘라스토머 충전재 응용에서의 성능을 위한 보다 큰 표면 활성을 나타낼 수 있다.
탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))는 미반응 폴리시클릭 방향족 탄화수소(PAH)의 주어진 함량 (또한 본원에서 "PAH 함량")을 가질 수 있다. 이러한 함량은 일부 경우에 톨루엔 추출물의 투과도(TOTE, transmittance of toluene extract)에 관하여 표현될 수 있다. 추출물은, 예를 들어 ASTM D1618 (예를 들어, ASTM D1618-99)을 사용하여 정량화할 수 있다. PAH 함량은 일부 경우에 미국 식품 의약품국(FDA)으로부터 입수가능한 "카본 블랙 CFR 178.3297의 PAH 함량의 결정" 절차("22 PAH" 절차로도 알려짐)에 의해 측정된 바와 같은 총 추출가능한 폴리시클릭 방향족 탄화수소에 관하여 표현될 수 있다. 일부 실시예에서, PAH의 양 (예를 들어, "카본 블랙 CFR 178.3297의 PAH 함량의 결정"(22 PAH) 절차에 의해 측정됨)은 약 1% (예를 들어, 질량 기준) 미만일 수 있다. PAH의 양 (예를 들어, "카본 블랙 CFR 178.3297의 PAH 함량의 결정"(22 PAH) 절차에 의해 측정됨)은 예를 들어, 약 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0.9%, 0.8%, 0.7%, 0.6%, 0.5%, 0.4%, 0.3%, 0.2%, 0.1%, 900 ppm, 800 ppm, 700 ppm, 600 ppm, 500 ppm, 400 ppm, 300 ppm, 200 ppm, 100 ppm, 75 ppm, 50 ppm, 25 ppm, 10 ppm, 5 ppm, 1 ppm, 0.5 ppm, 0.25 ppm, 0.1 ppm, 0.05 ppm, 0.01 ppm, 5 십억분율(ppb) 또는 1 ppb (예를 들어, 질량 기준) 이하일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, PAH의 양 (예를 들어, "카본 블랙 CFR 178.3297의 PAH 함량의 결정"(22 PAH) 절차에 의해 측정됨)은 예를 들어, 약 0 ppm, 1 ppb, 5 ppb, 0.01 ppm, 0.05 ppm 0.1 ppm, 0.25 ppm, 0.5 ppm, 1 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 25 ppm, 50 ppm, 75 ppm, 100 ppm, 200 ppm, 300 ppm, 400 ppm, 500 ppm, 600 ppm, 700 ppm, 800 ppm, 900 ppm, 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5%, 0.6%, 0.7%, 0.8%, 0.9%, 1%, 2%, 3% 또는 4% (예를 들어, 질량 기준) 이상일 수 있다. 토트 (또한 본원에서 "TOTE")는 예를 들어, 약 50%, 75%, 80%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 91.5%, 92%, 92.5%, 93%, 93.5%, 94%, 94.5%, 95%, 95.5%, 96%, 96.5%, 97%, 97.5%, 98%, 98.5%, 99%, 99.1%, 99.2%, 99.3%, 99.4%, 99.5%, 99.5%, 99.7%, 99.8%, 99.9% 또는 100% 이상일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 토트는 예를 들어, 약 100%, 99.9%, 99.8%, 99.7%, 99.5%, 99.5%, 99.4%, 99.3%, 99.2%, 99.1%, 99%, 98.5%, 98%, 97.5%, 97%, 96.5%, 96%, 95.5%, 95%, 94.5%, 94%, 93.5%, 93%, 92.5%, 92%, 91.5%, 91%, 90%, 89%, 88%, 87%, 86%, 85%, 80% 또는 75% 이하일 수 있다. 탄소 입자(들)는 본원에 기재된 하나 이상의 다른 특성과 조합하여 이러한 PAH 함량을 가질 수 있다.
탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 주어진 순도를 가질 수 있다. 고순도는 낮은 오염 (또한 본원에서 "오염 수준")에 상응할 수 있다. 오염은, 예를 들어 회분, 그릿 (또는 그의 임의의 부분집합), 또는 그의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 오염은, 예를 들어 큰 입자 오염 (예를 들어, 그릿)을 포함할 수 있다. 그릿은 (예를 들어, 약) 5 마이크로미터보다 큰 등가 구 직경을 갖는 입자이거나 그를 포함할 수 있다. 그릿은 (예를 들어, 약) 5 마이크로미터보다 큰 등가 구 직경을 갖는 탄소질 및/또는 비-탄소질 입자일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 그릿은 탄소 물질(코크스), 금속, 준금속 및/또는 금속/준금속 화합물 물질 (예를 들어, 일례로서 금속 옥시드 잔류물 같은 금속/준금속 옥시드, 히드록시드, 술피드, 셀레니드 등), 이온성 물질 (예를 들어, 단원자 이온, 다원자 이온의 염 등), 또는 그의 임의의 조합을 포함하거나 함유할 수 있다. 코크스 (예를 들어, 코크스 입자)는 주로 (예를 들어, 실질적으로 모든) 탄소를 포함할 수 있다. 가열시/이후에, 비-기화 물질 (예를 들어, 금속 옥시드 물질)이 남아 있을 수 있고, 회분 (예를 들어, 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같이, ASTM D1506에 의해 측정됨)을 제공할 수 있다. 회분은 ASTM D1506-99에 의해 규정된 바와 같이 550℃에서 산소 환경에서 가열시/이후에 분해 및/또는 기화되지 않은 물질을 포함할 수 있다. 회분은 금속, 준금속 및/또는 금속/준금속 화합물 물질 및/또는 이온성 물질을 포함하거나 함유할 수 있다. 오염 (예를 들어, 그릿의 함량)은 예를 들어 ASTM D1514 물 세척 그릿 시험을 사용하여 정량화될 수 있다. 일부 실시예에서, 그릿 (또는 그의 임의의 부분집합) (예를 들어, 325 메쉬)의 양은 약 500 ppm(백만분율) 미만일 수 있다. 오염 (예를 들어, 회분의 함량)은, 예를 들어, ASTM D1506 (예를 들어, ASTM D1506-99)을 사용하여 정량화될 수 있다. 초순수로 지칭될 수 있는 극히 저 회분 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 예를 들어 0.02% 미만의 회분 (예를 들어, 0.02% 미만의 총 회분)을 보유할 수 있다. 일부 실시예에서, 순도는 다음과 같을 수 있다: 약 0.05%, 0.03% 또는 0.01%(100 ppm) 미만의 회분; 약 5 ppm 또는 1 ppm 미만, 또는 0의 그릿 (예를 들어, 325 메쉬); 또는 그의 조합. 그릿 (또는 그의 임의의 부분집합)의 양 (예를 들어, 500 메쉬, 400 메쉬, 325 메쉬 및/또는 120 메쉬)은 예를 들어 약 5%, 2%, 1%, 0.5%, 0.2%, 0.1%, 900 백만분율(ppm), 800 ppm, 700 ppm, 600 ppm, 500 ppm, 450 ppm, 400 ppm, 350 ppm, 300 ppm, 250 ppm, 200 ppm, 150 ppm, 100 ppm, 75 ppm, 50 ppm, 25 ppm, 10 ppm, 5 ppm 또는 1 ppm (예를 들어, 중량 기준) 이하일 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 그릿 (또는 그의 임의의 부분집합)의 양 (예를 들어, 500 메쉬, 400 메쉬, 325 메쉬 및/또는 120 메쉬)은, 예를 들어 약 0 ppm, 1 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 25 ppm, 50 ppm, 75 ppm, 100 ppm, 150 ppm, 200 ppm, 250 ppm, 300 ppm, 350 ppm, 400 ppm, 450 ppm, 500 ppm, 600 ppm, 700 ppm, 800 ppm, 900 ppm, 0.1%, 0.2%, 0.5% 또는 1% (예를 들어, 중량 기준) 이상일 수 있다. 본원에서 메쉬 크기 (예를 들어, 325 메쉬 및/또는 120 메쉬)에 관하여 표현된 그릿 (또는 그의 임의의 부분집합)의 양 또는 수준에 대한 임의의 설명은 적어도 일부 구성에서 공칭 입자 크기 (예를 들어, 약 125 마이크로미터, 105 마이크로미터, 90 마이크로미터, 75 마이크로미터, 63 마이크로미터, 53 마이크로미터, 50 마이크로미터, 45 마이크로미터, 44 마이크로미터, 40 마이크로미터, 37 마이크로미터, 35 마이크로미터, 30 마이크로미터, 25 마이크로미터, 20 마이크로미터, 15 마이크로미터 또는 10 마이크로미터 이하) 및/또는 다른 메쉬 크기 (예를 들어, 일례로서 400 및/또는 500 메쉬 같은 더 작은 입자 크기에 상응함)에 동등하게 적용될 수 있다. 그릿 (또는 그의 임의의 부분집합)은 주어진 크기를 초과하는 (그보다 큰) 또는 주어진 크기 범위 이내의 (예를 들어, 본원의 다른 곳에 기재된 것과 같을 수 있음) 입자가 실질적으로 없거나 (예를 들어, 없거나) 최소의 양(들)으로 포함할 수 있다. 약 10 마이크로미터, 15 마이크로미터, 20 마이크로미터, 25 마이크로미터, 30 마이크로미터, 35 마이크로미터, 37 마이크로미터, 40 마이크로미터, 44 마이크로미터, 45 마이크로미터, 50 마이크로미터, 53 마이크로미터, 63 마이크로미터, 75 마이크로미터, 90 마이크로미터, 105 마이크로미터 또는 125 마이크로미터과 같거나 그를 초과하는 (그보다 더 큰) (예를 들어, 약 20-40 마이크로미터보다 더 큰 (그를 초과하는)) 그릿 (또는 그 임의의 부분집합) 입자의 양은 예를 들어 약 5%, 2%, 1%, 0.5%, 0.2%, 0.1%, 900 ppm, 800 ppm, 700 ppm, 600 ppm, 500 ppm, 450 ppm, 400 ppm, 350 ppm, 300 ppm, 250 ppm, 200 ppm, 150 ppm, 100 ppm, 75 ppm, 50 ppm, 25 ppm, 10 ppm, 5 ppm 또는 1 ppm (예를 들어, 중량 기준) 이하일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 약 10 마이크로미터, 15 마이크로미터, 20 마이크로미터, 25 마이크로미터, 30 마이크로미터, 35 마이크로미터, 37 마이크로미터, 40 마이크로미터, 44 마이크로미터, 45 마이크로미터, 50 마이크로미터, 53 마이크로미터, 63 마이크로미터, 75 마이크로미터, 90 마이크로미터, 105 마이크로미터 또는 125 마이크로미터과 같거나 그를 초과하는 (그보다 더 큰) (예를 들어, 약 20-40 마이크로미터보다 더 큰 (그를 초과하는)) 그릿 (또는 그 임의의 부분집합) 입자의 양은 예를 들어, 약 0 ppm, 1 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 25 ppm, 50 ppm, 75 ppm, 100 ppm, 150 ppm, 200 ppm, 250 ppm, 300 ppm, 350 ppm, 400 ppm, 450 ppm, 500 ppm, 600 ppm, 700 ppm, 800 ppm, 900 ppm, 0.1%, 0.2%, 0.5% 또는 1% (예를 들어, 중량 기준) 이상일 수 있다. 그릿 (또는 그 임의의 부분집합)은 예를 들어, 약 125 μm, 105 μm, 90 μm, 75 μm, 63 μm, 53 μm, 50 μm, 45 μm, 44 μm, 40 μm, 37 μm, 35 μm, 30 μm, 25 μm, 20 μm, 15 μm 또는 10 μm과 같거나 그 미만의 (그보다 작은) 입자만을 포함할 수 있다. 회분의 양은 예를 들어 약 5%, 2%, 1.5%, 1%, 0.5%, 0.2%, 0.1%, 900 ppm, 800 ppm, 700 ppm, 600 ppm, 500 ppm, 450 ppm, 400 ppm, 350 ppm, 300 ppm, 250 ppm, 200 ppm, 175 ppm, 150 ppm, 140 ppm, 130 ppm, 120 ppm, 110 ppm, 100 ppm, 90 ppm, 80 ppm, 70 ppm, 60 ppm, 50 ppm, 40 ppm, 30 ppm, 20 ppm, 10 ppm, 5 ppm 또는 1 ppm (예를 들어, 중량 기준) 이하일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 회분의 양은 예를 들어, 약 0 ppm, 1 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 20 ppm, 30 ppm, 40 ppm, 50 ppm, 60 ppm, 70 ppm, 80 ppm, 90 ppm, 100 ppm, 110 ppm, 120 ppm, 130 ppm, 140 ppm, 150 ppm, 175 ppm, 200 ppm, 250 ppm, 300 ppm, 350 ppm, 400 ppm, 450 ppm, 500 ppm, 600 ppm, 700 ppm, 800 ppm, 900 ppm, 0.1%, 0.2%, 0.5% 또는 1% (예를 들어, 중량 기준) 이상일 수 있다. 회분은 금속 및/또는 준금속 원소를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 탄소 입자는 하나 이상의 수준의 전이 금속(들) (예를 들어, Fe, Cu, Zn, Cr, Ni, Co, Mo, Nb 및/또는 V), Sn 및/또는 본원에 기재된 다른 금속 및/또는 준금속과 조합하여 이러한 회분 함량 (예를 들어, 총 회분 함량)을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 탄소 입자는 이러한 회분 함량을 가질 수 있고, 회분은 주어진 전체 수준의 금속 및/또는 준금속 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 주어진 백분율 이하의 회분 (예를 들어, 중량 기준)은 본원에 기재된 금속 및/또는 준금속 중 하나 이상 (예를 들어, 부분집합 또는 모두)의 불순물이거나 이들을 포함할 수 있다. 회분은 예를 들어 본원에 기재된 금속 및/또는 준금속 중 하나 이상 (예를 들어, 부분집합 또는 모두)의 약 100%, 99%, 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, 1%, 0.5%, 0.1%, 0.05%, 0.01% 또는 0.005% 이하의 불순물 (예를 들어, 중량 기준)이거나 이들을 포함할 수 있다. 탄소 입자는 주어진 수준 또는 한계의 금속 및/또는 준금속 오염을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본 개시내용의 탄소 입자는 금속 및/또는 준금속 오염을 실질적으로 갖지 않을 수 있다 (예를 들어, 갖지 않을 수 있다). 전이 금속(들) (예를 들어, Fe, Cu, Zn, Cr, Ni, Co, Mo, Nb 및/또는 V), Sn 및/또는 다른 금속 및/또는 준금속의 양은, 단독으로 또는 조합으로, 예를 들어, 약 100 ppm, 90 ppm, 80 ppm, 70 ppm, 60 ppm, 50 ppm, 40 ppm, 30 ppm, 20 ppm, 10 ppm, 9 ppm, 8 ppm, 7 ppm, 6 ppm, 5 ppm, 4.5 ppm, 4 ppm, 3.5 ppm, 3 ppm, 2.5 ppm, 2 ppm, 1.5 ppm, 1 ppm, 900 ppb, 800 ppb, 700 ppb, 600 ppb, 500 ppb, 450 ppb, 400 ppb, 350 ppb, 300 ppb, 290 ppb, 280 ppb, 270 ppb, 260 ppb, 250 ppb, 240 ppb, 230 ppb, 220 ppb, 210 ppb, 200 ppb, 190 ppb, 180 ppb, 170 ppb, 160 ppb, 150 ppb, 140 ppb, 130 ppb, 120 ppb, 110 ppb, 100 ppb, 90 ppb, 80 ppb, 70 ppb, 60 ppb, 50 ppb, 45 ppb, 40 ppb, 35 ppb, 30 ppb, 25 ppb, 20 ppb, 15 ppb, 10 ppb, 5 ppb, 1 ppb, 0.5 ppb 또는 0.1 ppb (예를 들어, 중량 기준) 이하일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 전이 금속(들) (예를 들어, Fe, Cu, Zn, Cr, Ni, Co, Mo, Nb 및/또는 V), Sn 및/또는 다른 금속 및/또는 준금속의 양은, 단독으로 또는 조합으로, 예를 들어, 약 0 ppb, 0.1 ppb, 0.5 ppb, 1 ppb, 5 ppb, 10 ppb, 15 ppb, 20 ppb, 25 ppb, 30 ppb, 35 ppb, 40 ppb, 45 ppb, 50 ppb, 60 ppb, 70 ppb, 80 ppb, 90 ppb, 100 ppb, 110 ppb, 120 ppb, 130 ppb, 140 ppb, 150 ppb, 160 ppb, 170 ppb, 180 ppb, 190 ppb, 200 ppb, 210 ppb, 220 ppb, 230 ppb, 240 ppb, 250 ppb, 260 ppb, 270 ppb, 280 ppb, 290 ppb, 300 ppb, 350 ppb, 400 ppb, 450 ppb, 500 ppb, 600 ppb, 700 ppb, 800 ppb, 900 ppb, 1 ppm, 1.5 ppm, 2 ppm, 2.5 ppm, 3 ppm, 3.5 ppm, 4 ppm, 4.5 ppm, 5 ppm, 6 ppm, 7 ppm, 8 ppm, 9 ppm, 10 ppm, 20 ppm, 30 ppm, 40 ppm, 50 ppm, 60 ppm, 70 ppm, 80 ppm 또는 90 ppm 이상일 수 있다. 상기 언급된 금속 및/또는 준금속 원소는 회분 내에 존재할 수 있다. 본원의 금속 불순물 또는 수준에 대한 임의의 설명은 적어도 일부 구성에서 준금속 불순물 또는 수준에 동등하게 적용될 수 있고, 그 반대도 마찬가지이다. 탄소 입자는 본원에 기재된 하나 이상의 다른 특성과 조합하여 이러한 순도를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 본 개시내용의 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 다음의 순도를 가질 수 있다: 약 0.05%, 0.03% 또는 0.01% 미만의 회분; 약 5 ppm 또는 1 ppm 미만, 또는 0의 그릿 (예를 들어, 325 메쉬); 또는 그의 조합. 탄소 입자는, 예를 들어, 약 3.0 nm 초과의 Lc, 약 0.35 nm 미만의 d002, 약 0.3%, 50 ppm, 10 ppm, 5 ppm 또는 1 ppm 미만의 황 (총 샘플 및/또는 제조된 상태에서의 중량 기준의 백분율), 또는 그의 임의의 조합과 조합하여 이러한 순도를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 탄소 입자는 다음을 포함할 수 있다: 약 0.05%, 0.03% 또는 0.01% 미만의 회분; 약 5 ppm 또는 1 ppm 미만, 또는 0의 그릿 (예를 들어, 325 메쉬); 약 3.0 nm 초과의 Lc; 약 0.35 nm 미만의 d002; 약 0.3%, 50 ppm, 10 ppm, 5 ppm 또는 1 ppm 미만의 황 (총 샘플 및/또는 제조된 상태에서의 중량 기준의 백분율); 또는 그의 임의의 조합.
탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))는 주어진 수준의 이온성 불순물을 가질 수 있다. 이온성 불순물은 회분의 성분 (예를 들어, 회분 내 이온성 물질로서)일 수 있다. 이러한 이온성 불순물은 물에 용해되는 염을 포함할 수 있다. 이러한 염은, 예를 들어 금속 및/또는 준금속 염 (예를 들어, 본원에 기재된 하나 이상의 금속 및/또는 준금속을 포함함) 및/또는 비-금속 염 (예를 들어, 염화암모늄)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 이온성 불순물은 하나 이상의 금속 염을 포함할 수 있다. 금속 염은 금속 불순물의 한 유형일 수 있다. 금속 불순물의 수준은 본원의 다른 곳에서 보다 상세히 기재된 바와 같을 수 있다. 이온성 불순물의 양 (예를 들어, 물로 탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙)을 세척하고 물의 전기 전도성을 측정함으로써 측정됨)은 예를 들어 약 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0.9%, 0.8%, 0.7%, 0.6%, 0.5%, 0.4%, 0.3%, 0.2%, 0.1%, 900 ppm, 800 ppm, 700 ppm, 600 ppm, 500 ppm, 400 ppm, 300 ppm, 200 ppm, 100 ppm, 75 ppm, 50 ppm, 25 ppm, 10 ppm, 5 ppm, 1 ppm, 0.5 ppm, 0.25 ppm, 0.1 ppm, 0.05 ppm, 0.01 ppm, 5 십억분율(ppb) 또는 1 ppb (예를 들어, 질량 기준) 이하일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 이온성 불순물의 양 (예를 들어, 물로 탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙)을 세척하고 물의 전기 전도성을 측정함으로써 측정됨)의 양은 예를 들어, 약 0 ppm, 1 ppb, 5 ppb, 0.01 ppm, 0.05 ppm 0.1 ppm, 0.25 ppm, 0.5 ppm, 1 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 25 ppm, 50 ppm, 75 ppm, 100 ppm, 200 ppm, 300 ppm, 400 ppm, 500 ppm, 600 ppm, 700 ppm, 800 ppm, 900 ppm, 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5%, 0.6%, 0.7%, 0.8%, 0.9%, 1%, 2%, 3% 또는 4% (예를 들어, 질량 기준) 이상일 수 있다. 탄소 입자(들)는 본원에 기재된 하나 이상의 다른 특성과 조합하여 이러한 이온성 불순물 수준을 가질 수 있다.
순도는 본원에서 주로 회분, 코크스 및/또는 그릿에 의한 오염의 문맥에서 기재될 수 있지만, 순도는 일부 경우에 다른 유형의 오염 또는 불순물을 지칭하기 위해 사용되고/되거나 또한 이들을 포함하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 고순도는 일부 문맥에서 낮은 황, 낮은 산소 수준, 낮은 전이 금속 및/또는 낮은 수준의 다른 유형의 오염 또는 불순물을 지칭하거나 또는 포함할 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 복수의 탄소 입자, 예컨대 일례로서 복수의 탄소 나노입자)는 탄소 입자만을 및/또는 임의의 불순물 (예를 들어, "탄소 입자"는 실질적으로 비-탄소인 임의의 대상을 포함할 수 있음)과 함께 탄소 입자 (예를 들어, 탄소 나노입자)를 지칭하기 위해 본원에서 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 탄소 입자는 약 15 m2/g 내지 약 25 m2/g의 N2SA 및 약 110 ml/100g 내지 약 130 ml/100g의 DBP, 또는 약 10 m2/g 내지 약 30 m2/g의 N2SA 및 약 110 ml/100g 내지 약 130 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자는 5 ppm 또는 1 ppm 미만의 325 메쉬 그릿 및 0 ppm의 120 메쉬 그릿과 조합하여 이러한 표면적 및 구조를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본 개시내용의 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 약 15 m2/g 내지 약 25 m2/g의 N2SA 및 약 110 ml/100g 내지 약 130 ml/100g의 DBP, 또는 약 10 m2/g 내지 약 30 m2/g의 N2SA 및 약 110 ml/100g 내지 약 130 ml/100g의 DBP; 5 ppm 또는 1 ppm 미만의 325 메쉬 그릿; 1 ppm 또는 0 ppm 미만의 120 메쉬 그릿; 또는 그의 임의의 조합을 가질 수 있다.
본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)의 펠릿은 주어진 미세물 함량을 가질 수 있다. 미세물 (예를 들어, 5' 및/또는 20')은, 예를 들어, ASTM D1508에 따라 측정될 수 있다. 미세물 (예를 들어, 5' 및/또는 20') 함량 (예를 들어, 중량 기준)은 예를 들어, 약 15%, 10%, 5%, 4.5%, 4%, 3.5%, 3%, 2.8%, 2.6%, 2.4%, 2.2%, 2%, 1.9%, 1.8%, 1.7%, 1.6%, 1.5%, 1.4%, 1.3%, 1.2%, 1.1%, 1%, 0.9%, 0.8%, 0.7%, 0.6%, 0.5%, 0.4%, 0.3%, 0.2%, 0.1%, 0.05%, 0.01% 또는 0.005% 이하일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 미세물 (예를 들어, 5' 및/또는 20') 함량 (예를 들어, 중량 기준)은 예를 들어, 약 0%, 0.005%, 0.01%, 0.05%, 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5%, 0.6%, 0.7%, 0.8%, 0.9%, 1%, 1.1%, 1.2%, 1.3%, 1.4%, 1.5%, 1.6%, 1.7%, 1.8%, 1.9%, 2%, 2.2%, 2.4%, 2.6%, 2.8%, 3%, 3.5%, 4% 또는 5% 이상일 수 있다. 탄소 입자는 본원에 기재된 하나 이상의 다른 특성과 조합하여 이러한 미세물 함량을 가질 수 있다.
본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)의 펠릿 및/또는 플러피는 주어진 미세물 체 잔류물 (예를 들어, 325 메쉬 및/또는 35 메쉬)을 가질 수 있다. 325 메쉬 및 35 메쉬 체 잔류물은 예를 들어 ASTM D1514에 따라 측정될 수 있다. 체 (예를 들어, 325 메쉬 및/또는 35 메쉬) 잔류물의 양은, 예를 들어, 약 0.5%, 0.2%, 0.1%, 900 ppm, 800 ppm, 700 ppm, 600 ppm, 500 ppm, 400 ppm, 300 ppm, 250 ppm, 200 ppm, 175 ppm, 150 ppm, 125 ppm, 100 ppm, 80 ppm, 75 ppm, 50 ppm, 25 ppm, 10 ppm, 5 ppm 또는 1 ppm (예를 들어, 중량 기준) 이하일 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 체 (예를 들어, 325 메쉬 및/또는 35 메쉬) 잔류물의 양은 예를 들어, 약 0 ppm, 1 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 25 ppm, 50 ppm, 75 ppm, 80 ppm, 100 ppm, 125 ppm, 150 ppm, 175 ppm, 200 ppm, 250 ppm, 300 ppm, 400 ppm, 500 ppm, 600 ppm, 700 ppm, 800 ppm, 900 ppm 또는 0.1% (예를 들어, 중량 기준) 이상일 수 있다. 탄소 입자는 본원에 기재된 하나 이상의 다른 특성과 조합하여 이러한 체 잔류물을 가질 수 있다.
탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 주어진 펠릿 특성을 가질 수 있다. 펠릿화 시에, 탄소 입자는 주어진 펠릿 경도 (예를 들어, 개별 및/또는 평균)를 가질 수 있다. 개별 및 평균 펠릿 경도는 예를 들어 ASTM D5230에 따라 측정할 수 있다. 일부 실시예에서, 개별 및/또는 평균 펠릿 경도는 약 90 그램-힘(gf) 또는 50 gf 이하일 수 있다. 펠릿 경도 (예를 들어, 개별 및/또는 평균)는 예를 들어, 약 300 gf, 250 gf, 200 gf, 180 gf, 160 gf, 140 gf, 120 gf, 100 gf, 95 gf, 90 gf, 85 gf, 80 gf, 75 gf, 70 gf, 65 gf, 60 gf, 55 gf, 51 gf, 50 gf, 48 gf, 45 gf, 40 gf, 35 gf, 30 gf, 25 gf, 24 gf, 23 gf, 22 gf, 21 gf, 20 gf, 19 gf, 18 gf, 17 gf, 16 gf, 15 gf, 14 gf, 13 gf, 12 gf, 11 gf, 10 gf, 5 gf 또는 1 gf 이하일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 펠릿 경도 (예를 들어, 개별 및/또는 평균)는 예를 들어, 약 0.05 gf, 1 gf, 5 gf, 10 gf, 11 gf, 12 gf, 13 gf, 14 gf, 15 gf, 16 gf, 17 gf, 18 gf, 19 gf, 20 gf, 21 gf, 22 gf, 23 gf, 24 gf, 25 gf, 30 gf, 35 gf, 40 gf, 45 gf, 48 gf, 50 gf, 51 gf, 55 gf, 60 gf, 65 gf, 70 gf, 75 gf, 80 gf, 85 gf, 90 gf, 95 gf, 100 gf, 120 gf, 140 gf, 160 gf, 180 gf, 200 gf, 250 gf 또는 300 gf 이상일 수 있다. 탄소 입자는 본원에 기재된 하나 이상의 다른 특성과 조합하여 이러한 펠릿 특성을 가질 수 있다.
탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))는 주어진 아이오딘가를 가질 수 있다. 아이오딘가는 탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙)의 표면적과 관련될 수 있다. 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같이, 표면적은 (내부) 공극을 제외한 표면적을 지칭할 수 있다. 아이오딘가는 예를 들어 ASTM D1510에 따라 측정될 수 있다. 아이오딘가는 예를 들어, 약 1 mg/g, 2 mg/g, 4 mg/g, 6 mg/g, 8 mg/g, 10 mg/g, 12 mg/g, 14 mg/g, 16 mg/g, 18 mg/g, 20 mg/g, 22 mg/g, 24 mg/g, 26 mg/g, 28 mg/g, 30 mg/g, 32 mg/g, 34 mg/g, 36 mg/g, 38 mg/g, 40 mg/g, 42 mg/g, 44 mg/g, 46 mg/g, 48 mg/g, 49 mg/g, 50 mg/g, 55 mg/g, 60 mg/g, 65 mg/g, 70 mg/g, 75 mg/g, 80 mg/g, 85 mg/g, 90 mg/g, 100 mg/g, 150 mg/g 또는 200 mg/g 이상일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 아이오딘가는 예를 들어, 약 200 mg/g, 150 mg/g, 100 mg/g, 90 mg/g, 85 mg/g, 80 mg/g, 75 mg/g, 70 mg/g, 65 mg/g, 60 mg/g, 55 mg/g, 50 mg/g, 49 mg/g, 48 mg/g, 46 mg/g, 44 mg/g, 42 mg/g, 40 mg/g, 38 mg/g, 36 mg/g, 34 mg/g, 32 mg/g, 30 mg/g, 28 mg/g, 26 mg/g, 24 mg/g, 22 mg/g, 20 mg/g, 18 mg/g, 16 mg/g, 14 mg/g, 12 mg/g, 10 mg/g, 8 mg/g, 6 mg/g, 4 mg/g, 2 mg/g 또는 1 mg/g 이하일 수 있다. 탄소 입자는 이러한 아이오딘가를 본원에 기재된 하나 이상의 다른 특성과 조합하여 가질 수 있다.
탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))는 (예를 들어, 본원에 기재된 프로세스에서 제조된 카본 블랙에서) "풀러렌-유사" 모이어티를 포함할 수 있다. 풀러렌-유사 모이어티에 대한 보다 많은 정보에 대해서는, 예를 들어 전문이 본원에 참조로 포함된 문헌 ["The Impact of a Fullerene-Like Concept in Carbon Black Science", Carbon, 2002, pages 157-162]을 참조한다. 본원에 기재된 시스템 및 방법(및 프로세스)은 풀러렌-유사 모이어티 (또한 본원에서 "표면 활성 부위")가 탄화수소 전구체로부터 하나의 단계로 제조될 수 있게 한다 (예를 들어, 이미 제조된 카본 블랙을 처리하는 것에 비해). 1-단계 프로세스는 (예를 들어, 도 1 및 도 5에 관련하여) 본원에 기재된 바와 같을 수 있다. 이러한 풀러렌-유사 모이어티의 예는, 예를 들어 전문이 본원에 참조로 포함되는 공동 양도된 동시-계류 중인 국제 특허 공개 번호 WO 2017/048621("CARBON BLACK FROM NATURAL GAS")에 제공된다. 탄소 입자(들)는 본원에 기재된 하나 이상의 다른 특성과 조합하여 이러한 풀러렌-유사 모이어티를 가질 수 있다.
탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는, 예를 들어, 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)에 비해 증가된 결정화도, 감소된 d002, 감소된 수소 함량, 감소된 황 함량 및/또는 감소된 산소 함량과 조합하여 이러한 풀러렌-유사 모이어티를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는, 예를 들어, 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)의 2배를 초과하는 결정화도, 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)의 1/3인 수소 함량 및 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)에서보다 10배 넘게 더 적은 황 존재량과 조합하여 이러한 풀러렌-유사 모이어티를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)에 비해 상이한 결정화도 및/또는 표면 활성을 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는, 예를 들어, 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)에 비해 상이한 Lc 값, 상이한 d002 값, 상이한 수소 함량, 상이한 황 함량 및/또는 상이한 산소 함량을 가질 수 있다. 탄소 입자는 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)의 것보다 예를 들어 적어도 약 1.01, 1.05, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 4, 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 또는 50배 더 큰 Lc를 가질 수 있다. 또한, 탄소 입자의 Lc는 일부 경우에 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)보다 최대 약 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 5, 4.9, 4.8, 4.7, 4.6, 4.5, 4.4, 4.3, 4.2, 4.1, 4, 3.9, 3.8, 3.7, 3.6, 3.5, 3.4, 3.3, 3.2, 3.1, 3, 2.9, 2.8, 2.7, 2.6 또는 2.5배 더 클 수 있다. 탄소 입자는, 예를 들어 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)의 것보다 적어도 약 0.1%, 0.5%, 1%, 1.5%, 2%, 2.5%, 3%, 3.5%, 4%, 4.5%, 5%, 5.5%, 6%, 6.5%, 7%, 7.5%, 8%, 8.5%, 9%, 9.5%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 20%, 25% 또는 50% 더 낮은 d002를 가질 수 있다. 또한, 탄소 입자의 d002는 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)의 것보다 일부 경우에 최대 약 약 50%, 25%, 20%, 15%, 14%, 13%, 12%, 11%, 10%, 9.5%, 9%, 8.5%, 8%, 7.5%, 7%, 6.5%, 6%, 5.5%, 5%, 4.5% 또는 4% 더 낮을 수 있다. 탄소 입자는 예를 들어 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)의 것보다 적어도 약 1%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 51%, 52%, 53%, 54%, 55%, 56%, 57%, 58%, 59%, 60%, 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69%, 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 85%, 90%, 95%, 99% 또는 100% 더 낮은 수소 함량을 가질 수 있다. 또한, 수소 함량은 일부 경우에 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)의 것보다 최대 약 100%, 99%, 95%, 90%, 85%, 80%, 79%, 78%, 77%, 76%, 75%, 74%, 73%, 72%, 71%, 70%, 69%, 68%, 67%, 66%, 65%, 64%, 63%, 62%, 61%, 60%, 59%, 58%, 57%, 56%, 55%, 54%, 53%, 52%, 51% 또는 50% 더 낮을 수 있다. 탄소 입자는, 예를 들어 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)의 것보다 적어도 약 1%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 99.5%, 99.9% 또는 100% 더 낮은 황 함량을 가질 수 있다. 또한, 황 함량은 일부 경우 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)의 것보다 최대 약 100%, 99.9%, 99.5%, 99%, 98%, 97%, 96%, 95%, 94%, 93%, 92%, 91% 또는 90% 더 낮을 수 있다. 탄소 입자는, 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)의 것보다 예를 들어 적어도 약 1%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 70%, 75%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 99.5%, 99.9% 또는 100% 더 낮은 산소 함량을 가질 수 있다. 또한, 산소 함량은 일부 경우에 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)의 것보다 최대 약 100%, 99.9%, 99.5%, 99%, 98%, 97%, 96%, 95%, 94%, 93%, 92%, 91%, 90%, 89%, 88%, 87%, 86%, 85%, 84%, 83%, 82%, 81%, 80%, 75%, 70%, 65% 또는 60% 더 낮을 수 있다. 일부 실시예에서, 탄소 입자는, 예를 들어 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)의 질소 함량보다 약 10% 더 낮은 것에서 약 50% 더 높은 것까지의 질소 함량을 가질 수 있다. 탄소 입자는 예를 들어, 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)의 것보다 적어도 약 1.01, 1.05, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 4, 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 또는 50배 더 큰 질소 함량을 가질 수 있다. 또한, 탄소 입자의 질소 함량은 일부 경우에 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)의 것보다 최대 약 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 5, 4.9, 4.8, 4.7, 4.6, 4.5, 4.4, 4.3, 4.2, 4.1, 4, 3.9, 3.8, 3.7, 3.6, 3.5, 3.4, 3.3, 3.2, 3.1, 3, 2.9, 2.8, 2.7, 2.6, 2.5, 2.4, 2.3, 2.2, 2.1, 2, 1.9, 1.8, 1.7, 1.6 또는 1.5배 더 클 수 있다. 탄소 입자는 예를 들어 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)의 것 보다 적어도 약 0.1%, 0.5%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 12%, 14%, 16%, 18%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% 또는 50% 더 낮은 질소 함량을 가질 수 있다. 또한, 탄소 입자의 질소 함량은 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)의 것보다 일부 경우에 최대 약 100%, 99%, 90%, 75%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 18%, 16%, 14%, 12%, 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2% 또는 1% 더 낮을 수 있다. 탄소 입자는 N2SA 및 DBP가 거의 변하지 않더라도 이러한 특성 또는 특징을 가질 수 있다. 상기 언급된 탄소 입자 (예를 들어, 탄소 나노입자)는, 예를 들어 본원의 다른 곳에서 보다 상세하게 기재된 바와 같이 1-단계 프로세스로 제조될 수 있다.
기준 탄소 입자(들)는 기준 카본 블랙을 포함할 수 있다. 기준 카본 블랙은 퍼니스 블랙 프로세스 (또한 본원에서 "퍼니스 프로세스"), 램프 블랙 프로세스, 가스 블랙 프로세스, 채널 블랙 프로세스, 서멀 블랙 프로세스, 아세틸렌 블랙 프로세스 및/또는 역사적 가스 퍼니스 블랙 프로세스에서 제조된 카본 블랙 물질일 수 있고, 이는 본원에 기재된 프로세스(들)에 의해 제조된 탄소 입자 (예를 들어, 탄소 나노입자)의 20% 이내의 N2SA 및 DBP 값을 갖는다. 일부 실시예에서, 기준 카본 블랙은 이들 프로세스의 부분집합 (예를 들어, 하나)에 의해서만 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 기준 카본 블랙은 본원에 기재된 프로세스(들)에 의해 제조된 탄소 입자 (예를 들어, 탄소 나노입자)의 20% 이내의 N2SA 및 DBP의 값을 갖는, 퍼니스 프로세스에서 제조된 카본 블랙 물질 (예를 들어, 중유를 사용한 퍼니스 프로세스에 의해 제조된 카본 블랙)일 수 있다. 퍼니스 프로세스에서 제조된 기준 카본 블랙은 일부 경우에 본원에서 "퍼니스 블랙 대응물"로 지칭될 수 있다. 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)은 주어진 등급을 지칭할 수 있다. 등급은 N2SA 및 DBP 값 (예를 들어, 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같음)에 의해 결정될 수 있다. 상이한 플랜트 및 상이한 제조자에 의해 (예를 들어, 퍼니스 프로세스를 사용하는 상이한 플랜트 및 상이한 제조자에 의해) 제조된 기준 카본 블랙 사이의 수소 함량, 산소 함량, 황 함량 및 결정화도에서 매우 미소한 변동이 있을 수 있다. 모든 퍼니스 블랙이 이러한 특성에서 매우 유사하기 때문에, 표면 활성 또는 결정화도의 차이로 인해 단지 매우 사소한 차이가 결정될 수 있다. 일부 실시예에서, 기준 카본 블랙은 본원에 기재된 프로세스(들)에 의해 제조된 탄소 입자 (예를 들어, 탄소 나노입자)의 20% 이내의 N2SA 및 DBP의 값을 갖는 서멀 블랙 프로세스에서 제조된 카본 블랙 물질일 수 있다.
일부 실시예에서, 탄소 입자 (예를 들어, 탄소 나노입자)는 약 1 마이크로미터 또는 700 nm 미만의 부피 등가 구 직경일 수 있고, 약 3.0 나노미터(nm) 또는 4 nm 초과의 Lc를 갖는다. 또한, 탄소 입자의 d002는 약 0.36 nm 또는 0.35 nm 미만일 수 있거나, 풀러렌-유사 표면 구조를 포함하거나, 제조된 상태에서 0.2 중량% 이하의 수소를 갖거나, 제조된 상태에서 0.4 중량% 이하의 산소를 갖거나, 제조된 상태에서 중량 기준 0.3%, 50 ppm, 10 ppm, 5 ppm, 1 ppm 이하의 황을 갖거나 또는 그의 임의의 조합을 갖는다.
본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 기준 탄소 입자 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물 및/또는 다른 기준 카본 블랙)보다 높은 토트를 가질 수 있다. 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 예를 들어, 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙)의 것보다 적어도 약 0%, 0.005%, 0.1%, 0.2%, 0.5%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 90%, 95% 또는 100% 더 높은 토트를 가질 수 있다. 또한, 일부 경우에, 토트는 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙)의 것보다 최대 약 100%, 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 29%, 28%, 27%, 26%, 25%, 24%, 23%, 22%, 21%, 20%, 19%, 18%, 17%, 16%, 15%, 14%, 13%, 12%, 11%, 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2% 또는 1% 더 높을 수 있다.
본원에 기재된 탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))는 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙)의 것보다 더 적은 산성 기를 가질 수 있다. 또한, 존재하는 산성 기는 약산성 기 (예를 들어, 페놀, 퀴논 등)일 수 있다. 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙)보다 예를 들어, 적어도 약 0%, 0.005%, 0.1%, 0.2%, 0.5%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 51%, 52%, 53%, 54%, 55%, 56%, 57%, 58%, 59%, 60%, 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69%, 70%, 75%, 80%, 90%, 95% 또는 100% 더 적은 (예를 들어, 더 낮은 함량의) 표면 산성 기를 가질 수 있다. 또한, 일부 경우에, 표면 산성 기 함량은 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙)의 것보다 최대 약 100%, 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 69%, 68%, 67%, 66%, 65%, 64%, 63%, 62%, 61%, 60%, 59%, 58%, 57%, 56%, 55%, 54%, 53%, 52%, 51%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 29%, 28%, 27%, 26%, 25%, 24%, 23%, 22%, 21%, 20%, 19%, 18%, 17%, 16%, 15%, 14%, 13%, 12%, 11%, 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2% 또는 1% 더 낮을 수 있다.
본 개시내용에 따라 제조된 탄소 입자 (예를 들어, 탄소 나노입자)는 (예를 들어, 플라즈마 내에서) 고무에 배합될 수 있다. 본원에 설명된 시스템 및 방법 (및 프로세스)는 엘라스토머 화합물을 강화할 수 있는 품질의 탄소 입자 (예를 들어, 탄소 나노입자)를 성공적으로 생성할 수 있다. 특성 및 고무 성능 결과 (예를 들어, 퍼니스-기반 카본 블랙과 비교할 때)의 예는, 예를 들어 전문이 본원에 참조로 포함되는 공동 양도된 동시-계류 중인 국제 특허 공개 번호 WO 2017/048621("CARBON BLACK FROM NATURAL GAS")에 기재되어 있다. 일부 실시예에서, 본 개시내용에 따라 제조된 카본 블랙은 기준 카본 블랙과 비교하여 실질적으로 유사하거나 개선된 성능을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 본 개시내용에 따른 카본 블랙을 사용하면 기준 카본 블랙을 포함하는 엘라스토머 (또한 본원에서 "기준 카본 블랙 엘라스토머 복합체")의 성능에 비해 엘라스토머 복합체 성능을 약 0%, 0.005%, 0.1%, 0.2%, 0.5%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 14%, 16%, 18%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 50%, 75% 또는 100% 이상만큼 증가시킬 수 있다. 본 개시내용에 따라 제조된 카본 블랙을 포함하는 엘라스토머를 사용하면 다른 온도에서의 성능 (예를 들어, 0℃에서의 tan 델타)은 유지하면서 주어진 온도에서의 이러한 성능의 증가 (예를 들어, 60℃에서의 이러한 (또는 상응하는) tan 델타의 감소)를 제공할 수 있고, 따라서 예를 들어, 주어진 온도 범위에 걸친 성능의 이러한 전체적 증가 (예를 들어, 증가된 "델타 tan 델타")를 제공할 수 있다. 본원의 다른 곳에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 본원에 기재된 탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙)는 기준 탄소 입자(들) (예를 들어, 기준 카본 블랙)보다 더 결정질일 수 있다. 일부 실시예에서, 탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙)는 기준 탄소 입자(들) (예를 들어 기준 카본 블랙)보다 더 결정질일 수 있지만, 고무에서의 성능은 표면 활성이 존재하는 것을 입증할 수 있다.
본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 중합체 (예를 들어, 고무) 중에 펠릿화 및/또는 분산될 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙)와 유사하거나 또는 실질적으로 동일하게 펠릿화 및/또는 분산될 수 있다.
본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙)와 유사한 방식으로 탄소 계면활성제를 사용하여 하전 및/또는 분산될 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에서 설명되는 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙)와 실질적으로 동일한 용액 중 입자 하전을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 기준 탄소 입자 (예를 들어 기준 카본 블랙)보다 더 빠르게 분산될 가능성을 가질 수 있다. 제타 전위 분석을 사용하여 하전 및/또는 분산을 정량화할 수 있다. 수용액 및 양이온성 단쇄 중합체 암모늄 기재 계면활성제의 경우, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 예를 들어 약 5 밀리볼트(mV), 10 mV, 15 mV, 20 mV, 25 mV, 30 mV, 31 mV, 32 mV, 33 mV, 34 mV, 35 mV, 36 mV, 37 mV, 38 mV, 39 mV, 40 mV, 45 mV 또는 50 mV 이상의 제타 전위로 하전될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 (수용액 및 양이온성 단쇄 중합체 암모늄 기재 계면활성제를 사용하여) 예를 들어 약 50 mV, 45 mV, 40 mV, 39 mV, 38 mV, 37 mV, 36 mV, 35 mV, 34 mV, 33 mV, 32 mV, 31 mV, 30 mV, 25 mV, 20 mV, 15 mV 또는 10 mV 이하의 제타 전위로 하전될 수 있다. 수용액 및 음이온성 메타크릴레이트 단쇄 중합체 계면활성제를 사용하여, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 예를 들어 약 -80 mV, -75 mV, -70 mV, -65 mV, -60 mV, -59 mV, -58 mV, -57 mV, -56 mV, -55 mV, -50 mV, -49 mV, -48 mV, -47 mV, -46 mV, -45 mV, -44 mV, -43 mV, -42 mV, -41 mV, -40 mV, -39 mV, -38 mV, -37 mV, -36 mV, -35 mV, -30 mV, -25 mV, -20 mV 또는 -15 mV 이상의 제타 전위로 하전될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 (수용액 및 음이온성 메타크릴레이트 단쇄 중합체 계면활성제를 사용하여) 예를 들어 약 -15 mV, -20 mV, -25 mV, -30 mV, -35 mV, -36 mV, -37 mV, -38 mV, -39 mV, -40 mV, -41 mV, -42 mV, -43 mV, -44 mV, -45 mV, -46 mV, -47 mV, -48 mV, -49 mV, -50 mV, -55 mV, -56 mV, -57 mV, -58 mV, -59 mV, -60 mV, -65 mV 또는 -70 mV 이하의 제타 전위로 하전될 수 있다. 탄소 입자는 이러한 하전 특성 함량을 본원에 기재된 하나 이상의 다른 특성과 조합하여 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 기준 탄소 입자 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물 및/또는 다른 기준 카본 블랙)보다 덜 친수성일 수 있다. 이는 중합체 (예를 들어, 엘라스토머)에서 더 빠른 분산 및/또는 제조된 상태에서의 탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙)에서 더 적은 수분을 초래할 수 있다. 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙 및/또는 질산 처리된 기준 카본 블랙)보다 예를 들어, 적어도 약 0%, 0.005%, 0.1%, 0.2%, 0.5%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 14%, 16%, 18%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 60%, 70%, 75%, 80%, 90%, 95% 또는 100% 더 낮은 친수성 (예를 들어, WSP에 관하여)을 가질 수 있다.
본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙)보다 더 낮은 수분 함량 (예를 들어, 원소 분석에 의해 결정된 바와 같은 %)을 가질 수 있다. 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙)보다 적어도 약 0%, 0.005%, 0.1%, 0.2%, 0.5%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 14%, 16%, 18%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 90%, 95% 또는 100% 더 낮은 수분 함량을 가질 수 있다. 또한, 수분 함량은 일부 경우에 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙)의 것보다 최대 약 100%, 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 18%, 16%, 14%, 12%, 11%, 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2% 또는 1% 더 낮을 수 있다.
본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 기준 탄소 입자 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물 및/또는 다른 기준 카본 블랙)보다 더 빠르게 분산될 수 있다. 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 예를 들어, 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙)의 것보다 적어도 약 0%, 0.005%, 0.1%, 0.2%, 0.5%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 14%, 16%, 18%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 90%, 95% 또는 100% 더 빠른 분산을 가질 수 있다. 또한, 상기 분산은 일부 경우에 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙)의 것보다 최대 약 100%, 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 18%, 16%, 14%, 12%, 11%, 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2% 또는 1% 더 빠르다.
본 개시내용에 따라 제조된 탄소 입자(들) (예를 들어, 탄소 나노입자(들))는 전계 방출 주사 전자 현미경검사(FESEM) 및/또는 투과 전자 현미경검사(TEM) 분석을 사용하여 분석될 수 있다. 이러한 분석은 예를 들어 표면 활성 부위를 확인하는데 사용될 수 있다. FESEM 및/또는 TEM을 사용하여 분석하는 경우, 분석적으로 입자(들)가 기준 입자(들)와 비교하여 상당한 (예를 들어, 강한) 차이를 가질 수 있더라도, 탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙)는 기준 탄소 입자(들) (예를 들어, 기준 카본 블랙)와 실질적으로 동일하게 보일 수 있다 (예를 들어, 시각적으로 그렇게 보일 수 있다). 이러한 차이는 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같을 수 있다.
본원에 기재된 탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙)은 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙)와 실질적으로 유사한 (예를 들어, 동일한) 하나 이상의 특성, 기준 탄소 입자 (예를 들어, 기준 카본 블랙)와 실질적으로 상이한 하나 이상의 특성, 또는 그의 조합을 가질 수 있다. 예를 들어, 본원에 기재된 카본 블랙은 기준 카본 블랙과 하나 이상의 실질적으로 유사한 (예를 들어, 동일한) 특성을 가질 수 있다. 실시예에서, 본 개시내용에 따른 카본 블랙 (예를 들어, 약 23 m2/g 내지 약 35 m2/g의 N2SA 및 약 59 ml/100g 내지 약 71 ml/100g의 DBP, 또는 약 19 m2/g 내지 약 39 m2/g의 N2SA 및 약 55 ml/100g 내지 약 75 ml/100g의 DBP를 가짐)은 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)과 비교하여 다음 특성을 가질 수 있다: 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)과 실질적으로 동일한 (예를 들어, 동일한) 표면적 및 구조 (예를 들어, 기준 카본 블랙/퍼니스 블랙 대응물의 표면적 및 구조와 관련하여 본원의 다른 곳에서 상세히 기재된 바와 같음); 실질적으로 동일한 (예를 들어, 동일한) 엘라스토머 강화 능력; 증가된 델타 tan 델타; 퍼니스 블랙보다 더 결정질; 응집된 타원형상 입자; 퍼니스 블랙과 실질적으로 동일한 (예를 들어, 동일한) 방식의 중합체 (예를 들어, 고무) 중 펠릿화 및 분산; 더 빠른 분산 가능성; 퍼니스 블랙에 비교시 더 낮은 수소 및 산소 함량; 퍼니스 블랙보다 더 적은 친수성; 퍼니스 블랙보다 더 적은 표면 산 기; 및 퍼니스 블랙과 비교시 용액 중에서 실질적으로 동일한 (예를 들어, 동일한) 입자 크기 분포 및 입자 하전. 다른 예에서, 본 개시내용에 따른 카본 블랙 (예를 들어, 약 29 m2/g 내지 약 41 m2/g의 N2SA 및 약 84 ml/100g 내지 약 96 ml/100g의 DBP, 또는 약 25 m2/g 내지 약 45 m2/g의 N2SA 및 약 80 ml/100g 내지 약 100 ml/100g의 DBP를 가짐)은 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)과 비교하여 다음 특성을 가질 수 있다: 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)과 실질적으로 동일한 (예를 들어, 동일한) 표면적 및 구조 (예를 들어, 기준 카본 블랙/퍼니스 블랙 대응물의 표면적 및 구조와 관련하여 본원의 다른 곳에서 상세히 설명된 바와 같음); 약간 감소되거나 실질적으로 동일한, ASTM D3191 배합물에서 SBR을 강화하는 능력; 응집된 타원형상 입자; 퍼니스 블랙과 실질적으로 동일한 방식 (예를 들어, 동일한 방식)의 중합체 (예를 들어, 고무) 중 펠릿화 및 분산; 더 빠른 분산 가능성; 퍼니스 블랙보다 더 결정질; 퍼니스 블랙에 비교시 더 낮은 수소 및 산소 함량; 퍼니스 블랙보다 더 적은 친수성; 퍼니스 블랙보다 더 적은 표면 산 기; 및 퍼니스 블랙과 비교시 용액 중에서 실질적으로 동일한 (예를 들어, 동일한) 입자 크기 분포 및 입자 하전.
실시예에서, 본 개시내용에 따른 카본 블랙은 약 40 mg/g의 아이오딘가, 약 36 m2/g의 STSA, 약 31 m2/g의 N2SA, 약 65 ml/100g의 DBP; 약 65 ml/100g의 CDBP, 약 18-90 gf의 개별 펠릿 경도, 약 48 gf의 평균 펠릿 경도, 약 50 ppm 미만의 체 잔류물(325 메쉬), 약 0 ppm의 체 잔류물(35 메쉬), 약 5%의 최대 미세물(5'), 약 10%의 최대 미세물(20'), 약 96%의 토트 및 약 0.5% 미만의 수분을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 본 개시내용에 따른 카본 블랙은 약 38 mg/g의 아이오딘가, 약 37 m2/g의 STSA, 약 33 m2/g의 N2SA, 약 85 ml/100g의 DBP; 약 79 ml/100g의 CDBP, 약 18-90 gf의 개별 펠릿 경도, 약 50 gf의 평균 펠릿 경도, 약 125 ppm의 체 잔류물(325 메쉬), 약 0 ppm의 체 잔류물(35 메쉬), 약 0.5%의 미세물(5'), 약 1.2%의 미세물(20'), 약 93%의 토트 및 약 0.5% 미만의 수분을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 본 개시내용에 따른 카본 블랙은 약 49 mg/g의 아이오딘가, 약 44 m2/g의 STSA, 약 39 m2/g의 N2SA, 약 104 ml/100g의 DBP; 약 94 ml/100g의 CDBP, 약 18-90 gf의 개별 펠릿 경도, 약 80 ppm의 체 잔류물(325 메쉬), 약 0 ppm의 체 잔류물(35 메쉬), 약 98%의 토트, 및 약 0.5% 미만의 수분을 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 본 개시내용에 따른 카본 블랙은 약 30 mg/g의 아이오딘가, 약 27 m2/g의 STSA, 약 24 m2/g의 N2SA, 약 72 ml/100g의 DBP; 약 69 ml/100g의 CDBP, 약 18-90 gf의 개별 펠릿 경도, 약 51 gf의 평균 펠릿 경도, 약 50 ppm 미만의 체 잔류물(325 메쉬), 약 0 ppm의 체 잔류물(35 메쉬), 약 5%의 최대 미세물(5'), 약 10%의 최대 미세물(20'), 약 97%의 토트 및 약 0.5% 미만의 수분을 가질 수 있다.
이전에 기재된 바와 같이, 본원에 기재된 탄소 입자(들) (예를 들어, 카본 블랙 입자(들))는 본원에 기재된 특성의 다양한 조합을 가질 수 있다 (예를 들어, 입자(들)는 본원에 기재된 하나 이상의 다른 특성과 조합되어 주어진 특성을 가질 수 있다). 예를 들어, 탄소 입자는 본원에 기재된 하나 이상의 형상 (예를 들어, 타원형상 계수), 본원에 기재된 하나 이상의 크기/크기 분포 (예를 들어, 부피 등가 구 직경 및/또는 DLS에 의해 결정된 입자 크기/크기 분포), 본원에 기재된 하나 이상의 참 밀도, 본원에 기재된 하나 이상의 결정화도 (예를 들어, La, Lc 및/또는 d002 값), 본원에 기재된 하나 이상의 친수성 함량 (예를 들어, 물을 흡수하는 친화도 및/또는 WSP 값), 본원에 기재된 하나 이상의 표면 산 기 함량, 본원에 기재된 하나 이상의 산소 함량, 본원에 기재된 하나 이상의 수소 함량, 본원에 기재된 하나 이상의 황 함량, 본원에 기재된 하나 이상의 질소 함량, 본원에 기재된 하나 이상의 탄소 함량, 본원에 기재된 하나 이상의 표면적 (예를 들어, N2SA 및/또는 STSA 값), 본원에 기재된 하나 이상의 구조 (예를 들어, 하나 이상의 DBP 값), 본원에 기재된 하나 이상의 PAH 함량 (예를 들어, PAH의 양 및/또는 토트 값), 본원에 기재된 하나 이상의 순도 (예를 들어, 회분, 금속/준금속, 이온, 코크스 및/또는 그릿 오염 수준), 본원에 기재된 하나 이상의 풀러렌-유사 모이어티, 본원에 기재된 하나 이상의 강화 특성 (예를 들어, 탄젠트 델타 (또한 본원에서 "tan 델타") 및/또는 다른 관련 값), 본원에 기재된 하나 이상의 아이오딘가, 본원에 기재된 하나 이상의 펠릿 특성 (예를 들어, 개별 및/또는 평균 펠릿 경도 값), 본원에 기재된 하나 이상의 체 잔류물 (예를 들어, 325 및/또는 35 메쉬), 본원에 기재된 하나 이상의 미세물 함량 (예를 들어, 5' 및/또는 20'), 본원에 기재된 하나 이상의 수분 함량, 본원에 기재된 하나 이상의 (용액 중) 하전 및/또는 분산 특성, 또는 그의 임의의 조합과 조합하여(그 자체 제외) 주어진 특성 중 하나 이상(값)을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 10 m2/g 초과 약 100 m2/g 미만의 N2SA를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 100 m2/g, 50 m2/g, 46 m2/g, 45 m2/g, 41 m2/g, 40 m2/g, 39 m2/g, 35 m2/g, 34 m2/g, 30 m2/g, 29 m2/g, 23 m2/g 또는 19 m2/g, 15 m2/g 또는 13 m2/g 미만의 N2SA를 가질 수 있다. 탄소 입자는 예를 들어 약 140 ml/100g, 135 ml/100g 또는 130 ml/100g 미만의 DBP와 조합하여 이러한 표면적을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 2 m2/g 내지 약 14 m2/g의 N2SA, 및 약 37 ml/100g 내지 약 49 ml/100g, 또는 약 33 ml/100g 내지 약 53 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 10 m2/g 또는 18 m2/g 내지 약 29 m2/g 또는 37 m2/g의 N2SA, 및 약 82 ml/100g 또는 83 ml/100g 내지 약 135 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 15 m2/g 내지 약 28 m2/g 또는 약 10 m2/g 내지 약 30 m2/g의 N2SA, 및 약 87 ml/100g 내지 약 102 ml/100g 또는 약 82 ml/100g 내지 약 102 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 22 m2/g 내지 약 34 m2/g, 또는 약 17 m2/g 내지 약 37 m2/g의 N2SA, 및 약 113 ml/100g 내지 약 128 ml/100g 또는 약 110 ml/100g 내지 약 130 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 19 m2/g 또는 25 m2/g 내지 약 38 m2/g 또는 42 m2/g의 N2SA 및 약 39 ml/100g 내지 약 77 ml/100g 또는 82 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 23 m2/g 내지 약 35 m2/g의 N2SA 및 약 59 ml/100g 내지 약 71 ml/100g의 DBP, 또는 약 19 m2/g 내지 약 39 m2/g의 N2SA 및 약 55 ml/100g 내지 약 75 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 24 m2/g 내지 약 36 m2/g의 N2SA 및 약 66 ml/100g 내지 약 78 ml/100g의 DBP, 또는 약 20 m2/g 내지 약 40 m2/g의 N2SA 및 약 62 ml/100g 내지 약 82 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 26 m2/g 내지 약 38 m2/g의 N2SA 및 약 59 ml/100g 내지 약 71 ml/100g의 DBP, 또는 약 22 m2/g 내지 약 42 m2/g의 N2SA 및 약 55 ml/100g 내지 약 75 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 24 m2/g 내지 약 37 m2/g 또는 약 22 m2/g 내지 약 42 m2/g의 N2SA, 및 약 42 ml/100g 내지 약 57 ml/100g, 또는 약 42 ml/100g 내지 약 62 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 17 m2/g 또는 24 m2/g 내지 약 51 m2/g의 N2SA 및 약 108 ml/100g 내지 약 133 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 29 m2/g 내지 약 41 m2/g의 N2SA, 및 약 84 ml/100g 내지 약 96 ml/100g의 DBP, 또는 약 25 m2/g 내지 약 45 m2/g의 N2SA 및 약 80 ml/100g 내지 약 100 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 30 m2/g 내지 약 42 m2/g의 N2SA 및 약 116 ml/100g 내지 약 128 ml/100g의 DBP, 또는 약 26 m2/g 내지 약 46 m2/g의 N2SA 및 약 112 ml/100g 내지 약 132 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 34 m2/g 내지 약 46 m2/g의 N2SA 및 약 115 ml/100g 내지 약 127 ml/100g의 DBP, 또는 약 30 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA 및 약 111 ml/100g 내지 약 131 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 낮은 325 ppm 그릿 및 낮은 황 (예를 들어, 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같음)과 함께 (예를 들어, 약) 15 내지 35 m2/g의 N2SA 및 (예를 들어, 약) 115 내지 127 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 낮은 325 ppm 그릿 및 낮은 황 (예를 들어, 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같음)과 함께 (예를 들어, 약) N2SA 15 내지 35 m2/g의 N2SA 및 (예를 들어, 약) DBP 80 내지 100 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 29 m2/g, 23 m2/g 또는 19 m2/g 내지 약 8 m2/g, 13 m2/g 또는 14 m2/g의 N2SA, 및 약 65 ml/100g, 59 ml/100g, 또는 55 ml/100g 내지 약 43 ml/100g, 47 ml/100g, 49 ml/100g 또는 53 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 10 m2/g 내지 약 30 m2/g의 N2SA 및 약 70 ml/100g 내지 약 120 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 10 m2/g 내지 약 30 m2/g의 N2SA 및 약 80 ml/100g 내지 약 115 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 15 m2/g 내지 약 20 m2/g의 N2SA 및 약 80 ml/100g 내지 약 100 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 17 m2/g 또는 24 m2/g 내지 약 51 m2/g의 N2SA, 및 약 108 ml/100g 내지 약 133 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 20 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA 및 약 110 ml/100g 내지 약 130 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 30 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA, 및 약 111 ml/100, 120 ml/100 또는 150 ml/100 이상의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 19 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA, 및 약 42 ml/100g 내지 약 131 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 20 m2/g 내지 약 40 m2/g의 N2SA 및 약 45 ml/100g 내지 약 95 ml/100g의 구조를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 19 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA, 및 약 42 ml/100g 내지 약 131 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 19 m2/g 내지 약 45 m2/g의 N2SA, 및 약 42 ml/100g 내지 약 100 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 19 m2/g 내지 약 45 m2/g의 N2SA, 및 약 55 ml/100g 내지 약 100 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 22 m2/g 내지 약 45 m2/g의 N2SA, 및 약 42 ml/100g 내지 약 100 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자는 낮은 그릿 수준 및 고순도 (예를 들어, 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 것일 수 있음)와 조합하여 상기 언급된 표면적 및 구조를 가질 수 있다. 탄소 입자는 낮은 그릿, 낮은 회분 및/또는 낮은 황 수준 (예를 들어, 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 것일 수 있음)과 조합하여 상기 언급된 표면적 및 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 (예를 들어, 약) 2%, 1.5%, 0.05%, 0.03% 또는 0.01% (예를 들어, 중량 기준) 미만의 회분 함량, 약 1.5%, 1%, 0.3%, 0.1%, 0.03%, 50 ppm, 10 ppm, 5 ppm 또는 1 ppm (예를 들어, 중량 기준) 미만의 황 함량, 및/또는 약 5 ppm 또는 1 ppm 미만의 325 메쉬 그릿 체 잔류물을 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는, 예를 들어, 적합한 친수성, 적합한 PAH 함량, 적합한 (예를 들어, 개선된) 전도성 및/또는 다른 적합한 특성/특징과 조합하여 이러한 특성을 가질 수 있다. 이러한 탄소 입자의 적어도 부분집합은, 예를 들어 본원의 다른 곳에서 보다 상세하게 기재된 바와 같이 산업용 고무 및/또는 플라스틱 응용에서 (예를 들어, 하나 이상의 라디에이터 호스/ECD 자동차 호스 응용, 웨더 스트리핑(weather stripping)/압출물 응용, 밀봉물, 가스켓 및 성형 제품에서) 사용될 수 있다.
본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 중합체 응용에서 유리하게 사용될 수 있다. 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 산업용 고무 및/또는 플라스틱 응용에서 유리하게 사용될 수 있다. 이러한 응용의 예는 성형, 시트가공, 사출, 압출 및/또는 압축 부품, 호스, 벨트, 프로파일, o-링, 가스켓, 밀봉물, 스폰지 및/또는 다른 부품/물품을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 산업용 고무 및/또는 플라스틱 응용, 예컨대, 일례로서, 라디에이터 호스, 자동차 압출물, 중간 전압 전력 케이블을 위한 케이블 플러딩/절연체, 밀봉물/밀봉 및/또는 다른 이러한 응용에서 유리하게 사용될 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 성형 및/또는 압출된 중합체 (예를 들어, 성형 및/또는 압출된 엘라스토머)에 사용될 수 있다. 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 유리하게는 중합체(들) (예를 들어, 고무(들)) 및/또는 플라스틱(들)에 배합될 수 있다. 예를 들어, 탄소 입자는 니트릴 부타디엔 고무(NBR), 수소화 니트릴 부타디엔 고무(HNBR), 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체(M-클래스) 고무(EPDM) (ASTM D1418에 따라 분류된 합성 고무의 유형), 플루오린화 엘라스토머 (예를 들어, 플루오로엘라스토머(ASTM D1418 표준에 따른 FKM) 및/또는 퍼플루오로엘라스토머(ASTM D1418 표준에 따른 FFKM) 등에 배합될 수 있다. 엘라스토머는 합성 또는 천연일 수 있다. 용어 엘라스토머는 용어 고무와 상호교환가능하게 사용될 수 있다. 본 개시내용에 따른 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 다양한 중합체에서 유리하게 사용 (예를 들어, 배합)될 수 있다. 이러한 응용에서 이러한 탄소 입자의 성능 측정기준(들)은, 예를 들어 제1 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)과 유사하거나 또는 실질적으로 동일할 수 있거나, 제2 기준 카본 블랙 (예를 들어, 동일하거나 또는 상이한 기준 카본 블랙)에 비해 증가 또는 개선될 수 있거나, 또는 그의 임의의 조합 (예를 들어, 주어진 성능 측정기준은 증가 또는 개선될 수 있지만, 또 다른 성능 측정기준은 실질적으로 동일할 수 있음)일 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는, 예를 들어 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)과 비교하여, 유사하거나 실질적으로 동일한 수준의 강화를 나타낼 수 있다. 탄소 입자는 생성된 물질 및/또는 생성물/응용물의 다양한 성능 측정기준 (예를 들어, 특성 및/또는 성능)에 영향을 미칠 수 있다. 생성물/응용물은 주어진 성능, 물리적 특성 등을 가질 수 있다. 생성물/응용물은 주어진 강화, 극한 신율, 마모, 인열, 인열 강도, 인장 강도, 모듈러스, 다이 팽창, 로딩 용량, 탄성, 청결도, 전도성, 분산, 분산능, 압출, 압출성, 압출 특성, 압출 평활도, 가공, 가공성, 성형성, 유동, 로딩 성능(loadability), 점도, 표면 결함/결점, 훈색, 표면 마감, 미관, 전기화학 분해(ECD), 치수 안정성, 금형 청결도, 내부식성, 경도, 미가공 강도, 전기 전도성/저항률, 정전 균열 저항성, 경화 속도, 열 노화, 열 시험에 의해 영향을 받는 물리적 특성의 수, 열 노화 물리적 특성, 동적 성능 (예를 들어, 굴곡 사이클 및 균열 개시에 대한 저항성에 의해 측정됨), 굴곡 사이클의 수, 균열 개시/균열 개시에 대한 저항성, 파괴, 스트리핑 용이성, 제품 수명, 케이블 수명, 금형 유동, 금형 수명, 동적 환경에서의 수명 등을 가질 수 있다. 본 개시내용의 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)를 사용하는 물질 및/또는 생성물/응용물의 성능 측정기준은, 예를 들어 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)을 사용하는 동일한 물질 및/또는 생성물/응용물에 비해, 예를 들어 적어도 약 0.1%, 0.5%, 1%, 2%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 99% 또는 100% 더 높거나 더 낮을 수 있다 (예를 들어, 더 크거나, 더 작거나, 증진되거나 개선됨). 또한, 본 개시내용의 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)를 사용하는 물질 및/또는 생성물/응용물의 성능 측정기준은 일부 경우 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)을 사용하는 동일 물질 및/또는 생성물/응용물의 것보다 최대 약 100%, 99%, 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, 2%, 1% 또는 0.5% 더 높거나 더 낮을 수 있다 (예를 들어, 더 크거나, 더 작거나, 증진되거나 개선됨).
본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 예를 들어 라디에이터 호스 응용에서 사용될 수 있다. 자동차 응용을 위한 라디에이터 호스는 예를 들어 EPDM 고무를 사용하여 제조될 수 있다. 전기화학 분해(ECD)는 예를 들어 고무 배합물의 전기 전도성, 고무 호스와 알루미늄 또는 마그네슘의 접촉, 및/또는 호스에서 흐르는 유체에 의해 유발되고/되거나 이와 관련될 수 있다. ECD는 호스의 내부 층의 내부의 종방향 균열(들)로서 자체적으로 나타날 수 있으며, 균열이 전파되어 누출 및/또는 호스의 파괴를 초래할 수 있다. 다수의 경쟁적 요건/제약이 배합 (예를 들어, 호스 배합), 예컨대, 일례로서, 화합물 가공, 호스 형성 동안 및/또는 전도성에서 균형화될 필요가 있을 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 이러한 성능 측정기준(들) (예를 들어, 특성/특징)에 영향을 줄 수 있다. 호스 제품의 가공은 분산 및 우수한 압출을 보조할 수 있는 큰 입자인 고구조 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)에 의해 증진될 수 있다. 호스 형성 프로세스는 호스가 형성되고/되거나 특정 치수로 성형하기 위해 맨드렐 상에 위치될 수 있도록 하기 위해 (예를 들어, 형성되고, 아마도, 특정 치수로의 성형을 위해 맨드렐 상에 위치됨) 높은 미가공 (또는 비경화) 강도를 필요로 할 수 있다. 미가공 강도는 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)의 고구조에 의해 촉진될 수 있다. 호스는 적합한 전기 저항률을 가질 필요가 있을 수 있다 (예를 들어, 이 경우에, 전도성의 반대인 전기 저항률이 필요할 수 있음). 전기 저항률은 저구조를 갖는 보다 큰 입자 크기의 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)를 사용하여 증가될 수 있다. 이러한 요건을 균형화하기 위해, 극도로 큰 입자 크기 (예를 들어, 15 내지 20 m2/g N2SA) 및 중간 범위 구조 (예를 들어, DBP 90 ml/100g)를 갖는 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 가공 및 호스 형성을 위해 충분한 구조를 제공할 수 있으면서, 보다 큰 입자 크기에 기인하는 적합한 (예를 들어, 적절한) 저항률을 갖는다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 10 m2/g 내지 약 30 m2/g의 N2SA, 및 약 70 ml/100g 내지 약 120 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 10 m2/g 내지 약 30 m2/g의 N2SA, 및 약 80 ml/100g 내지 약 115 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 15 m2/g 내지 약 20 m2/g의 N2SA, 및 약 80 ml/100g 내지 약 100 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 15 m2/g 내지 약 28 m2/g 또는 약 10 m2/g 내지 약 30 m2/g의 N2SA 및 약 87 ml/100g 내지 약 102 ml/100g, 또는 약 82 ml/100g 내지 약 102 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 본원에 기재된 탄소 입자의 특성/특징(예를 들어, 더 낮은 수준의 회분, 황 등)은 호스의 성능 측정기준 (예를 들어, 특성/특징)을 유리하게 개선/증진시킬 수 있다. 라디에이터 호스 응용에서 이러한 탄소 입자의 성능 측정기준(들)은, 예를 들어 제1 기준 카본 블랙과 유사하거나 또는 실질적으로 동일할 수 있거나, 제2 기준 카본 블랙 (예를 들어, 제1 기준 카본 블랙과 동일하거나 또는 상이함)에 비해 증가, 감소, 증진 또는 개선될 수 있거나, 또는 그의 임의의 조합 (예를 들어, 주어진 성능 측정기준는 증가 또는 개선될 수 있지만, 또 다른 성능 측정기준은 실질적으로 동일할 수 있음)일 수 있다. 성능 측정기준(들)은 예를 들어 상기 언급된 파라미터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 약 10 m2/g 내지 약 30 m2/g의 N2SA, 및 약 70 ml/100g 내지 약 120 ml/100g의 구조, 또는 약 15 m2/g 내지 약 20 m2/g의 N2SA 및 약 80 ml/100g 내지 약 100 ml/100g의 구조를 갖는 본 개시내용의 탄소 입자를 포함하는 중합체 생성물 (예를 들어, 라디에이터 호스)은 기준 카본 블랙을 포함하는 중합체 생성물에 비해, (i) 증진된 또는 개선된 가공성, (ii) 증진된 또는 개선된 성형성, (iii) 증가된 전기 저항률, (iv) 증진된 또는 개선된 분산, (v) 증진된 또는 개선된 압출, 및/또는 (vi) 증가된 미가공 강도를 가질 수 있다. 기준 카본 블랙과의 주어진 성능 측정기준 (예를 들어, 가공성, 성형성, 전기 전도성/저항률, 분산, 압출, 미가공 강도 등)의 비교는 예를 들어 본원의 다른 곳에 기재된 (예를 들어, % 단위로) 바와 같을 수 있다.
본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 예를 들어 자동차 압출물에서 사용될 수 있다. 자동차 압출물은 고함량(highly loaded) EPDM 배합물일 수 있다. 압출물은 조밀하거나 스폰지일 수 있다. 부품의 예는 예를 들어 윈도우 웨더 스트리핑 및 트렁크 가스켓을 포함할 수 있다. 가시적인 웨더 스트리핑의 외관이 차량의 시장성 (예를 들어, 판매점)에서 많은 역할을 할 수 있기 때문에, 미관이 중요할 수 있다 (예를 들어, 미관은 자동차 압출물 부문에서의 강한 유인력일 수 있다). 성능 측정기준은 예를 들어, 압출 평활도, (예를 들어, 가시적인) 표면 결함 또는 결점 (예를 들어, 표면 결점/가시적 결함, 예컨대, 일례로서 표면 상의 작은 점) 없음 및 EPDM 표면 상의 훈색을 포함할 수 있다. 요건/제약은, 예를 들어 분산 및 압출 특성, 그릿 수준 및 훈색을 포함할 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 이러한 성능 측정기준(들) (예를 들어, 특성/특징)에 영향을 줄 수 있다. 자동차 압출물은 적합한 분산 및/또는 우수한 압출 특성을 가질 필요가 있을 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙) 내의 그릿 수준이 중요할 수 있다. 특정 크기를 초과하는 그릿 입자는 분산되지 않을 수 (예를 들어, 분산될 수 없을 수) 있고, 그 자체가 표면 결점/결함으로서 나타날 수 있다. 훈색은 잔류 황 및 산소 기 (예를 들어, 퍼니스 카본 블랙 상에서)에 의해 야기될 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 예를 들어, 120 ml/100g 범위의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 적합한 미가공 강도 및/또는 치수 안정성을 제공할 수 있는 특성 (예를 들어, DBP)을 가질 수 있다. 압출물은 단면이 매우 복잡할 수 있고, 치수 제어가 중요할 수 있다. 배합물 내의 탄소 입자 (예를 들어, 블랙)의 높은 함량을 고려하면, 더 큰 입자 크기 (예를 들어, 20-50 m2/g N2SA)가 바람직할 수 있는데, 이는 이들이 보다 우수한 분산 및 보다 효율적인 압출 프로세스를 초래할 수 있기 때문이다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 17 m2/g 또는 24 m2/g 내지 약 51 m2/g의 N2SA, 및 약 108 ml/100g 내지 약 133 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 20 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA, 및 약 110 ml/100g 내지 약 130 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 22 m2/g 내지 약 34 m2/g 또는 약 17 m2/g 내지 약 37 m2/g의 N2SA, 및 약 113 ml/100g 내지 약 128 ml/100g, 또는 약 110 ml/100g 내지 약 130 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 30 m2/g 내지 약 42 m2/g의 N2SA 및 약 116 ml/100g 내지 약 128 ml/100g의 DBP, 또는 약 26 m2/g 내지 약 46 m2/g의 N2SA 및 약 112 ml/100g 내지 약 132 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 34 m2/g 내지 약 46 m2/g의 N2SA 및 약 115 ml/100g 내지 약 127 ml/100g의 DBP, 또는 약 30 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA 및 약 111 ml/100g 내지 약 131 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙) (예를 들어, 본원에 기재된 프로세스 예컨대, 일례로서 분급기 및/또는 다른 크기 감소 (예를 들어, 공기 분급 분쇄기, 해머 밀, 제트 밀 및/또는 분급기)를 포함하는 프로세스에 따라 제조됨)는 적합한 (예를 들어, 범위의) 순도/저 그릿을 가질 수 있다. 본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 순도의 주어진 조합, 예컨대, 일례로서 본원에 기재된 그릿, 황, 회분, 질소 및 산소 수준의 주어진 조합 (예를 들어, 순도, 그릿 및 황 둘 다, 회분, 질소 및 산소의 주어진 조합)을 가질 수 있다. 이러한 탄소 입자 생성물은 예를 들어 적합한 특성, 예를 들어, 분산성, 압출성, 낮은 결함률 및 훈색 제어를 포함하는 요건을 충족시키기 위한 적합한 특성을 제공할 수 있다. 자동차 압출물 응용에서 이러한 탄소 입자의 성능 측정기준(들)은, 예를 들어 제1 기준 카본 블랙과 유사하거나 또는 실질적으로 동일할 수 있거나, 제2 기준 카본 블랙 (예를 들어, 제1 기준 카본 블랙과 동일하거나 또는 상이함)에 비해 증가, 감소, 증진 또는 개선될 수 있거나, 또는 그의 임의의 조합 (예를 들어, 주어진 성능 측정기준는 증가 또는 개선될 수 있지만, 또 다른 성능 측정기준은 실질적으로 동일할 수 있음)일 수 있다. 성능 측정기준(들)은 예를 들어 상기 언급된 파라미터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 약 17 m2/g 내지 약 51 m2/g의 N2SA 및 약 108 ml/100g 내지 약 133 ml/100g의 구조, 또는 약 20 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA 및 약 110 ml/100g 내지 약 130 ml/100g의 구조를 갖는 본 개시내용의 탄소 입자를 포함하는 중합체 생성물 (예를 들어, 자동차 압출물)은 기준 카본 블랙을 포함하는 중합체 생성물에 비해, (i) 감소된 표면 결점/결함, (ii) 감소된 훈색, (iii) 증진된 또는 개선된 치수 안정성, (iv) 증진된 또는 개선된 분산, (v) 증진된 또는 개선된 압출 특성, (v) 증진된 또는 개선된 압출 평활도 및/또는 (vi) 증가된 미가공 강도를 가질 수 있다. 기준 카본 블랙과의 주어진 성능 측정기준 (예를 들어, 분산, 압출 특성, 압출 평활도, 표면 결점/결함, 훈색, 미가공 강도, 치수 안정성 등)의 비교는 예를 들어 본원의 다른 곳에 기재된 (예를 들어, % 단위로) 바와 같을 수 있다.
본원에서 설명되는 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는, 예를 들어, 중간 전압 전력 케이블을 위한 케이블 플러딩/절연체에서 사용될 수 있다. 케이블 플러딩은 케이블과 외부 재킷 사이의 플라스틱-기재 화합물일 수 있다. (예를 들어, 이들 화합물의) 요건/제약은 예를 들어 스트리핑 용이성, 전도성, 가공성 및/또는 청결도를 포함할 수 있다. 다수의 경쟁적 요건/제약이 배합 동안 균형화될 필요가 있을 수 있으며 (예를 들어, 배합 균형은 요건/제약을 포함할 수 있음), 예컨대, 일례로서, 분산 및 가공성을 촉진하기 위해서는 더 큰 입자 크기 및 고구조가 바람직하고, 전도성은 더 작은 입자 크기이지만 여전히 고구조인 것을 추구하는 것을 필요로 한다. 청결도 관점에서, 낮은 수준의 325 메쉬 그릿, 황, 회분 및 이온성 불순물은 (예를 들어, 모두) 연장된 케이블 수명에 기여할 수 있다. 본 개시내용에 따른 탄소 입자 (예를 들어, 순수 공급원료를 사용하여 제조됨)는 40 m2/g N2SA 및 높은 DBP (예를 들어, 약 150 ml/100g 이상)를 가질 수 있고, 최종 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)에서 제한된 S, O 및 N를 갖는다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 30 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA, 및 약 111 ml/100 이상의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 30 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA 및 약 120 ml/100 이상의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 30 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA 및 약 150 ml/100 이상의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 34 m2/g 내지 약 46 m2/g의 N2SA 및 약 115 ml/100g 내지 약 127 ml/100g의 DBP, 또는 약 30 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA 및 약 111 ml/100g 내지 약 131 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 최종 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)에서의 제한된 S, O 및 N과 조합하여 이러한 표면적 및 구조를 가질 수 있다. 추가로, 본원에 기재된 프로세스 (예를 들어, 일례로서, 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 적합한 분급기 및/또는 다른 크기 감소 장비의 사용을 포함함)는 화학적 순도를 갖는 저 그릿 생성물을 초래할 수 있다. 중간 전압 전력 케이블을 위한 케이블 플러딩/절연체 응용에서 이러한 탄소 입자의 성능 측정기준(들)은, 예를 들어 제1 기준 카본 블랙과 유사하거나 또는 실질적으로 동일할 수 있거나, 제2 기준 카본 블랙 (예를 들어, 제1 기준 카본 블랙과 동일하거나 또는 상이함)에 비해 증가, 감소, 증진 또는 개선될 수 있거나, 또는 그의 임의의 조합 (예를 들어, 주어진 성능 측정기준는 증가 또는 개선될 수 있지만, 또 다른 성능 측정기준은 실질적으로 동일할 수 있음)일 수 있다. 성능 측정기준(들)은 예를 들어 상기 언급된 파라미터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 약 30 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA 및 약 111 ml/100g 이상의 구조, 또는 약 30 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA, 및 약 150 ml/100g 이상의 구조를 갖는 본 개시내용의 탄소 입자를 포함하는 중합체 생성물 (예를 들어, 중간 전압 전력 케이블의 케이블 플러딩/절연체)은, 기준 카본 블랙을 포함하는 중합체 생성물에 비해, (i) 증진된 또는 개선된 가공성, (ii) 증진된 또는 개선된 스트리핑의 용이성, (iii) 증가된 청결도, (iv) 증가된 전도성, (v) 증진된 또는 개선된 분산, 및/또는 (vi) 증진된 또는 개선된 케이블 수명을 가질 수 있다. 기준 카본 블랙과의 주어진 성능 측정기준 (예를 들어, 스트리핑 용이성, 전도성, 가공성, 청결도, 분산, 케이블 수명 등)의 비교는 예를 들어 본원의 다른 곳에 기재된 (예를 들어, % 단위로) 바와 같을 수 있다.
본원에 기재된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 예를 들어 밀봉물/밀봉 (예를 들어, 고무 밀봉물/밀봉)에서 사용될 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 2 m2/g, 8 m2/g, 10 m2/g, 13 m2/g, 14 m2/g, 17 m2/g 또는 19 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA, 및 약 33 ml/100g 또는 42 ml/100g 내지 약 131 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 19 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA, 및 약 42 ml/100g 내지 약 131 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 20 m2/g 내지 약 40 m2/g의 N2SA 및 약 45 ml/100g 내지 약 95 ml/100g의 구조를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 2 m2/g 내지 약 14 m2/g의 N2SA, 및 약 37 ml/100g 내지 약 49 ml/100g 또는 약 33 ml/100g 내지 약 53 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 29 m2/g, 23 m2/g 또는 19 m2/g 내지 약 8 m2/g, 13 m2/g 또는 14 m2/g의 N2SA 및 약 65 ml/100g, 59 ml/100g 또는 55 ml/100g 내지 약 43 ml/100g, 47 ml/100g, 49 ml/100g 또는 53 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 23 m2/g 내지 약 35 m2/g의 N2SA 및 약 59 ml/100g 내지 약 71 ml/100g의 DBP, 또는 약 19 m2/g 내지 약 39 m2/g의 N2SA 및 약 55 ml/100g 내지 약 75 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 24 m2/g 내지 약 36 m2/g의 N2SA 및 약 66 ml/100g 내지 약 78 ml/100g의 DBP 또는 약 20 m2/g 내지 약 40 m2/g의 N2SA 및 약 62 ml/100g 내지 약 82 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 26 m2/g 내지 약 38 m2/g의 N2SA 및 약 59 ml/100g 내지 약 71 ml/100g의 DBP, 또는 약 22 m2/g 내지 약 42 m2/g의 N2SA 및 약 55 ml/100g 내지 약 75 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 24 m2/g 내지 약 37 m2/g 또는 약 22 m2/g 내지 약 42 m2/g의 N2SA 및 약 42 ml/100g 내지 약 57 ml/100g 또는 약 42 ml/100g 내지 약 62 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 22 m2/g 내지 약 34 m2/g 또는 약 17 m2/g 내지 약 37 m2/g의 N2SA 및 약 113 ml/100g 내지 약 128 ml/100g 또는 약 110 ml/100g 내지 약 130 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 29 m2/g 내지 약 41 m2/g의 N2SA 및 약 84 ml/100g 내지 약 96 ml/100g의 DBP, 또는 약 25 m2/g 내지 약 45 m2/g의 N2SA, 및 약 80 ml/100g 내지 약 100 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 34 m2/g 내지 약 46 m2/g의 N2SA 및 약 115 ml/100g 내지 약 127 ml/100g의 DBP, 또는 약 30 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA 및 약 111 ml/100g 내지 약 131 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 이러한 탄소 입자는 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 순도를 가질 수 있다. 예를 들어, 탄소 입자는 고순도를 가질 수 있다. 밀봉물 응용에서 이러한 탄소 입자의 성능 측정기준(들)은, 예를 들어 제1 기준 카본 블랙과 유사하거나 또는 실질적으로 동일할 수 있거나, 제2 기준 카본 블랙(예를 들어, 제1 기준 카본 블랙과 동일하거나 또는 상이함)에 비해 증가, 감소, 증진 또는 개선될 수 있거나, 또는 그의 임의의 조합 (예를 들어, 주어진 성능 측정기준는 증가 또는 개선될 수 있지만, 또 다른 성능 측정기준은 실질적으로 동일할 수 있음)일 수 있다. 예를 들어, 약 2 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA, 및 약 33 ml/100g 내지 약 131 ml/100g의 구조, 또는 약 20 m2/g 내지 약 40 m2/g의 N2SA 및 약 45 ml/100g 내지 약 95 ml/100g의 구조를 갖는, 본 개시내용의 탄소 입자를 포함하는 중합체 생성물 (예를 들어, 밀봉물/밀봉)은 (i) 증진된 또는 개선된 열 노화 물리적 특성, 및/또는 (ii) 굴곡 사이클에 의해 측정시 증진된 또는 개선된 동적 성능 및 균열 개시에 대한 저항성을 가질 수 있다. 기준 카본 블랙과 주어진 성능 측정기준 (예를 들어, 열 노화 물리적 특성, 굴곡 사이클에 의해 측정된 동적 성능 및 균열 개시 등에 대한 저항성)의 비교는 예를 들어 본원의 다른 곳에 기재된 (예를 들어, % 단위로) 바와 같을 수 있다.
본 개시내용의 탄소 입자는, 예를 들어 성형 응용/성형 생성물 (예를 들어, 성형된 고무)에서 사용될 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 2 m2/g, 8 m2/g, 10 m2/g, 13 m2/g, 14 m2/g, 17 m2/g 또는 19 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA, 및 약 33 ml/100g 또는 42 ml/100g 내지 약 131 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 19 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA, 및 약 42 ml/100g 내지 약 131 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 19 m2/g 내지 약 45 m2/g의 N2SA, 및 약 42 ml/100g 내지 약 100 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 19 m2/g 내지 약 45 m2/g의 N2SA, 및 약 55 ml/100g 내지 약 100 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 22 m2/g 내지 약 45 m2/g의 N2SA, 및 약 42 ml/100g 내지 약 100 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 24 m2/g 내지 약 37 m2/g 또는 약 22 m2/g 내지 약 42 m2/g의 N2SA 및 약 42 ml/100g 내지 약 57 ml/100g, 또는 약 42 ml/100g 내지 약 62 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 22 m2/g 내지 약 34 m2/g 또는 약 17 m2/g 내지 약 37 m2/g의 N2SA 및 약 113 ml/100g 내지 약 128 ml/100g 또는 약 110 ml/100g 내지 약 130 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 29 m2/g 내지 약 41 m2/g의 N2SA 및 약 84 ml/100g 내지 약 96 ml/100g의 DBP, 또는 약 25 m2/g 내지 약 45 m2/g의 N2SA 및 약 80 ml/100g 내지 약 100 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 2 m2/g 내지 약 14 m2/g의 N2SA, 및 약 37 ml/100g 내지 약 49 ml/100g, 또는 약 33 ml/100g 내지 약 53 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 29 m2/g, 23 m2/g 또는 19 m2/g 내지 약 8 m2/g, 13 m2/g 또는 14 m2/g의 N2SA 및 약 65 ml/100g, 59 ml/100g 또는 55 ml/100g 내지 약 43 ml/100g, 47 ml/100g, 49 ml/100g 또는 53 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 23 m2/g 내지 약 35 m2/g의 N2SA 및 약 59 ml/100g 내지 약 71 ml/100g의 DBP, 또는 약 19 m2/g 내지 약 39 m2/g의 N2SA 및 약 55 ml/100g 내지 약 75 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 24 m2/g 내지 약 36 m2/g의 N2SA, 약 66 ml/100g 내지 약 78 ml/100g의 DBP, 또는 약 20 m2/g 내지 약 40 m2/g의 N2SA 및 약 62 ml/100g 내지 약 82 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 26 m2/g 내지 약 38 m2/g의 N2SA 및 약 59 ml/100g 내지 약 71 ml/100g의 DBP, 또는 약 22 m2/g 내지 약 42 m2/g의 N2SA 및 약 55 ml/100g 내지 약 75 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 34 m2/g 내지 약 46 m2/g의 N2SA 및 약 115 ml/100g 내지 약 127 ml/100g의 DBP, 또는 약 30 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA 및 약 111 ml/100g 내지 약 131 ml/100g의 DBP를 가질 수 있다. 이러한 탄소 입자는 예를 들어 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 순도 및/또는 체 잔류물을 가질 수 있다. 예를 들어, 탄소 입자는 고순도 및 낮은 체 잔류물일 수 있다. 개선된 금형 유동 및/또는 증가된 금형 수명은, 예를 들어 덜 마모성인 화합물로 인한 것일 수 있다. 동적 환경에서 더 긴 수명은 예를 들어, 더 낮은 균열 개시 및/또는 파괴로 인한 것일 수 있다. 성형 응용에서 이러한 탄소 입자의 성능 측정기준(들)은, 예를 들어 제1 기준 카본 블랙과 유사하거나 또는 실질적으로 동일할 수 있거나, 제2 기준 카본 블랙(예를 들어, 제1 기준 카본 블랙과 동일하거나 또는 상이함)에 비해 증가, 감소, 증진 또는 개선될 수 있거나, 또는 그의 임의의 조합 (예를 들어, 주어진 성능 측정기준는 증가 또는 개선될 수 있지만, 또 다른 성능 측정기준은 실질적으로 동일할 수 있음)일 수 있다. 예를 들어, 약 2 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA 및 약 33 ml/100g 내지 약 131 ml/100g의 구조 또는 약 22 m2/g 내지 약 45 m2/g의 N2SA 및 약 42 ml/100g 내지 약 100 ml/100g의 구조를 갖는 본 개시내용의 탄소 입자를 포함하는 중합체 생성물 (예를 들어, 성형 생성물)은 (i) 증진된 또는 개선된 금형 유동, (ii) 증가된 금형 수명, (iii) 덜 마모성인 화합물, (iv) 동적 환경에서의 더 긴 수명, (v) 보다 낮은 균열 개시, 및/또는 (vi) 더 낮은 파괴를 가질 수 있다. 기준 카본 블랙과의 주어진 성능 측정기준 (예를 들어, 금형 유동, 금형 수명, 동적 환경의 수명, 균열 개시, 파괴 등)의 비교는 예를 들어 본원의 다른 곳에 기재된 (예를 들어, % 단위로) 바와 같을 수 있다.
본 개시내용의 탄소 입자는 예를 들어 고무 응용/고무 생성물에 사용될 수 있다. 탄소 입자는, 예를 들어 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 순도 및/또는 그릿 수준을 가질 수 있다. 예를 들어, 탄소 입자는 초-청결 및 저 그릿일 수 있다. 본원에 기재된 탄소 입자의 이러한 특성/특징 (예를 들어, 보다 낮은 수준의 회분, 황, 325 메쉬 그릿 체 잔류물 등)은 고무 응용/고무 생성물 (예를 들어, 일례로서 라디에이터 호스, 자동차 압출물, 밀봉물/밀봉 및/또는 성형 생성물/성형 응용에 관련하여 본원의 다른 곳에서 설명된 바와 같음)의 성능 측정기준 (예를 들어, 특성/특징)을 유리하게 개선/증진시킬 수 있다. 예를 들어, 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 (예를 들어, 약) 2%, 1.5%, 0.05%, 0.03% 또는 0.01% (예를 들어, 중량 기준) 미만의 회분 함량, 약 1.5%, 1%, 0.3%, 0.1%, 0.03%, 50 ppm, 10 ppm, 5 ppm 또는 1 ppm (예를 들어, 중량 기준) 미만의 황 함량, 및/또는 약 5 ppm 또는 1 ppm 미만의 325 메쉬 그릿 체 잔류물을 가질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 예를 들어, 약 3.0 nm 또는 4 nm 초과의 Lc, 약 0.35 nm 미만의 d002, CDBP 흡수보다 약 1.3 또는 1.1배 이하로 더 큰 DBP 흡수, 기준 카본 블랙의 DBP 대 CDBP 비의 약 95% 이하인 DBP 대 CDBP 비, 약 0.4 중량% 이하의 산소, 약 0.4 중량% 미만의 수소, 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.5 ml 또는 0.05 ml 미만인 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도, 약 0 내지 약 8 mJ/m2의 WSP (예를 들어, 약 5 mJ/m2 미만), 약 0.5 μmol/m2 이하의 총 표면 산 기 함량 및/또는 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 다른 특성/특징 (예를 들어, 질소 함량)과 조합하여 이러한 특성을 가질 수 있다. 본원에 기재된 순도 및 저 그릿 수준은 예를 들어, 가공, 생성물 수명 및 압출물에서의 미관 (예를 들어, 보다 우수한 미관)을 보조할 수 있다 (예를 들어, 증진 또는 개선할 수 있다). 낮은 황, 저 회분 및/또는 저 그릿 (예를 들어, 본원의 다른 곳에서 보다 상세하게 설명된 것과 같음)은 예를 들어 가공 및/또는 성능 (예를 들어, 낮은 균열 개시)을 증진시키거나 개선할 수 있다. 순도 (예를 들어, 본원의 다른 곳에 보다 상세히 기재된 바와 같은 고순도)는 예를 들어 성능, 열 노화 및/또는 동적 성능을 증진시키거나 개선할 수 있다. 응용 시험은 예를 들어 열 시험에 의해 영향을 받는 물리적 특성의 수를 시험하는 것을 포함할 수 있다.
탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)의 최종 품질의 제어는 프로세스 제어 및 프로세스 최적화에 매우 의존적일 수 있다. 일부 경우에 (예를 들어, 플라즈마 프로세스에서), 본원의 프로세스는 3,400℃를 초과할 수 있는 반응기의 특정 영역에서의 온도에서 작동할 수 있다. 일부 구현에서, 예컨대, 일례로서, 카본 블랙에 대해, 온도 및 혼합 조건은 수백일 수 있는 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)의 다양한 등급 중 하나 이상 (예를 들어, 모두)를 형성하도록 구성 (예를 들어, 완전히 최적화 및 제어)될 수 있다. 구성의 물질에는, 냉각될 영역에 대한 지식에 추가로, 최대 에너지 효율을 갖는 효율적 가열 (예를 들어, 효율적 플라즈마 생성), 최대 수명에 걸친 기능적 부분의 유용성, 최소의 열 손실, 최대의 수소 재순환, 최대의 혼합 및 전체적으로 반응기의 전체 효율에 영향을 주는 이전의 특성의 다양한 조합에 영향을 주는 모든 다른 부분에 대한 지식이 제정될 수 있다.
최소의 코킹으로 고품질의 고표면적 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)를 제조하기 위해, 공급원료와 고온 기체의 빠른 혼합이 필요할 수 있다. 고품질 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는, 예를 들어 표면적 및 DBP의 엄격한 분포(들)를 보유할 수 있다. 예를 들어, 샘플은 좁은 입자 크기 분포 및/또는 분지형 1차 입자의 좁은 분포를 갖는 입자를 갖도록 조정될 수 있다. 이는 고체 탄소 (예를 들어, 고체 카본 블랙)로의 전환 동안 탄화수소 공급원료의 시간/온도 프로파일에 의해 제어될 수 있다. 추가로, 폴리방향족 탄화수소(PAH)의 양은 최소량 (예를 들어, 1 질량% 미만)으로 유지될 수 있다. 그릿 (또는 그의 임의의 부분집합) (예를 들어, 325 메쉬)의 양은 예를 들어, 플라즈마의 빠른 혼합 및 높은 온도로 인해 예를 들어, 약 500 ppm(백만분율) 미만일 수 있다. 표면 화학은 엘라스토머 복합체 (예를 들어, 구체적으로 트레드 복합체에서의 충전 물질로서)에서 고성능을 위해 필요한 것과 공존할 수 있을 수 있다. 본원에 기재된 시스템 및 방법은 전력 (예를 들어, 그의 기본 구성요소에 대한 충분한 단위 전력), 내부식성 (예를 들어, 일례로서, 수소 플라즈마에 노출될 때 이들 구성요소의 감소 또는 붕괴가 없음), 및 카본 블랙을 제조하기 위한 연속 작동 요건을 충족시킬 수 있다.
본 개시내용의 시스템 (예를 들어, 장치) 및 방법과 본원의 시스템 및 방법의 도움으로 구현되는 프로세스는 카본 블랙 또는 탄소-함유 화합물의 연속적 제조를 허용할 수 있다. 프로세스는 탄소-함유 공급원료를 전환시키는 것을 포함할 수 있다. 본원에 설명된 시스템 및 방법은 고품질 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)의 연속적인 작동 및 제조를 가능하게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 본원의 시스템 및 방법은 약 15 제곱미터/그램(m2/g)보다 큰 표면적을 갖는 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙) 또는 20 m2/g 카본 블랙이 (예를 들어, 상업용 규모로) 제조될 수 있게 한다. 탄소 입자는 탄화수소를 가열된 기체에 첨가하여 탄소 입자 (예를 들어, 탄소 나노입자, 예컨대, 일례로서 카본 블랙 나노입자)를 제조함으로써 (예를 들어, 1-단계 프로세스로) 제조될 수 있다. 탄화수소는 고온 기체와 혼합되어 탄화수소로부터 수소를 제거할 수 있다. 일부 실시예에서, 탄소 입자 (예를 들어, 탄소 나노입자)는 탄화수소를 가열된 기체에 첨가하여, 본원의 다른 곳에서 보다 상세하게 기재된 바와 같은 하나 이상의 특성을 갖는 (예를 들어, 일례로서, 부피 등가 구 직경이 1 마이크로미터 미만이며, Lc가 3.0 nm을 초과하는) 탄소 입자 (예를 들어, 탄소 나노입자)를 (예를 들어, 이를 포함하는 1-단계 프로세스에서) 제조함으로써 제조될 수 있다.
프로세스는 열 전달 기체 (예를 들어, 플라즈마 기체)를 (예를 들어, DC 또는 AC 공급원으로부터의) 전기 에너지로 가열하는 것을 포함할 수 있다. 열 전달 기체는 전기 아크에 의해 가열될 수 있다. 열 전달 기체는 주울 가열(Joule heating) (예를 들어, 저항 가열, 유도 가열, 또는 그의 조합)에 의해 가열될 수 있다. 열 전달 기체는 주울 가열에 의해, 그리고 전기 아크 (예를 들어, 주울 가열의 하류에서)에 의해 가열될 수 있다. 열 전달 기체는 가열 전에 예열 (예를 들어, 열교환에 의해 예열)될 수 있다. 예를 들어, 공동 양도된 동시-계류중인 국제 특허 공개 번호 WO 2017/034980("HIGH TEMPERATURE HEAT INTEGRATION METHOD OF MAKING CARBON BLACK")을 참조하며, 이는 전문이 본원에 참조로 포함된다. 탄화수소 공급원료는 열 전달 기체와 접촉하기 전에 (예를 들어, 약 25℃의 온도로부터) 약 100℃ 내지 약 800℃의 온도로 예열될 수 있다 (예를 들어, 열교환에 의해, 주울 가열에 의해, 또는 그의 조합에 의해 예열됨). 프로세스는 적합한 반응 조건을 달성하기 위해 주입된 공급원료를 가열된 열 전달 기체 (예를 들어, 플라즈마 기체)와 혼합하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 반응 구역은 임의의 접촉 표면과 즉시 접촉하지 않을 수 있다. 하나 이상의 추가의 물질 스트림이 프로세스에 제공될 수 있다 (예를 들어, 반응 구역의 상류의 열 전달 기체와 함께 또는 그 내로의 주입을 통해, 공급원료 스트림과 함께 또는 그 내로의 주입을 통해, 열 전달 기체와 공급원료의 혼합물 내로의 주입을 통해, 예컨대, 일례로서, 반응 구역 내로의 주입, 공급원료 주입의 상류, 동일 평면 또는 하류 또는 그에 인접한 위치에서의 주입 등을 통해 반응기에 제공됨). 하나 이상의 추가의 물질 스트림은 하나 이상의 적합한 화합물 (예를 들어, 기화 상태의; 용융 상태의; 물, 유기 용매 (예를 들어, 액체 공급원료, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸 에테르 또는 다른 유사한 에테르 또는 다른 적합한 유기 용매) 또는 그의 혼합물에 용해된 상태의; 등)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 구조 (예를 들어, DBP)는 적합한 이온성 화합물, 예컨대, 일례로서 알칼리 금속 염 (예를 들어, 나트륨, 칼륨, 루비듐 또는 세슘의 아세테이트, 아디페이트, 아스코르베이트, 벤조에이트, 비카르보네이트, 카르보네이트, 시트레이트, 데히드로아세테이트, 에리트로베이트, 에틸 파라-히드록시벤조에이트, 포르메이트, 푸마레이트, 글루코네이트, 히드로겐 아세테이트, 히드록시드, 락테이트, 말레이트, 메틸 파라-히드록시벤조에이트, 오르소페닐 페놀, 프로피오네이트, 프로필 파라-히드록시벤조에이트, 소르베이트, 숙시네이트 또는 타르트레이트 염)의 도움으로 적어도 부분적으로 제어될 수 있다. 이러한 화합물(들)은 공급원료 및/또는 열 전달 기체에 대하여 (또는 그에 관련하여) 적합한 수준으로 첨가될 수 있다 (예를 들어, 화합물(들)은 예를 들어, 공급원료 유량 및/또는 열 기체 유량에 대해 또는 공급원료가 첨가되는 탄소의 양에 대해 몰량 또는 질량 기준 (예를 들어, 양이온의) 약 0 ppm 내지 2 ppm, 0 ppm 내지 5 ppm, 0 ppm 내지 10 ppm, 0 ppm 내지 20 ppm, 0 ppm 내지 50 ppm, 0 ppm 내지 100 ppm, 0 ppm 내지 200 ppm, 0 ppm 내지 500 ppm, 0 ppm 내지 1000 ppm, 0 ppm 내지 2000 ppm, 0 ppm 내지 5000 ppm, 0 ppm 내지 1%, 5 ppm 내지 50 ppm, 10 ppm 내지 100 ppm, 20 ppm 내지 100 ppm, 100 ppm 내지 200 ppm, 100 ppm 내지 500 ppm, 200 ppm 내지 500 ppm, 10 ppm 내지 2000 ppm, 100 ppm 내지 5000 ppm, 1000 내지 2000 ppm, 2000 ppm 내지 5000 ppm, 2000 ppm 내지 1%, 또는 5000 ppm 내지 1%의 비 또는 농도로 첨가될 수 있다). 반응 생성물을 냉각시킬 수 있고, 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙) 또는 탄소-함유 화합물을 다른 반응 생성물로부터 분리할 수 있다. 제조된 상태의 수소는 반응기 내로 다시 재순환될 수 있다. 예를 들어, 전문이 본원에 참조로 포함되는 국제 특허 공개 번호 WO 2017/034980("HIGH TEMPERATURE HEAT INTEGRATION METHOD OF MAKING CARBON BLACK")을 참조한다.
열 전달 기체는 일부 경우에 산소-무함유 환경에서 가열될 수 있다. 일부 경우에, 탄소 입자는 산소-무함유 분위기에서 제조될 수 있다 (예를 들어, 생산된다). 산소-무함유 분위기는, 예를 들어 약 5 부피% 미만의 산소, 약 3% 미만의 산소 (예를 들어, 부피 기준), 또는 약 1% 미만의 산소 (예를 들어, 부피 기준)를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 본 개시내용의 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 실질적으로 산소-무함유 프로세스를 통해 (예를 들어, 상업용 규모로) 제조될 수 있다. 실질적으로 산소-무함유 프로세스는 예를 들어 약 5% 미만의 산소 (예를 들어, 부피 기준), 또는 약 3% 미만의 산소 (예를 들어, 부피 기준)를 포함할 수 있다.
열 전달 기체는 적어도 약 60% 수소 내지 최대 약 100% 수소(부피 기준)를 포함할 수 있고, 추가로, 최대 약 30% 질소, 최대 약 30% CO, 최대 약 30% CH4, 최대 약 10% HCN, 최대 약 30% C2H2, 및 최대 약 30% Ar을 포함할 수 있다. 예를 들어, 열 전달 기체는 약 60% 초과의 수소일 수 있다. 추가로, 열 전달 기체는 또한 안트라센, 나프탈렌, 코로넨, 피렌, 크리센, 플루오렌 등과 같은 폴리시클릭 방향족 탄화수소를 포함할 수 있다. 또한, 열 전달 기체에는 벤젠 및 톨루엔 또는 유사한 모노방향족 탄화수소 성분이 존재할 수 있다. 예를 들어, 열 전달 기체는 약 90% 이상의 수소와, 약 0.2% 질소, 약 1.0% CO, 약 1.1% CH4, 약 0.1% HCN 및 약 0.1% C2H2를 포함할 수 있다. 열 전달 기체는 약 80% 이상의 수소를 포함할 수 있고 나머지는 상기 언급된 기체, 폴리시클릭 방향족 탄화수소, 모노방향족 탄화수소 및 다른 성분의 일부 혼합물을 포함할 수 있다. 열 전달 기체, 예컨대 산소, 질소, 아르곤, 헬륨, 공기, 수소, 일산화탄소, 탄화수소 (예를 들어, 메탄, 에탄, 불포화) 등(단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 사용됨)이 사용될 수 있다. 열 전달 기체는 약 50 부피% 이상의 수소를 포함할 수 있다. 열 전달 기체는, 예를 들어 산소, 질소, 아르곤, 헬륨, 공기, 수소, 탄화수소 (예를 들어, 메탄, 에탄) 등(단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 사용됨)을 포함할 수 있다. 열 전달 기체는 약 70 부피%를 초과하는 H2를 포함할 수 있고, 기체 HCN, CH4, C2H4, C2H2, CO, 벤젠 또는 폴리방향족 탄화수소 (예를 들어, 나프탈렌 및/또는 안트라센) 중 적어도 하나 또는 그 이상을 적어도 약 1 ppm의 수준으로 포함할 수 있다. 폴리방향족 탄화수소는 예를 들어 나프탈렌, 안트라센 및/또는 그의 유도체를 포함할 수 있다. 폴리방향족 탄화수소는 예를 들어 메틸 나프탈렌 및/또는 메틸 안트라센을 포함할 수 있다. 열 전달 기체는 중량, 부피 또는 몰 기준으로 약 1 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 25 ppm, 50 ppm, 0.01%, 0.05%, 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5%, 0.6%, 0.7%, 0.8%, 0.9%, 1%, 1.1%, 1.2%, 1.3%, 1.4%, 1.5%, 1.6%, 1.7%, 1.8%, 1.9%, 2%, 2.5%, 3%, 3.5%, 4%, 4.5%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29%, 30%, 31%, 32%, 33%, 34%, 35%, 36%, 37%, 38%, 39%, 40%, 41%, 42%, 43%, 44%, 45%, 46%, 47%, 48%, 49%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% 또는 99% 이상인 농도로 (예를 들어, 열 전달 기체의 혼합물에서) 주어진 열 전달 기체 (예를 들어, 상기 언급된 열 전달 기체 중의)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 열 전달 기체는 중량, 부피 또는 몰 기준으로 약 100% 99%, 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 49%, 48%, 47%, 46%, 45%, 44%, 43%, 42%, 41%, 40%, 39%, 38%, 37%, 36%, 35%, 34%, 33%, 32%, 31%, 30%, 29%, 28%, 27%, 26%, 25%, 24%, 23%, 22%, 21%, 20%, 19%, 18%, 17%, 16%, 15%, 14%, 13%, 12%, 11%, 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4,5%, 4%, 3.5%, 3%, 2.5%, 2%, 1.9%, 1.8%, 1.7%, 1.6%, 1.5%, 1.4%, 1.3%, 1.2%, 1.1%, 1%, 0.9%, 0.8%, 0.7%, 0.6%, 0.5%, 0.4%, 0.3%, 0.2%, 0.1%, 0.05%, 0.01%, 50 ppm, 25 ppm, 10 ppm, 5 ppm 또는 1 ppm 이하인 농도로 (예를 들어, 열 전달 기체의 혼합물에서) 주어진 열 전달 기체 (예를 들어, 상기 언급된 열 전달 기체 중의)를 포함할 수 있다. 열 전달 기체는 유사하거나 상이한 농도에서 추가의 열 전달 기체 (예를 들어, 열 전달 기체의 혼합물에서)를 포함할 수 있다. 이러한 추가의 열 전달 기체는 예를 들어 주어진 열 전달 기체로서 선택되지 않은 상기 언급된 열 전달 기체 중에서 선택될 수 있다. 주어진 열 전달 기체는 그 자체가 혼합물을 포함할 수 있다. 열 전달 기체는 가열 전, 가열 동안 및/또는 가열 후에 적어도 이러한 조성물의 부분집합을 가질 수 있다.
탄화수소 공급원료는 하기 화학식 CnHx 또는 CnHxOy를 갖는 임의의 화학물질을 포함할 수 있고, 여기서 n은 정수이고; x는 (i) 1 내지 2n+2, 또는 (ii) 석탄, 석탄 타르, 열분해 연료유 등과 같은 연료의 경우 1 미만이고; y는 0 내지 n이다. 탄화수소 공급원료는, 예를 들어, 단순 탄화수소 (예를 들어, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 등), 방향족 공급원료 (예를 들어, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 메틸 나프탈렌, 열분해 연료유, 석탄 타르, 석탄, 중유, 오일, 바이오-오일, 바이오-디젤, 다른 생물학적으로 유도된 탄화수소 등), 불포화 탄화수소 (예를 들어, 에틸렌, 아세틸렌, 부타디엔, 스티렌 등), 산소화 탄화수소 (예를 들어, 에탄올, 메탄올, 프로판올, 페놀, 케톤, 에테르, 에스테르 등), 또는 그의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 이러한 실시예는 제조를 위한 다른 성분과 추가로 조합될 수 있고/있거나 혼합될 수 있는 허용되는 탄화수소 공급원료의 비제한적인 예로서 제공된다. 탄화수소 공급원료는 공급원료의 대부분 (예를 들어, 약 50 중량% 초과)이 천연 탄화수소인 공급원료를 지칭할 수 있다. 반응성 탄화수소 공급원료는 적어도 약 70 중량%의 메탄, 에탄, 프로판 또는 그의 혼합물을 포함할 수 있다. 탄화수소 공급원료는 천연 가스일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 탄화수소는, 메탄, 에탄, 프로판 또는 그의 혼합물이거나 그를 포함할 수 있다. 탄화수소는 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 아세틸렌, 에틸렌, 카본 블랙 오일, 석탄 타르, 조질 석탄 타르, 디젤 오일, 벤젠 및/또는 메틸 나프탈렌을 포함할 수 있다. 탄화수소는 (예를 들어, 추가의) 폴리시클릭 방향족 탄화수소를 포함할 수 있다. 탄화수소 공급원료는 1종 이상의 단순 탄화수소, 1종 이상의 방향족 공급원료, 1종 이상의 불포화 탄화수소, 1종 이상의 산소화 탄화수소, 또는 그의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 탄화수소 공급원료는 예를 들어, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 천연 가스, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 에틸벤젠, 나프탈렌, 메틸 나프탈렌, 디메틸 나프탈렌, 안트라센, 메틸 안트라센, 다른 모노시클릭 또는 폴리시클릭 방향족 탄화수소, 카본 블랙 오일, 디젤 오일, 열분해 연료유, 석탄 타르, 크루드 석탄 타르, 석탄, 중유, 오일, 바이오-오일, 바이오-디젤, 다른 생물학적으로 유도된 탄화수소, 에틸렌, 아세틸렌, 프로필렌, 부타디엔, 스티렌, 에탄올, 메탄올, 프로판올, 페놀, 1종 이상의 케톤, 1종 이상의 에테르, 1종 이상의 에스테르, 1종 이상의 알데히드, 또는 그의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 공급원료는, 예를 들어 벤젠 및/또는 그의 유도체(들), 나프탈렌 및/또는 그의 유도체(들), 안트라센 및/또는 그의 유도체(들) 등과 같은, 본원에 기재된 공급원료 화합물의 1종 이상의 유도체를 포함할 수 있다. 탄화수소 공급원료 (또한 본원에서 "공급원료"는 중량, 부피 또는 몰 기준으로 약 1 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 25 ppm, 50 ppm, 0.01%, 0.05%, 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5%, 0.6%, 0.7%, 0.8%, 0.9%, 1%, 1.1%, 1.2%, 1.3%, 1.4%, 1.5%, 1.6%, 1.7%, 1.8%, 1.9%, 2%, 2.5%, 3%, 3.5%, 4%, 4.5%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29%, 30%, 31%, 32%, 33%, 34%, 35%, 36%, 37%, 38%, 39%, 40%, 41%, 42%, 43%, 44%, 45%, 46%, 47%, 48%, 49%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% 또는 99% 이상인 농도로 (예를 들어, 공급원료의 혼합물에서) 주어진 공급원료 (예를 들어, 상기 언급된 공급원료 중의)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 공급원료는 중량, 부피 또는 몰 기준으로 약 100% 99%, 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 49%, 48%, 47%, 46%, 45%, 44%, 43%, 42%, 41%, 40%, 39%, 38%, 37%, 36%, 35%, 34%, 33%, 32%, 31%, 30%, 29%, 28%, 27%, 26%, 25%, 24%, 23%, 22%, 21%, 20%, 19%, 18%, 17%, 16%, 15%, 14%, 13%, 12%, 11%, 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4,5%, 4%, 3.5%, 3%, 2.5%, 2%, 1.9%, 1.8%, 1.7%, 1.6%, 1.5%, 1.4%, 1.3%, 1.2%, 1.1%, 1%, 0.9%, 0.8%, 0.7%, 0.6%, 0.5%, 0.4%, 0.3%, 0.2%, 0.1%, 0.05%, 0.01%, 50 ppm, 25ppm, 10 ppm, 5 ppm 또는 1 ppm 이하인 농도로 (예를 들어, 공급원료의 혼합물에서) 주어진 공급원료를 포함할 수 있다. 공급원료는 유사한 또는 상이한 농도에서 추가의 공급원료 (예를 들어, 공급원료의 혼합물에서)를 포함할 수 있다. 이러한 추가의 공급원료는 예를 들어, 주어진 공급원료로서 선택되지 않은 상기 언급된 공급원료 중에서 선택될 수 있다. 주어진 공급원료는 그 자체가 혼합물 (예를 들어, 예컨대 천연 가스)을 포함할 수 있다.
주입된 탄화수소는, 공유 결합을 통해 본래 화학적으로 탄화수소 부착된 수소 중의 적어도 약 80 몰%가 크랙킹되어 이원자 수소로서 동종원자 결합될 수 있다. 동종원자 결합은 동일한 2개의 원자 사이의 결합을 지칭할 수 있다 (예를 들어, 이원자 수소 또는 H2에서와 같음). C-H는 이종원자 결합일 수 있다. 탄화수소는 이종원자 결합된 C-H로부터 동종원자 결합된 H-H 및 C-C로 진행될 수 있다. 플라즈마로부터의 H2가 여전히 존재할 수 있지만, 이것은 CH4 또는 다른 탄화수소 공급원료로부터의 H2만을 지칭할 수 있다.
시스템 (예를 들어, 밀폐 입자 생성 시스템)은 발열 섹션을 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 발열 섹션은 플라즈마 생성 전극들의 하나 이상의 세트를 포함하는 플라즈마 생성 섹션일 수 있다. 발열 섹션 (예를 들어, 플라즈마 생성 섹션)은 탄화수소 주입기를 포함하는 반응기 섹션에 연결될 수 있다. 일부 구현에서, 탄화수소 주입기는, 예를 들어 최대 반응기 크기 감소 지점에 또는 플라즈마 생성 전극으로부터 더 하류에 있을 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 반응기는 장치 (예를 들어, 반응기 섹션을 포함하는 더 큰 장치), 또는 반응기 섹션만을 지칭할 수 있다. 반응기는 유동 (예를 들어, 주입 전, 주입 중 및/또는 주입 후의 총 유동 또는 유동의 적어도 일부; 열 생성, 주입 및/또는 반응 동안의 유동의 적어도 일부 또는 전부; 열 전달 기체의 유동의 적어도 일부 또는 전부; 등)을 반응기의 적어도 일부에서 (예를 들어, 도 2, 도 3, 도 4 및 도 6에 관련하여 설명된 하나 이상의 부분에서, 예컨대, 일례로서, 발열, 주입 및/또는 반응을 구현하도록 구성된 하나 이상의 부분에서, 예컨대, 일례로서, 일정한 직경의 영역/섹션, 수렴 영역/섹션, 발산 영역/섹션, 인서트 또는 다른 추가적 구성요소, 목부, 협소화부 또는 그의 임의의 조합에서) 축방향 (예를 들어, 실질적으로 축방향), 반경방향 (예를 들어, 실질적으로 반경방향) 또는 그의 조합이 되도록 허용하게 구성 (예를 들어, 본원의 다른 곳에서, 예컨대, 실시예로서, 도 6에 관련하여 설명된 바와 같이)될 수 있다. 본원의 다른 곳에 보다 상세하게 기재된 바와 같이 (예를 들어, 도 1 및 도 5와 관련하여), 시스템은 예를 들어 반응기에 연결된 열교환기, 열교환기에 연결된 필터, 필터에 연결된 탈기 장치, 탈기 장치에 연결된 펠릿화기, 펠릿화기에 연결된 결합제 혼합 탱크, 및 펠릿화기에 연결된 건조기 중 하나 이상을 (예를 들어, 추가로) 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 열교환기, 필터, 탈기 챔버 및/또는 후단 장비 (예를 들어, 펠릿화기, 펠릿화기에 연결된 결합제 혼합 탱크, 및/또는 펠릿화기에 연결된 건조기 중 하나 이상)가 사용될 수 있다. 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같이, "반응기"는 장치 (예를 들어, 반응기 섹션을 포함하는 보다 큰 장치), 또는 반응기 섹션만을 지칭할 수 있다.
본원에 설명된 시스템은 플라즈마 발생기를 포함할 수 있다. 플라즈마 발생기는 기체 또는 기체상 혼합물 (예를 들어, 적어도 50 부피% 기체상)을 이용할 수 있다. 플라즈마 발생기는 기체 또는 기체상 혼합물 (예를 들어, 적어도 50 부피% 기체상)을 이용할 수 있으며, 여기서 기체는 플라즈마 상태에서 반응성 및 부식성이다. 플라즈마 기체는, 예를 들어 적어도 50 부피% 수소일 수 있다. 본원에 설명된 시스템은 DC 또는 AC 공급원에 의해 에너지 공급되는 플라즈마 발생기를 포함할 수 있다. 수소 기체 혼합물은 DC 또는 AC 공급원에 의해 생성된 전기 방전이 지속되는 구역에 직접 공급될 수 있다. 플라즈마는 본원의 다른 곳에 기재된 조성물 (예를 들어, 열 전달 기체의 조성과 관련하여)을 가질 수 있다. 플라즈마는 아크 가열을 사용하여 생성될 수 있다. 플라즈마는 유도 가열을 사용하여 생성될 수 있다.
시스템 (예를 들어, 밀폐된 입자 생성 시스템)은 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)의 제조 방법을 구현하도록 구성될 수 있다. 방법은 발열 및 탄화수소의 주입을 포함할 수 있다. 방법은, 예를 들어 플라즈마 생성 전극 (예를 들어, 반응기에서)을 사용하여 플라즈마 (예를 들어, 적어도 약 60 부피%의 수소를 포함함)를 생성하고, 탄화수소 (예를 들어, 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같음)를 주입하여 탄소 입자를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 방법은 플라즈마 발생 전극 (예를 들어, 반응기)을 사용하여 플라즈마 (예를 들어, 적어도 약 60 부피%의 수소를 포함함)를 생성하고, 반응기의 내부 치수를 감소시키고 (예를 들어, 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같이), 탄화수소를 주입하고 (예를 들어, 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같이) 탄소 입자를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 탄화수소는 반응기 내에서 (예를 들어, 플라즈마로부터 생성된 열에 의해) 적어도 약 1,000℃, 그러나 약 3,500℃ 이하의 온도를 겪을 수 있다. 플라즈마 온도는 1차 입자의 크기를 맞춤화하기 위해 조정될 수 있다.
전극 (예를 들어, 전기 아크 (또한 본원에서 "아크-스폿")에 노출된 그의 표면)은 가장 강렬한 가열 환경에 있을 수 있다. 전극의 그의 표면에서의 파괴는 침식을 초래할 수 있고, 이는 전극의 유효 수명을 감소시킬 수 있다. 전극 침식은 수소 또는 산소와 같은 화학적 활성 원소의 존재 하에 작동하는 플라즈마 발생기에서 가장 극심해질 수 있다. 전극의 수명은 예를 들어 전극에 대한 전기 아크의 열 효과를 최소화하고/하거나 침식성 매질에 대한 전극 표면의 적절한 보호를 통해 연장될 수 있다. 전자기장을 적용하여 아크 스폿을 전극 표면 위에서 급속하게 이동시킴으로써 아크 스폿의 효과를 감소시킬 수 있고, 이렇게 함으로써 평균 열 플럭스의 밀도를 전극과 전기 아크 사이의 접촉 영역에서 감소시킬 수 있다. 자기장은 2개의 전극 사이의 인접한 공간의 한계 외부로 플라즈마를 밀어낼 수 있다. 이는 침식성 매질 (예를 들어, 과열된 H2 및 수소 라디칼)이 전극 자체로부터 크게 분리될 수 있음을 의미한다. 자기장을 전극에 인가하여 생성된 회전 아크 방전이 (예를 들어, 추가로) 사용될 수 있다. 자기장은 예를 들어 약 20 밀리테슬라(mT) 내지 약 100 mT (예를 들어, 토치의 팁에서, 반경방향으로(토치의 원주 주위에서) 및/또는 축방향으로(전극의 축을 따라) 전극의 환에서 측정됨)일 수 있다. 전극 침식은 여러 방전 사이에서 주 아크 방전의 전류의 분포를 통해 제어될 수 있고, 이에 의해 전극 조립체의 병렬 연결된 전극, 예를 들어 애노드의 각각의 하나에서의 열 효과가 완화될 수 있다. 예를 들어, 각각 전체적으로 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 번호 2,951,143("ARC TORCH") 및 3,344,051("METHOD FOR THE PRODUCTION OF CARBON BLACK IN A HIGH INTENSITY ARC")을 참조한다. 플라즈마는 AC 전극을 사용하여 생성될 수 있다. 복수 (예를 들어, 3 이상)의 AC 전극이 사용될 수 있다 (예를 들어, 더 효율적인 에너지 소비 뿐만 아니라 전극 표면에서의 감소된 열 부하의 이점을 가짐).
전극은 주어진 속도로 소모될 수 있다. 예를 들어, 소모된 전극의 세제곱미터당 약 70 톤 초과의 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)가 제조될 수 있다. 내부 및 외부 전극의 표면적의 비는 플라즈마 생성 동안 (예를 들어, 분해 동안) 일정하게 유지될 수 있다. 일부 구현에서, 전극은 동심으로 배열될 수 있다. 플라즈마를 생성하는데 사용되는 전극은 일부 경우에 생성물 나노입자의 일부가 될 수 있다 (예를 들어, 흑연 전극은 프로세스에서 풀러렌 나노입자가 될 수 있다). 전극의 분해는 본원의 다른 곳에서 보다 상세하게 설명된 바와 같이 제한될 수 있다.
발열 (예를 들어, 플라즈마 생성)의 하류에서, 열 활성화 챔버 (예를 들어, 플라즈마 챔버)는 일부 경우에 좁아지거나 원뿔형 또는 정사각형/슬롯 에지로 수렴할 수 있고, 이어서 반응기로 발산하기 전에 임의로 직선화될 수 있다. 목부는열 활성화 섹션 (예를 들어, 열 활성화 챔버) 및 반응기 섹션을 분리할 수 있고/있거나, 더 작은 영역에서 보다 강렬한 혼합이 일어날 수 있도록 열 전달 기체를 가속화할 수 있다. 목부는 열 활성화 섹션과 반응기 섹션사이의 가장 좁은 섹션으로서 정의될 수 있다. 목부의 길이는 수 미터이거나 또는 약 0.5 내지 약 2 밀리미터만큼 작을 수 있다. 목부의 가장 좁은 지점은 목부의 가장 좁은 직경으로서 정의될 수 있다. 가장 좁은 단면의 약 10%이내인 임의의 단면은 목부의 범주 내에 있는 것으로 간주될 수 있다. 1 직경은 목부의 가장 좁은 지점에서의 목부의 직경으로서 정의될 수 있다. 반응기 내로의 탄화수소 주입 지점은 예를 들어, 목부의 상류의 약 5 직경 내지 목부 하류의 약 5 직경에 위치할 수 있다. 일부 실시예에서, 주입은 목부의 약 +/-2 직경 또는 약 +/-1 직경 내에서 발생할 수 있다. 탄화수소 공급원료의 주입 지점은 예를 들어, 목부의 가장 좁은 지점의 하류에서, 반응기 내로의 발산의 개시점을 향해 존재할 수 있다. 목부는 노즐일 수 있다. 열 전달 기체 (예를 들어 플라즈마 기체)는 노즐을 통해 가속될 수 있다. 노즐의 직경은 열 전달 기체 (예를 들어, 플라즈마 기체)의 (유동의) 방향으로 좁을 수 있다. 원하는 양의 협소화 (예를 들어, 목부 직경)는, 예를 들어 탄화수소 및 고체 탄소 입자의 플라즈마 챔버 내로의 재순환, 최적의 혼합, 형상 계수, 또는 그의 임의의 조합에 기초하여 결정될 수 있다. 감소는 최소의 재순환, 최대 혼합 및 증가된 형상 계수 사이의 균형에 기초하여 결정될 수 있다. 반응기 섹션의 내부 치수는, 예를 들어 열 발생기로부터 (예를 들어, 플라즈마 생성 전극으로부터)의 하류에서 약 (예를 들어, 적어도 약) 10%, 20%, 30% 또는 40% 이상 만큼 감소될 수 있다 (예를 들어, 프로세스의 직경이 목부에서 감소될 수 있다). 상이한 탄소 입자 (예를 들어, 상이한 등급의 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙))는 동시에 미반응 폴리시클릭 방향족 탄화수소(PAH)를 최소화하고 생성물 내의 큰 입자 오염 (예를 들어, 그릿)을 최소화하면서, 표면적, 구조 및/또는 표면 화학 특성을 표적화하기 위해 이러한 파라미터의 미세 조정을 필요로 할 수 있다.
열 전달 기체 (예를 들어, 플라즈마 기체)는 반응기 영역으로 안내될 수 있다. 공급원료는 공기역학 및 전자기적 힘에 의해 생성되는 우세한 조건 하에, 플라즈마 기체와 공급원료 사이의 강렬한 빠른 혼합이 발생할 수 있고/있거나 열적 활성화 챔버 (예를 들어, 플라즈마 챔버) 내로의 공급원료의 재순환을 제한 또는 실질적으로 없애도록 (예를 들어, 유의한 재순환 없음) 반응기 영역에서 주입될 수 있다. 탄화수소의 주입은 반응이 일어나는 공간의 영역이 임의의 표면과 접촉하지 않도록 제어될 수 있다.
본원에 기재된 시스템 및 방법은 탄화수소를 급속하게 가열하여 탄소 입자 (예를 들어, 탄소 나노입자)를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 탄화수소는 급속하게 가열되어 탄소 입자 (예를 들어, 탄소 나노입자) 및 수소를 형성할 수 있다. 수소는 일부 경우에 대다수의 수소를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 이 수소의 일부 부분은 또한 메탄 (예를 들어, 미사용(unspent) 메탄) 및/또는 다양한 다른 탄화수소 (예를 들어, 에탄, 프로판, 에틸렌, 아세틸렌, 벤젠, 톨루엔, 폴리시클릭 방향족 탄화수소(PAH), 예컨대 나프탈렌 등)를 함유할 수 있다.
공급원료가 주입되면, 2종의 기체를 평형화 (예를 들어, 열 평형)하기 위한 열 전달의 적어도 일부가 약 2초 이하 이내에 일어날 수 있다. 충분한 열이 공급원료로 전달되어 고품질 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)를 형성할 수 있다. 실시예에서, 가열된 열 전달 기체에 함유된 열의 약 30% 내지 약 80%, 또는 약 40% 내지 약 70%가 열 전달 기체에 대한 초기 노출의 약 2초 이내에 탄화수소 공급원료로 전달될 수 있다. 다른 실시예에서, 가열된 열 전달 기체에 함유된 열의 약 60% 초과가 열 전달 기체에 대한 초기 노출의 약 2초 이내에 탄화수소 공급원료로 전달될 수 있다. 다른 실시예에서, 열 전달 기체 (예를 들어, 수소) 내의 함유된 에너지의 약 50% 초과가 처음 500 밀리초 내에(탄화수소가 주입되는 지점에서 시작하여) 탄화수소 유출물 스트림으로 전달될 수 있다. 예를 들어, 주울 단위로 측정된 플라즈마에 의해 생성된 열의 적어도 약 50%가 약 500 밀리초 이하 이내에 탄화수소로 전달될 수 있다. 열은 복사, 전도, 열 기체 전달 또는 임의의 다른 메카니즘을 통해 전달될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 탄소 입자 (예를 들어, 미립자 카본 블랙)를 형성하기 위한 전체 반응은 탄화수소 공급원료 물질의 주입 이후 수 밀리초 이내에 마무리될 수 있다.
탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙) 반응의 중간 생성물은 그들이 접촉하는 임의의 표면에 점착되는 경향을 가질 수 있다. 내부 구성요소 (예를 들어, 열 활성화 챔버 라이너, 목부 재료, 주입기 재료, 및 반응기 자체)의 존속을 유지하면서 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙) 형성 이전의 중간 생성물이 임의의 표면과 접촉하는 것이 방지될 수 있다. 혼합은 또한 빠른 혼합을 달성하면서 반응기의 완전성을 유지하는 방식으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 혼합은 구성요소의 존속성을 개선 (예를 들어, 최대화)하고/하거나, 혼합을 개선 (예를 들어, 최대화)하고/하거나, 코킹을 감소 (예를 들어, 최소화)시키는 방식으로 제어될 수 있다. 일부 구현에서, 혼합은 매우 저밀도의 극도로 고온인 수소와 상당한 밀도의 비교적 저온의 탄화수소의 혼합을 포함할 수 있다. 2개의 유출물 스트림은 일부 경우에 상이한 밀도, 온도, 속도 및 점도를 가질 수 있다. 이러한 유출물 스트림의 빠른 혼합은 충분한 양의 크랙킹된 탄화수소를 달성할 수 있다.
공급원료 주입은 본원의 다른 곳에서 보다 상세하게 기재된 바와 같이 적합한 영역에서 발생할 수 있다. 예를 들어, 공급원료는 (예를 들어, 평면 내에서) 반응기 용기의 벽으로부터 떨어진 위치에서 (예를 들어, 중앙에서), 반응기 용기의 벽으로부터, 전극을 통해 또는 그의 임의의 조합으로 주입될 수 있다. 탄화수소 주입은 1개 이상의 주입기 (예를 들어, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100개 또는 그 이상의 주입기)를 포함할 수 있다. 주입기는 팁, 슬롯, 예를 들어 원형 또는 슬릿 형상을 포함하는 다양한 형상을 갖는 노즐을 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 주입기 개구는 대다수의 수소가 탄화수소 공급원료의 커튼 내에 포획되도록 구성/이용될 수 있다. 이러한 주입기 개구의 총 직경 (예를 들어, 직경의 합)은, 예를 들어, 본원의 다른 곳에 (예를 들어, 노즐과 관련하여) 설명된 바와 같을 수 있다. 복수의 주입기 개구가 동일한 축면에 위치할 수 있다. 열 전달 기체의 유동은 축방향 (예를 들어, 실질적으로 축방향), 반경방향 (예를 들어, 실질적으로 반경방향), 또는 그의 조합일 수 있다. 공급원료는 열 전달 기체와 동일한 유동 방향으로 열 전달 기체의 상기 언급된 유동 내로, 열 전달 기체에 수직인 유동 방향으로, 또는 그의 조합으로 (예를 들어, 하나 이상의 개구를 통해) 주입될 수 있다 (예를 들어, 공급원료는 축방향 (예를 들어, 실질적으로 축방향), 반경방향 (예를 들어, 실질적으로 반경방향) 또는 그의 조합으로 주입될 수 있다). 주입기는 열 기체 유동에 대해 접선방향으로/축방향으로, 반경방향으로 또는 그의 조합으로 배향될 수 있다. 본원의 다른 곳에 보다 상세히 기재된 바와 같이, 비축 주입(off-axis injection)을 사용할 수 있다. 비축 주입은 약 0.1, 0.5, 1, 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 89 또는 89.5 도 이상의 비축 각도일 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 비축 각도는 약 89.9, 89.5, 89, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5, 2, 1 또는 0.5 도 이하일 수 있다. 비축 각도는, 예를 들어 약 5 도 내지 약 85 도일 수 있다. 2개의 유출물 스트림 사이의 혼합을 추가로 강화하기 위해 접선 유동이 (예를 들어, 추가로) 도입될 수 있다.
탄화수소 공급원료의 혼합 (예를 들어, 목부에서 또는 목부의 바로 하류에서)은 열 기체 (예를 들어, 플라즈마) 유동에 접선방향으로 배향된 다수의 주입기를 사용하여 달성될 수 있다. 일부 구현에서, 적합한 직경 (예를 들어, 주입기가 함께 위치하는 단면 평면의 원주의 약 5% 미만의 노즐의 총 직경을 가짐)의 4개의 원형 노즐이 사용될 수 있다. 일부 구현에서, 적합한 직경 (예를 들어, 주입기가 함께 위치하는 단면 평면의 원주의 약 5% 초과의 노즐의 직경의 합을 가짐)의 6개 이상의 노즐 또는 대안적인 형상의 노즐 (예를 들어, 슬릿형)이 사용될 수 있다. 노즐 (예를 들어, 증가된 노즐 수/조정된 노즐 형상 구성)은 대부분의 수소가 탄화수소 공급원료의 커튼 내에 포획되도록 이용될 수 있다. 탄화수소는 열 기체 (예를 들어, 플라즈마) 유동과 함께 축방향으로 주입될 수 있다 (또한 본원에서 "축방향 탄화수소 주입"). 탄화수소는 반경방향으로 주입될 수 있다. 유동은 축방향 및 반경방향 성분 모두를 포함할 수 있다 ("비축" 유동). 비축 주입은 예를 들어 약 5 도 내지 약 85 도의 비축 각도로 존재할 수 있다. 추가로, 2개의 유출물 스트림 사이의 혼합을 추가로 강화하기 위해 접선 유동이 도입될 수 있다. 이러한 문맥에서, 직경은 불규칙하거나 규칙적인 형상의 노즐의 가장 큰 치수를 지칭할 수 있다 (예를 들어, 형상이 별 모양인 경우, 직경은 가장 큰 내부 치수를 제공하는 별의 2개의 팁 사이에서 측정된다). 공급원료는 주입기를 사용하여 반응기의 실질적으로 중앙 위치에서 축방향으로 주입될 수 있고, 주입기는 도 2에 도시된 바와 같은 축방향 회전이 존재하거나 존재하지 않는 상태로 예를 들어 반응기의 측면으로부터 진입될 수 있으며 (예를 들어, 협소화부에서 (예를 들어, 협소화부 상류에서(그 이전), 협소화부에서(그 중간) 또는 협소화부의 하류에서(그 이후); 목부의 또는 그 근처의 (예를 들어, 수렴 영역 아래) 또는 목부의 추가적 하류 (예를 들어, 반응기의 발산 영역)에 있는 평면 상의 임의의 위치에서; 등), 하나의 개구 또는 복수의 개구를 포함하는 중심 주입기 팁으로부터 축방향 하류에 (예를 들어, 주입 평면 내의 하나의 개구 또는 복수의 개구를 통해) 탄화수소를 주입할 수 있다. 탄화수소 공급원료의 주입은 중앙에 위치한 주입기로부터 반경방향 외향으로, 또는, 반응기 용기의 벽으로부터 반경방향 내향으로 일어날 수 있다.
주입기(들)는 냉각 액체 (예를 들어, 물)를 통해 냉각될 수 있다. 주입기(들)는 예를 들어 물 또는 비-산화 액체 (예를 들어, 미네랄 오일, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 합성 유기 유체, 예컨대, 일례로서 DOWTHERM™ 물질 등)에 의해 냉각될 수 있다. 예를 들어, 전문이 본원에 참조로 포함되는 공동 양도된 동시-계류 중인 국제 특허 공개 번호 WO 2015/116800("PLASMA GAS THROAT ASSEMBLY AND METHOD")을 참조한다. 주입기(들)는, 예를 들어 높은 융점 및 우수한 내부식성 (예를 들어, 수소 자유 라디칼 환경에 대한 것)을 갖는, 구리, 스테인레스 스틸, 흑연 및/또는 다른 유사한 물질 (예를 들어, 합금)과 같은 적합한 물질로부터 제작될 수 있다.
도 6은 본 개시내용에 따른 반응기 장치 (또한 본원에서 "장치")(600)를 나타낸다. 장치는, 예를 들어 발열 (예를 들어, 가열)(605), 주입(610) 및 반응(615)을 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 장치는 하나 이상의 일정한 직경의 영역/섹션, 하나 이상의 수렴 영역/섹션, 하나 이상의 발산 영역/섹션, 하나 이상의 인서트 또는 다른 추가 구성요소, 또는 그의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 이러한 영역/섹션, 및/또는 인서트 또는 다른 추가의 구성요소는 발열 (예를 들어, 가열)(605), 주입(610) 및 반응(615)을 구현하기 위해 다양한 방식으로 조합될 수 있다. 이러한 구현은, 예를 들어 도 2, 도 3 및 도 4의 개략적 표현에 관하여 설명된 구성을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 발열(605)이 구현되는 영역/섹션은 반응(615)이 구현되는 반응 영역/섹션으로부터 목부에 의해 분리되어 있거나 그렇지 않을 수 있고, 주입(610)은 발열(605)의 하류에 있을 수 있거나 그렇지 않을 수 있는 등등이다.
열 전달 기체는 예를 들어 약 1 노멀 입방 미터/시간(Nm3/hr), 2 Nm3/hr, 5 Nm3/hr, 10 Nm3/hr, 25 Nm3/hr, 50 Nm3/hr, 75 Nm3/hr, 100 Nm3/hr, 150 Nm3/hr, 200 Nm3/hr, 250 Nm3/hr, 300 Nm3/hr, 350 Nm3/hr, 400 Nm3/hr, 450 Nm3/hr, 500 Nm3/hr, 550 Nm3/hr, 600 Nm3/hr, 650 Nm3/hr, 700 Nm3/hr, 750 Nm3/hr, 800 Nm3/hr, 850 Nm3/hr, 900 Nm3/hr, 950 Nm3/hr, 1,000 Nm3/hr, 2,000 Nm3/hr, 3,000 Nm3/hr, 4,000 Nm3/hr, 5,000 Nm3/hr, 6,000 Nm3/hr, 7,000 Nm3/hr, 8,000 Nm3/hr, 9,000 Nm3/hr, 10,000 Nm3/hr, 12,000 Nm3/hr, 14,000 Nm3/hr, 16,000 Nm3/hr, 18,000 Nm3/hr, 20,000 Nm3/hr, 30,000 Nm3/hr, 40,000 Nm3/hr, 50,000 Nm3/hr, 60,000 Nm3/hr, 70,000 Nm3/hr, 80,000 Nm3/hr, 90,000 Nm3/hr 또는 100,000 Nm3/hr 이상의 속도로 시스템 (예를 들어, 반응기 장치)에 제공될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 열 전달 기체는 예를 들어 약 100,000 Nm3/hr, 90,000 Nm3/hr, 80,000 Nm3/hr, 70,000 Nm3/hr, 60,000 Nm3/hr, 50,000 Nm3/hr, 40,000 Nm3/hr, 30,000 Nm3/hr, 20,000 Nm3/hr, 18,000 Nm3/hr, 16,000 Nm3/hr, 14,000 Nm3/hr, 12,000 Nm3/hr, 10,000 Nm3/hr, 9,000 Nm3/hr, 8,000 Nm3/hr, 7,000 Nm3/hr, 6,000 Nm3/hr, 5,000 Nm3/hr, 4,000 Nm3/hr, 3,000 Nm3/hr, 2,000 Nm3/hr, 1,000 Nm3/hr, 950 Nm3/hr, 900 Nm3/hr, 850 Nm3/hr, 800 Nm3/hr, 750 Nm3/hr, 700 Nm3/hr, 650 Nm3/hr, 600 Nm3/hr, 550 Nm3/hr, 500 Nm3/hr, 450 Nm3/hr, 400 Nm3/hr, 350 Nm3/hr, 300 Nm3/hr, 250 Nm3/hr, 200 Nm3/hr, 150 Nm3/hr, 100 Nm3/hr, 75 Nm3/hr, 50 Nm3/hr, 25 Nm3/hr, 10 Nm3/hr, 5 Nm3/hr 또는 2 Nm3/hr 이하의 속도로 시스템 (예를 들어, 반응기 장치)에 제공될 수 있다. 열 전달 기체는 하나 이상의 유동 경로로 분할될 수 있다 (예를 들어, 일례로서, 실시예 1 및 2와 관련하여 기재된 바와 같음). 열 전달 기체는 본원에 기재된 하나 이상의 공급원료 유량과 조합되어 이러한 속도로 시스템 (예를 들어, 반응기 장치)에 제공될 수 있다. 열 전달 기체는 이러한 유량에서 본원에 설명된 하나 이상의 온도로 가열될 수 있다.
공급원료(특히 탄화수소)는 예를 들어 약 50 그램/시간(g/hr), 100 g/hr, 250 g/hr, 500 g/hr, 750 g/hr, 1 킬로그램/시간(kg/hr), 2 kg/hr, 5 kg/hr, 10 kg/hr, 15 kg/hr, 20 kg/hr, 25 kg/hr, 30 kg/hr, 35 kg/hr, 40 kg/hr, 45 kg/hr, 50 kg/hr, 55 kg/hr, 60 kg/hr, 65 kg/hr, 70 kg/hr, 75 kg/hr, 80 kg/hr, 85 kg/hr, 90 kg/hr, 95 kg/hr, 100 kg/hr, 150 kg/hr, 200 kg/hr, 250 kg/hr, 300 kg/hr, 350 kg/hr, 400 kg/hr, 450 kg/hr, 500 kg/hr, 600 kg/hr, 700 kg/hr, 800 kg/hr, 900 kg/hr, 1,000 kg/hr, 1,100 kg/hr, 1,200 kg/hr, 1,300 kg/hr, 1,400 kg/hr, 1,500 kg/hr, 1,600 kg/hr, 1,700 kg/hr, 1,800 kg/hr, 1,900 kg/hr, 2,000 kg/hr, 2,100 kg/hr, 2,200 kg/hr, 2,300 kg/hr, 2,400 kg/hr, 2,500 kg/hr, 3,000 kg/hr, 3,500 kg/hr, 4,000 kg/hr, 4,500 kg/hr, 5,000 kg/hr, 6,000 kg/hr, 7,000 kg/hr, 8,000 kg/hr, 9,000 kg/hr 또는 10,000 kg/hr 이상의 속도로 시스템 (예를 들어, 반응기 장치)에 제공될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 공급원료 (예를 들어, 탄화수소)는, 예를 들어 약 10,000 kg/hr, 9,000 kg/hr, 8,000 kg/hr, 7,000 kg/hr, 6,000 kg/hr, 5,000 kg/hr, 4,500 kg/hr, 4,000 kg/hr, 3,500 kg/hr, 3,000 kg/hr, 2,500 kg/hr, 2,400 kg/hr, 2,300 kg/hr, 2,200 kg/hr, 2,100 kg/hr, 2,000 kg/hr, 1,900 kg/hr, 1,800 kg/hr, 1,700 kg/hr, 1,600 kg/hr, 1,500 kg/hr, 1,400 kg/hr, 1,300 kg/hr, 1,200 kg/hr, 1,100 kg/hr, 1,000 kg/hr, 900 kg/hr, 800 kg/hr, 700 kg/hr, 600 kg/hr, 500 kg/hr, 450 kg/hr, 400 kg/hr, 350 kg/hr, 300 kg/hr, 250 kg/hr, 200 kg/hr, 150 kg/hr, 100 kg/hr, 95 kg/hr, 90 kg/hr, 85 kg/hr, 80 kg/hr, 75 kg/hr, 70 kg/hr, 65 kg/hr, 60 kg/hr, 55 kg/hr, 50 kg/hr, 45 kg/hr, 40 kg/hr, 35 kg/hr, 30 kg/hr, 25 kg/hr, 20 kg/hr, 15 kg/hr, 10 kg/hr, 5 kg/hr, 2 kg/hr, 1 kg/hr, 750 g/hr, 500 g/hr, 250 g/hr 또는 100 g/hr 이하의 속도로 시스템 (예를 들어, 반응기 장치)에 제공될 수 있다.
열 전달 기체는 예를 들어 약 1,000℃, 1,100℃, 1,200℃, 1,300℃, 1,400℃, 1,500℃, 1,600℃, 1,700℃, 1,800℃, 1,900℃, 2,000℃, 2050℃, 2,100℃, 2,150℃, 2,200℃, 2,250℃, 2,300℃, 2,350℃, 2,400℃, 2,450℃, 2,500℃, 2,550℃, 2,600℃, 2,650℃, 2,700℃, 2,750℃, 2,800℃, 2,850℃, 2,900℃, 2,950℃, 3,000℃, 3,050℃, 3,100℃, 3,150℃, 3,200℃, 3,250℃, 3,300℃, 3,350℃, 3,400℃ 또는 3,450℃ 이상의 온도로 가열될 수 있고/있거나 공급원료가 이러한 온도에 노출될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 열 전달 기체는 예를 들어 약 3,500℃, 3,450℃, 3,400℃, 3,350℃, 3,300℃, 3,250℃, 3,200℃, 3,150℃, 3,100℃, 3,050℃, 3,000℃, 2,950℃, 2,900℃, 2,850℃, 2,800℃, 2,750℃, 2,700℃, 2,650℃, 2,600℃, 2,550℃, 2,500℃, 2,450℃, 2,400℃, 2,350℃, 2,300℃, 2,250℃, 2,200℃, 2,150℃, 2,100℃, 2050℃, 2,000℃, 1,900℃, 1,800℃, 1,700℃, 1,600℃, 1,500℃, 1,400℃, 1,300℃, 1,200℃ 또는 1,100℃ 이하의 온도로 가열될 수 있고/있거나 공급원료가 이러한 온도에 노출될 수 있다. 열 전달 기체는 열 발생기 (예를 들어, 플라즈마 발생기)에 의해 이러한 온도로 가열될 수 있다. 열 전달 기체는 열 발생기에 의해 이러한 온도로 전기적으로 가열될 수 있다 (예를 들어, 열 발생기는 전기 에너지에 의해 구동될 수 있음). 이러한 열 발생기는 적합한 전력을 가질 수 있다. 열 발생기는 예를 들어 수백 또는 수천 시간 동안 부식성 환경에서 이러한 전력에서 연속적으로 작동하도록 구성될 수 있다.
열 발생기는 적합한 전력에서 작동할 수 있다. 전력 예를 들어, 약 0.5 킬로와트(kW), 1 kW, 1.5 kW, 2 kW, 5 kW, 10 kW, 25 kW, 50 kW, 75 kW, 100 kW, 150 kW, 200 kW, 250 kW, 300 kW, 350 kW, 400 kW, 450 kW, 500 kW, 550 kW, 600 kW, 650 kW, 700 kW, 750 kW, 800 kW, 850 kW, 900 kW, 950 kW, 1 메가와트(MW), 1.05 MW, 1.1 MW, 1.15 MW, 1.2 MW, 1.25 MW, 1.3 MW, 1.35 MW, 1.4 MW, 1.45 MW, 1.5 MW, 1.6 MW, 1.7 MW, 1.8 MW, 1.9 MW, 2 MW, 2.5 MW, 3 MW, 3.5 MW, 4 MW, 4.5 MW, 5 MW, 5.5 MW, 6 MW, 6.5 MW, 7 MW, 7.5 MW, 8 MW, 8.5 MW, 9 MW, 9.5 MW, 10 MW, 10.5 MW, 11 MW, 11.5 MW, 12 MW, 12.5 MW, 13 MW, 13.5 MW, 14 MW, 14.5 MW, 15 MW, 16 MW, 17 MW, 18 MW, 19 MW, 20 MW, 25 MW, 30 MW, 35 MW, 40 MW, 45 MW, 50 MW, 55 MW, 60 MW, 65 MW, 70 MW, 75 MW, 80 MW, 85 MW, 90 MW, 95 MW 또는 100 MW 이상일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 전력은 예를 들어, 약 100 MW, 95 MW, 90 MW, 85 MW, 80 MW, 75 MW, 70 MW, 65 MW, 60 MW, 55 MW, 50 MW, 45 MW, 40 MW, 35 MW, 30 MW, 25 MW, 20 MW, 19 MW, 18 MW, 17 MW, 16 MW, 15 MW, 14.5 MW, 14 MW, 13.5 MW, 13 MW, 12.5 MW, 12 MW, 11.5 MW, 11 MW, 10.5 MW, 10 MW, 9.5 MW, 9 MW, 8.5 MW, 8 MW, 7.5 MW, 7 MW, 6.5 MW, 6 MW, 5.5 MW, 5 MW, 4.5 MW, 4 MW, 3.5 MW, 3 MW, 2.5 MW, 2 MW, 1.9 MW, 1.8 MW, 1.7 MW, 1.6 MW, 1.5 MW, 1.45 MW, 1.4 MW, 1.35 MW, 1.3 MW, 1.25 MW, 1.2 MW, 1.15 MW, 1.1 MW, 1.05 MW, 1 MW, 950 kW, 900 kW, 850 kW, 800 kW, 750 kW, 700 kW, 650 kW, 600 kW, 550 kW, 500 kW, 450 kW, 400 kW, 350 kW, 300 kW, 250 kW, 200 kW, 150 kW, 100 kW, 75 kW, 50 kW, 25 kW, 10 kW, 5 kW, 2 kW, 1.5 kW 또는 1 kW 이하일 수 있다.
탄소 입자는 예를 들어 약 1%, 5%, 10%, 25%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 99.5% 또는 99.9% 이상의 수율 (예를 들어, 공급원료 전환율을 기준으로, 주입된 총 탄화수소를 기준으로, 중량 퍼센트 탄소 기준으로, 또는 생성물 탄소의 몰 대 반응물 탄소의 몰에 의해 측정된, 탄소 입자의 수율)로 생성될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 탄소 입자는 예를 들어 약 100%, 99.9%, 99.5%, 99%, 98%, 97%, 96%, 95%, 94%, 93%, 92%, 91%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 25% 또는 5% 이하의 수율 (예를 들어, 공급원료 전환율을 기준으로, 주입된 총 탄화수소를 기준으로, 중량 퍼센트 탄소를 기준으로, 또는 생성물 탄소의 몰 대 반응물 탄소의 몰에 의해 측정된, 탄소 입자의 수율)로 생성될 수 있다. 일부 실시예에서 (예를 들어, 1-단계 프로세스에서), 탄소 입자 (예를 들어, 탄소 나노입자)의 수율은 적어도 약 90%일 수 있다. 일부 실시예에서 (예를 들어, 1-단계 프로세스에서), 탄화수소 공급원료 (예를 들어, 메탄) 전환율을 기준으로 탄소 입자 (예를 들어, 탄소 나노입자)의 수율은 약 94% 또는 95% 초과일 수 있다. 일부 실시예에서, 중량 퍼센트 탄소를 기준으로 탄화수소 공급원료의 약 90% 초과가 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)로 전환될 수 있다. 일부 실시예에서, 반응기 내로 주입된 총 탄화수소를 기준으로 한 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)의 수율은 생성물 탄소의 몰 대 반응물 탄소의 몰에 의해 측정시 약 80% 초과일 수 있다.
도 2는 반응기의 (일부의) 예의 단면(200)을 나타낸다. 이러한 예에서, 고온 열 전달 기체(201)는 3개 이상의 AC 전극의 사용을 통해, 동심 DC 전극의 사용을 통해 (예를 들어, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같음), 또는 저항 또는 유도 가열기의 사용을 통해 반응기의 상부 부분에서 생성될 수 있다. 고온 열 전달 기체는 예를 들어, 적어도 약 2,400℃일 수 있는, 적어도 약 50 부피%의 수소를 포함할 수 있다. 탄화수소 주입기(202)는 냉각 (예를 들어, 수냉)될 수 있다. 탄화수소 주입기(202)는 반응기의 측면으로부터 (예를 들어, 도시된 바와 같이, 또는 본원의 다른 곳에 기재된 적합한 위치에서) 진입될 수 있고, 그 후 임의로 열 전달 기체 (고온 기체) 유동에 대해 축방향 위치로 돌려질 수 있다. 탄화수소 주입기 팁(203)은 하나의 개구 또는 복수의 개구 (예를 들어, 혼합을 최적화하기 위해) 예를 들어, 탄화수소를 시계방향 또는 반시계방향 유동 패턴으로 주입할 수 있음)이거나 그를 포함할 수 있다. 반응기는 수렴 영역(들)(204)을 포함할 수 있다. 수렴 영역(들)(204)는 반응기의 협소화를 초래할 수 있다. 수렴 영역(들)(204)은 반응기의 협소화를 초래하고, 그 후, 수렴 영역(들)의 하류에 있는 발산 영역(들)(205)을 초래할 수 있다. 예를 들어, 공동 양도된 동시-계류중인 국제 특허 공개 번호 WO 2017/044594("CIRCULAR FEW LAYER GRAPHENE") 및 WO 2017/048621("CARBON BLACK FROM NATURAL GAS")을 참조하며, 이들 각각은 전문이 본원에 참조로 포함된다.
도 3은 장치(300)의 또 다른 예의 개략적 표현을 나타낸다. 동심 방식으로 상부 챔버에 위치하는 2개의 전극에 의해 생성된 환 내로, 열 전달 기체 (예를 들어, 플라즈마 기체)(301) 예컨대 예를 들어 산소, 질소, 아르곤, 헬륨, 공기, 수소, 일산화탄소, 탄화수소 (예를 들어, 메탄, 에탄, 불포화) 등 (단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 사용됨)이 주입될 수 있다. 플라즈마 형성 전극은 내부 전극(302) 및 외부 전극(303)을 포함할 수 있다. 2개의 전극 사이에 충분히 큰 전압이 인가될 수 있다. 전극은 구리, 텅스텐, 흑연, 몰리브데넘, 은 등을 포함하거나 이로 만들어질 수 있다. 이렇게 형성된 플라즈마는 반응 구역 내로 들어갈 수 있고, 반응 구역에서 이는 탄화수소 주입기(들)(305)에서 공급되는 탄화수소 공급원료와 반응/상호작용하여 탄소 입자 생성물 (예를 들어, 카본 블랙 생성물)을 생성할 수 있다. 용기의 벽 (예를 들어, 내화성, 흑연, 냉각 등을 포함하거나 그로 구성됨)은 플라즈마 형성 온도를 견딜 수 있다. 탄화수소 주입기(들)(305)은, 수렴 영역(307) 아래의 목부(306)의 또는 그 부근이나 반응기의 발산 영역(308)에서의 목부의 추가의 하류의 평면 상의 임의의 위치에 위치될 수 있다. 탄화수소 주입기 팁은 예를 들어 주입 평면 주위에 동심으로 배열될 수 있다. 비제한적인 예로서, 적어도 6개의 주입기 및 최대 18개의 이러한 종류의 팁 또는 슬롯 또는 연속적 슬롯이 존재할 수 있다.
도 4는 장치의 다른 실시예(400)의 개략적 표현을 나타낸다. 도 4는 전기 전도성 물질 (예를 들어, 흑연)의 동심 고리로 구성되는 내부 및 외부 전극(각각 401 및 402)을 포함하는 반응기의 2차원 절결도를 나타낸다. 열 전달 기체 (예를 들어, 플라즈마 기체)(407)는 2개의 전극 사이의 환을 통해 유동할 수 있고, 여기서 아크가 그 후 기체를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다. 아크는 전극 팁 둘레에서 급속하게 아크를 순환 방식으로 이동시키는 자기장의 사용을 통해 제어될 수 있다. 이러한 실시예에서, 탄화수소 주입기(403)에서 (예를 들어, 탄화수소 주입기 팁(404)에서) 탄화수소 주입기(403)를 거쳐 동심 전극의 중심을 통해 탄화수소가 주입될 수 있다. 일부 실시예에서, 탄화수소 주입기(403)는 예를 들어 수냉될 수 있다. 탄화수소 주입기 팁은 전극의 바닥 평면 위의 지점에 위치할 수 있거나, 또는 평면 아래에, 또는 동일 평면에 (예를 들어, 평면과 동일한 높이에) 위치할 수 있다. 일부 구현에서 (예를 들어, 임의로), 장치는 반응기의 협소화를 초래하는 수렴 영역(들)(405), 및, 이어서 수렴 영역(들)의 하류에 있는 발산 영역(들)(406)을 포함할 수 있다.
도 2, 도 3 및 도 4에 나타낸 반응기의 예가 각각 하향 유동을 갖는 수직 배향을 갖지만, 상향 유동 또는 수평 반응기 배향이 또한 사용될 수 있다.
본 개시내용의 (또는 그 일부의) 열 발생기 (예를 들어, 플라즈마 발생기), 발열 섹션 (예를 들어, 플라즈마 섹션), 열 활성화 섹션 (예를 들어, 열 활성화 챔버 예컨대, 일례로서, 플라즈마 챔버), 목부 및/또는 주입 구역은 예를 들어, 구리, 텅스텐, 흑연, 몰리브데넘, 레늄, 질화붕소, 니켈, 크로뮴, 철, 은, 또는 이들의 합금을 포함하거나 이들로 제조될 수 있다.
본 개시내용의 시스템은 반응기 장치를 포함할 수 있다. 반응기 장치는 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같을 수 있다 (예를 들어, 도 2, 도 3, 도 4 및 도 6과 관련하여). 본원에 기재된 입자 특성 및/또는 특성의 조합의 일부를 실현하기 위해, 본원에 기재된 시스템 및 방법에 대한 일부 수정 및/또는 조정이 필요할 수 있다.
본 개시내용의 시스템은 밀폐형 프로세스를 구현하도록 구성될 수 있다. 이러한 밀폐형 입자 생성 시스템은 예를 들어, 밀폐형 입자 생성 반응기를 포함할 수 있다. 밀폐형 프로세스는 열 발생기 (예를 들어, 플라즈마 발생기), 반응실, 주 필터, 및 탈기 챔버를 포함할 수 있다. 밀폐형 프로세스는 예를 들어 열 발생기 (예를 들어, 플라즈마 발생기), 반응실, 목부 및/또는 다른 영역 (예를 들어, 도 6과 관련하여 설명된 바와 같음), 주 필터 및 탈기 챔버를 포함할 수 있다. 이들 구성요소에는 산소 및 기타 분위기 기체가 실질적으로 없을 수 있다. 프로세스 (또는 그의 일부)는 주어진 분위기만을 허용할 수 있다. 예를 들어, 산소는 밀폐형 프로세스에서 예를 들어 약 5 부피% 미만의 제어된 양으로 배제되거나 투입될 수 있다. 시스템(프로세스)은 열 발생기 (예를 들어, 플라즈마 발생기), 열 활성화 챔버 (예를 들어, 플라즈마 챔버), 목부 및/또는 다른 영역 (예를 들어, 도 6과 관련하여 설명된 바와 같음), 퍼니스 또는 반응기, 열교환기 (예를 들어, 반응기에 연결됨), 주 필터 (예를 들어, 열교환기에 연결됨), 탈기 (예를 들어, 생성물 불활성화) 장치 (예를 들어, 챔버) (예를 들어, 필터에 연결됨), 및 후단 장비 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 후단 장비는 펠릿화기 (예를 들어, 탈기 장치에 연결됨), 결합제 혼합 (예를 들어, 결합제 및 물) 탱크 (예를 들어, 펠릿화기에 연결됨), 및 건조기 (예를 들어, 펠릿화기에 연결됨) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 다른 구성요소의 비제한적인 예로서, 운반 프로세스, 프로세스 필터, 사이클론, 분급기 및/또는 해머 밀이 (예를 들어, 임의로) 추가될 수 있다. 후단 장비 구성요소의 다른 예는 본원의 다른 곳에 제공된 바와 같을 수 있다. 또한, 예를 들어, 미국 특허 번호 3,981,659("APPARATUS FOR DRYING CARBON BLACK PELLETS"), 3,309,780("PROCESS AND APPARATUS FOR DRYING WET PARTICULATE SOLIDS") 및 3,307,923("PROCESS AND APPARATUS FOR MAKING CARBON BLACK")를 참조하며, 이들 각각은 전문이 본원에 참조로 포함된다.
도 1은 본 개시내용의 프로세스를 구현하도록 구성된 시스템(100)의 예를 나타낸다. 시스템은 열 활성화 챔버 (예를 들어, 플라즈마 챔버)(105), 목부 및/또는 다른 영역(110), 반응기(115), 열교환기(120), 필터(125), 탈기(130), 후단 장비(135), 또는 그의 조합을 포함할 수 있다.
도 5는 프로세스(500)의 흐름도의 예를 나타낸다. 프로세스는, 예를 들어, 탄화수소를 고온 기체 (예를 들어, 열 + 탄화수소)(501)에 첨가하는 것을 통해 시작한다 (예를 들어, 일례로서, 도 2, 도 3, 도 4 및 도 6에서 고온 기체와 탄화수소 (예를 들어, 탄화수소 전구체)를 합하는 방법의 실시예에 관련하여 설명된 바와 같음). 프로세스는 기체 (예를 들어, 열 전달 기체)를 가열하는 단계, 탄화수소를 고온 기체 (예를 들어, 501)에 첨가하는 단계, 반응기(502)를 통과하는 단계, 및 열교환기(503), 필터(504), 탈기 (예를 들어, 탈기 챔버)(505) 및 후단 장비(506) 중 하나 이상을 사용하는 단계 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 고온 기체는 약 2,200℃ 초과의 평균 온도에서의 고온 기체 스트림일 수 있다. 고온 기체는 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 조성을 가질 수 있다 (예를 들어, 고온 기체는 50 부피% 초과의 수소를 포함할 수 있다). 일부 구현에서, 본원에 기재된 프로세스(들)는 분위기 산소가 실질적으로 없을 수 있다 (또한 본원에서 "실질적으로 산소-무함유"). 프로세스는 기체 (예를 들어, 50 부피% 이상의 수소를 포함)를 가열한 후, 이 고온 기체를 (501)에서 탄화수소에 첨가하는 것을 포함할 수 있다. 열은 반응기의 벽으로부터의 방사 잠열(latent radiant heat)을 통해 (예를 들어, 또한) 제공될 수 있다. 이는 외부적으로 제공된 에너지에 의한 벽의 가열을 통해 또는 고온 기체로부터의 벽의 가열을 통해 일어날 수 있다. 열은 고온 기체로부터 탄화수소 공급원료로 전달될 수 있다. 이는 탄화수소 공급원료를 반응기 또는 반응 구역(502) 내의 고온 기체에 첨가할 때, 즉시 발생할 수 있다. 탄화수소는 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)로 완전히 전환되기 전에 크랙킹 및 분해되기 시작할 수 있다. 탈기 (예를 들어, 탈기 유닛)(505)는, 예를 들어, 공동 양도된 동시-계류중인 국제 특허 공개 번호 WO 2016/126599("CARBON BLACK GENERATING SYSTEM")에 기재된 바와 같을 수 있으며, 이는 전문이 본원에 참조로 포함된다. 후단 장비(506)는 예를 들어 펠릿화기, 결합제 혼합 탱크 (예를 들어, 펠릿화기에 연결됨), 및 건조기 (예를 들어, 펠릿화기에 연결됨) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 본원에 기재된 시스템/프로세스는 반응기 또는 시스템의 전단에 (예를 들어, 반응기(115 및/또는 502)에서) 필터를 포함할 수 있다. 전단 필터는, 반응기에 진입하는 하나 이상의 물질 스트림으로부터 예를 들어 황 불순물을 제거할 수 있다. 이러한 황 불순물은 예를 들어 황화수소, 카르보닐 술피드, 메르캅탄 중 황, 황화철 및/또는 다른 황 화합물을 포함할 수 있다. 필터는 예를 들어 아민 스크러빙 및/또는 다른 기술을 사용하여 이러한 불순물을 제거할 수 있다. 필터는 공급원료 스트림으로부터 황 불순물을 제거할 수 있다. 필터는, 예를 들어 공급원료 주입기 (예를 들어, 반응기 공급원료 주입기의 유입구)에 커플링될 수 있다. 필터는 필터 전에 물질 스트림 (예를 들어, 공급원료 스트림) 내에 존재하는 황 함량 (예를 들어, 질량 기준)의 적어도 약 1%, 2%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 99%, 99.9% 또는 100%를 제거할 수 있다. 또한, 일부 경우에 필터는 필터 전에 공급원료 스트림 내에 존재하는 황 함량 (예를 들어, 질량 기준)의 최대 약 99.9%, 99%, 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10% 또는 5%를 제거할 수 있다. 필터를 통과한 후, 물질 스트림 (예를 들어, 공급원료)은 예를 들어 약 5%, 2%, 1%, 0.75%, 0.5%, 0.4%, 0.3%, 0.2%, 0.1%, 0.09%, 0.08%, 0.07%, 0.06%, 0.05%, 0.04%, 0.03%, 0.02%, 0.01%, 50 ppm, 45 ppm, 40 ppm, 35 ppm, 30 ppm, 25 ppm, 20 ppm, 15 ppm, 10 ppm, 5 ppm, 1 ppm, 0.5 ppm 또는 0.1 ppm 이하의 황 (예를 들어, 중량 기준)을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 필터를 통과한 후에, 물질 스트림 (예를 들어, 공급원료)은 예를 들어 약 0 ppm, 0.1 ppm, 0.5 ppm, 1 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 15 ppm, 20 ppm, 25 ppm, 30 ppm, 35 ppm, 40 ppm, 45 ppm, 50 ppm, 0.01%, 0.02%, 0.03%, 0.04%, 0.05%, 0.06%, 0.07%, 0.08%, 0.09%, 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5%, 0.75%, 1% 또는 2% 이상의 황 (예를 들어, 중량 기준)을 포함할 수 있다. 본원에 기재된 시스템/프로세스는 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 원소상 황 함량을 갖는 입자를 제조하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 시스템/프로세스는 약 5 ppm 또는 1 ppm 이하의 원소상 황 함량을 갖는 입자를 제조하는데 사용될 수 있다.
반응 생성물은 제조 후에 냉각될 수 있다. 켄칭을 사용하여 반응 생성물을 냉각시킬 수 있다. 예를 들어, 대부분의 수소 기체를 포함하는 켄칭이 사용될 수 있다. 켄칭은 프로세스의 반응기 부분에 주입될 수 있다. 열교환기를 사용하여 프로세스 기체를 냉각시킬 수 있다. 열교환기에서, 프로세스 기체는 다량의 표면적에 노출되어 냉각이 허용될 수 있고, 그 동안, 생성물 스트림은 동시에 프로세스를 통해 수송될 수 있다. 본 개시내용의 프로세스에서 반응기 내의 열교환기는 (예를 들어, 본원에 기재된 프로세스에서 승온으로 인해) 예를 들어 퍼니스 프로세스에서보다 더 효율적일 수 있다. 열교환기 (예를 들어, 열교환기(120))는, 예를 들어 국제 특허 공개 번호 WO 2016/126599("CARBON BLACK GENERATING SYSTEM") 및 WO 2017/034980("HIGH TEMPERATURE HEAT INTEGRATION METHOD OF MAKING CARBON BLACK")에 기재된 바와 같이 구성될 수 있고, 이들 각각은 전문이 본원에 참조로 포함된다. 주어진 구성에 대해, 제거된 에너지는 예를 들어 작동 조건 및/또는 등급에 의존할 수 있다.
탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 고온 기체의 유출물 스트림의/그와의 혼합물로 제조될 수 있으며, 유출물 스트림은 반응기를 나와 열교환기와 접촉한다. 열교환기는 기체 및 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)의 유출물 스트림의 열 에너지를 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자) 기준으로 약 5000 킬로주울/킬로그램(kJ/kg) 초과만큼 감소시킬 수 있다. 기체 및 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)의 유출물 스트림은 (예를 들어, 후속하여) 필터를 통과할 수 있고, 필터는 필터 상에서 실질적으로 모든 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)를 포획하면서 50%를 초과하는 기체를 통과시킬 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)의 적어도 약 98 중량%가 필터 상에 포획될 수 있다.
탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 가연성 기체를 함유하는 고온 기체의 유출물 스트림과의 혼합물로서 제조될 수 있으며, 유출물 스트림은 반응기를 빠져나가 열교환기와 접촉한다. 가연성 기체를 함유하는 고온 기체의 유출물 스트림은 (예를 들어, 후속하여) 필터를 통과할 수 있고, 필터는 필터 상에 실질적으로 모든 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)를 포획할 수 있다. 기체는 (예를 들어, 후속하여) 탈기 장치를 통해 통과할 수 있고, 여기서 가연성 기체의 양은 약 10 부피% 미만으로 감소된다. 가연성 기체는 수소일 수 있거나 수소를 포함할 수 있다.
탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 가연성 기체를 함유하는 고온 기체의 유출물 스트림과의 혼합물로서 제조될 수 있으며, 유출물 스트림은 반응기를 빠져나가 열교환기와 접촉한다. 혼합물은 (예를 들어, 후속하여) 필터를 통과할 수 있고, 필터는 필터 상에 실질적으로 모든 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)를 포획할 수 있다. 잔류 기체를 갖는 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)은 (예를 들어, 후속하여) 탈기 장치를 통해 통과할 수 있고, 여기서 가연성 기체의 양은 약 10 부피% 미만으로 감소된다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙 입자)는 (예를 들어, 후속하여) 결합제를 갖는 물과 혼합된 후에 펠릿으로 형성된 후, 건조기 내에서 대다수의 물이 제거된다.
수소 및/또는 다른 가연성 기체는 탄소 입자 및/또는 탄소 입자 집괴체 (예를 들어, 카본 블랙 집괴체) 생산 스트림 (예를 들어, 플라즈마 토치 반응기 시스템에서 또는 탄소 입자를 제조하는 다른 시스템에서 형성되며 제조된 기체 중에 약 40% 초과의 가연성 기체를 함유하는 탄소 입자의 형성을 초래함)의 세공 또는 간질 공간으로부터 분리 (예를 들어, 탈기(130))될 수 있다. 이러한 프로세스는 테일 가스(tail gas) 대부분으로부터 여과되거나 달리 분리될 수 있는 탄소 (예를 들어, 블랙)을 제조할 수 있으며, 이는 입자 및/또는 집괴체의 세공 및/또는 간질 공간이 가연성 기체로 가득차있는 상태이다 (예를 들어, 하류 분위기 장비에 상당한 안전성 위험을 제시함). 이러한 가연성 기체는 (예를 들어, 공기 또는 공기 혼합물 중에서 탄소 (예를 들어, 블랙)를 가공하는 하류 장비를 보호하기 위해) 탄소 (예를 들어, 블랙) 입자 및/또는 집괴체의 세공 및/또는 간질 공간으로부터 제거될 수 있다.
1-단계 프로세스는 탄화수소 공급원료 (예를 들어, 메탄)의 크랙킹으로부터 생성된 가연성 기체(들) (예를 들어, 수소)를 제거하기 위한 탈기 단계가 완료될 때까지 반응물 및 생성물을 함유할 수 있다. 매우 가연성인 기체인 수소는 탄소 나노입자를 조작하기 위해 제조된 상태의 탄소 입자 (예를 들어, 탄소 나노입자)로부터 분리될 수 있다. 탈기는, 예를 들어, 수소 수준이 예를 들어 20 부피% 미만으로 감소되었다면 완료된 것으로 간주될 수 있다.
제조되는 탄소 입자 및/또는 집괴체 (예를 들어, 카본 블랙)는 그의 세공 및/또는 간질 공간 내에 높은 농도의 가연성 기체를 함유할 수 있고, 이는 예를 들어 불활성 기체로의 대체에 의해 후속적으로 제거될 수 있다 (예를 들어, 이에 의해, 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)가 하류 장비에서의 가공에 안전해지도록 할 수 있다). 불활성 기체는 예를 들어 질소, 희가스, 수증기 또는 이산화탄소일 수 있다. 불활성 기체는 희가스, 질소, 수증기 및/또는 이산화탄소 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)로부터 가연성 기체 (예를 들어, 수소)를 제거하는 것은, 특히, 사이클론, 백 하우스(bag house) 또는 다른 1차 분리 장치에서 대량 분리된 이후 탄소 입자 및/또는 집괴체 (예를 들어, 카본 블랙)의 세공 및/또는 간질 공간 및 구조에 소량이 남아있는 경우 어려울 수 있다. 가연성 기체의 농도는 건조 기준으로 약 30 부피% 초과일 수 있다.
가연성 기체는 예를 들어 압력 또는 온도를 변화시킴으로써, 또는 제조된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)를 불활성 기체의 상향 유동 스트림 내로 방출하는 것에 의해, 입자 및/또는 입자 집괴체 (예를 들어, 블랙 집괴체)의 세공 및/또는 간질 공간으로부터 제거될 수 있다. 제조된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 불활성 기체의 상향 유동 스트림 내로 방출되어, (예를 들어, 입자 및/또는 집괴체의) 세공 및/또는 간질 공간 내에 함유된 가연성 기체 (예를 들어, 수소)가 불활성 기체 내로 확산되도록 할 수 있다. (예를 들어, 플라즈마 토치 시스템 및/또는 탄소 입자 제조를 위한 다른 고강도 시스템에서 제조된) 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙) 집괴체의 세공 및/또는 간질 공간 내에 포획된 가연성 기체(예를 들어, 수소)는 불활성 기체 (예를 들어, 질소)의 향류 유동에 의해 회수될 수 있다. 일부 실시예에서, 향류 구성은 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)가 상향 유동 불활성 기체(들)를 통해 낙하하도록 구성할 수 있다. 주 유닛 필터 (예를 들어, 필터(125))로부터 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)를 방출할 때, 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 불활성 기체의 상향 유동 스트림으로 보내질 수 있다. 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)가 불활성 기체를 통하여 낙하함에 따라, 수소는 입자 및/또는 집괴체의 세공 및/또는 간질 공간으로부터 불활성 기체 내로 확산될 수 있다. 수소 및 다른 가연성 기체의 부력은 이 프로세스를 보조할 수 있다. 일부 실시예에서, 향류 구성은 불활성 기체 (예를 들어, 질소)의 최소 사용, 프로세스로부터의 배출 기체 스트림 내의 가연성 기체의 최고 농도 및 연속적으로 완료되는 프로세스를 가능하게 한다. 절대 압력의 변화를 사용하여 가연성 기체를 불활성 기체로 대체할 수 있다. 가연성 기체(들) (예를 들어, 수소)는 질소 또는 또 다른 불활성 기체를 사용한 압력 스윙(pressure swing)에 의해 제거될 수 있어서, 각각의 압력 변화 (예를 들어, 몇 기압에서 더 낮은 압력 또는 심지어 진공까지)는 가연성 기체(들)의 적어도 일부를 불활성 기체로 치환할 수 있다. 압력 스윙 탈기는 압력 용기가 압력 스윙을 사용하는 데 필요한 압력의 변화를 수용하는 것을 필요로 할 수 있다. 압력 스윙 탈기는 압력 스윙이, 압력 스윙 대신 또는 그를 보충하여 진공을 사용하는 경우 압력 용기를 필요로 할 수 있다. 불연속인 동시에, 이러한 압력 스윙은 짧은 시간 기간에 걸쳐 일어날 수 있고, 따라서 비교적 짧은 시간 기간 내에 생성물을 불활성화시킬 수 있다. 압력을 변화시키거나 상향 유동하는 불활성 기체를 제공하는데 사용되는 불활성 기체는, 예를 들어 질소, 희가스(헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논 등) 또는 그의 임의의 조합일 수 있다. 가연성 기체는 온도 변화 (예를 들어, 온도 스윙)에 의해 제거될 수 있다. 온도 스윙은 (예를 들어, 또한) 세공 및/또는 간질 가연성 기체를 효과적으로 배출시킬 수 있지만, 압력 스윙 또는 향류 방법보다 더 긴 시간을 소요할 수 있다. 가연성 기체(들) (예를 들어, 수소)는 단지 밤새 필터에 생성물을 남겨두어 가연성 기체(들) (예를 들어, 수소)가 시간이 흐르면서 확산되도록 하는 것에 의해 제거될 수 있다. 가연성 기체(들)는 기체를 입자괴 (예를 들어, 카본 블랙)를 통해 또는 유동화된 입자 (예를 들어, 유동화된 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙), 예컨대, 일례로서, 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)의 유동층를 통해 유동시킴으로써 제거될 수 있다. 가연성 기체(들)는 불활성 기체 (예를 들어, 아르곤)으로 희석함으로써 제거될 수 있다. 불활성화는 안전한 수준까지 (예를 들어, 폭발이 발생하지 않는 수준) 가연성 기체를 제거하는 것을 지칭할 수 있다. 불활성화는 불활성 환경을 생성하는 것을 지칭할 수 있다. 일부 실시예에서, 가연성 기체(들)의 제거는 가연성 기체(들)를 (예를 들어, 허용되는 부피 백분율로) 감소시키는 것을 지칭할 수 있다.
반응기의 후단 (예를 들어, 후단(135))은 구성요소의 비제한적인 예(들)로서 펠릿화기, 건조기 및/또는 배거(bagger)를 포함할 수 있다. 더 많은 구성요소 또는 더 적은 구성요소가 추가되거나 제거될 수 있다. 예를 들어, 펠릿화기의 예는 전체적으로 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 공개 번호 2012/0292794("PROCESS FOR THE PREPARATION OF CARBON BLACK PELLETS")에서 찾을 수 있다. 펠릿화기의 경우, 물, 결합제 및 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)를 핀형 펠릿화기에서 함께 첨가하고, 펠릿화기를 통해 가공한 후, 건조시킬 수 있다. 결합제:탄소 입자 (예를 들어, 결합제:카본 블랙) 비는 약 0.1:1 미만일 수 있고, 물:탄소 입자 (예를 들어, 물:카본 블랙) 비는 약 0.1:1 내지 약 3:1의 범위 내일 수 있다. 결합제는, 예를 들어 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같을 수 있다 (예를 들어, 무회분 결합제). 또한, 탄소 입자 (예를 들어, 블랙)는 (예를 들어, 생성물 내의 그릿의 비를 감소시키기 위해) 분급기, 해머 밀 및/또는 다른 크기 감소 장비를 통과할 수 있다. 실시예에서, 에너지 유량은 탄소 입자 (예를 들어, 블랙)에 대해 약 3500 kJ/kg일 수 있고, 이는 약 1.2 kg 물/kg 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)를 필요로 한다 (예를 들어, 120 DBP). 보다 낮은 DBP의 탄소 입자 (예를 들어, 블랙)는 허용되는 품질의 펠릿을 제조하기 위해 더 적은 물을 사용할 수 있고, 따라서 보다 적은 열을 필요로 할 수 있다. 펠릿화 매질 (예를 들어, 물)은 가열될 수 있다 (예를 들어, 이는 탄소 (예를 들어, 블랙)가 보다 높은 온도에서 건조기로 들어가게 함). 대안적으로, 프로세스는 회전 드럼이 생성물을 치밀화하는 건식 펠릿화 프로세스를 사용할 수 있다. 일부 용도에 대해, 비펠릿화 탄소 입자 (예를 들어, 비펠릿화 블랙), 소위 솜털 탄소 입자 (예를 들어, 솜털 블랙) 또는 솜털형 상태로 다시 분쇄된 펠릿화된 탄소 입자 (예를 들어, 펠릿화된 블랙) 또한 허용될 수 있다.
펠릿화기는 오일 펠릿화 프로세스를 사용할 수 있다. 오일 펠릿화 프로세스의 예는 미국 특허 번호 8,323,793("PELLETIZATION OF PYROLYZED RUBBER PRODUCTS")에서 찾을 수 있으며, 이는 전문이 본원에 참조로 포함된다. 오일 펠릿화는 유리하게는 본원의 다른 곳에서 보다 상세하게 기재된 저 회분/저 그릿 탄소 입자 (예를 들어, 약 0.05% 미만의 회분 및/또는 약 5 ppm 미만의 그릿 (예를 들어, 325 메쉬)를 갖는 탄소 입자)를 제조하는데 사용될 수 있다. 오일 펠릿화는 어떠한 회분도 탄소 입자에 첨가하지 않을 수 있다. 결합제 오일 (예를 들어, 고도 방향족 오일, 나프텐계 오일, 및 파라핀계 오일 중 적어도 하나) 및 탄소 입자를 펠릿화기에서 함께 첨가할 수 있다. 결합제 오일을 탄소 입자와 함께 혼합기에 (예를 들어, 최대 약 15 중량%의 결합제 오일 양으로) 첨가하여 펠릿화된 탄소 입자 (예를 들어, 펠릿화된 카본 블랙)를 형성할 수 있다. 대안적으로, 증류수 및 무회분 결합제, 예컨대 당을 사용하여 본원의 다른 곳에서 보다 상세하게 기재된 저 회분/저 그릿 탄소 입자 (예를 들어, 약 0.05% 미만의 회분 및/또는 약 5 ppm 미만의 그릿 (예를 들어, 325 메쉬)을 갖는 탄소 입자)를 제조할 수 있다. 증류수 및 무회분 결합제, 예컨대 당을 사용한 펠릿화는 어떠한 회분도 탄소 입자에 첨가하지 않을 수 있다. 무회분 결합제의 다른 예는 폴리에틸렌 글리콜 및/또는 폴리옥시에틸렌 (예를 들어, 에틸렌 옥시드의 중합체, 예컨대, 예를 들어, 트윈(TWEEN)® 80 및/또는 트윈® 20 물질)을 포함할 수 있지만 이로 제한되지는 않는다.
건조기는 예를 들어 간접적 (예를 들어, 간접 연소 또는 다른 방식의 가열, 예컨대, 일례로서, 연소 대신 시스템의 하나 이상의 유체에 의한 열교환에 의함) 회전 건조기일 수 있다. 건조기는 (예를 들어, 펠릿화된) 탄소 입자를 가열하기 위해 공기, 프로세스 기체 및 퍼지 기체 중 하나 이상을 사용할 수 있다. 일부 실시예에서는, 단지 퍼지 기체만이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 퍼지 기체를 동반하거나 동반하지 않고 공기가 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 퍼지 기체를 동반하거나 동반하지 않고 프로세스 기체가 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 퍼지 기체를 동반하거나 동반하지 않고 공기 및 프로세스 기체가 사용될 수 있다. 건조기는 병류 또는 향류 작동 (예를 들어, 퍼지 기체 이용)을 위해 구성될 수 있다.
건조기는 예를 들어 병류 퍼지 기체를 사용하는 (건조기에 직접 기체 첨가) 간접 연소 회전 건조기일 수 있다. 퍼지 기체는 고온 공기와 병류로 건조기에 제공될 수 있다. 습윤 탄소 입자 (예를 들어, 블랙)는 고온 공기의 전체 산소 함량에 노출되지 않고 건조될 수 있다 (예를 들어, 이와 같은 노출은 발화를 초래할 수 있기 때문임). 퍼지 기체 및 고온 공기를 건조기에 병류로 제공하는 것은 탄소 입자 (예를 들어, 블랙)의 외부의 최대 온도를 제한할 수 있고, 이렇게 하지 않으면, 탄소 입자는 내부는 습윤 상태이면서 너무 고온이 될 수 있다. 건조기의 향류 작동은 일부 경우에 더 많이 에너지 및 용량 효율적일 수 있다. 배럴에 공기를 첨가하는 것은 건조기를 더 열적으로 효율적이 되게 할 수 있고, 또한 더 높은 용량을 초래할 수 있다. 그러나, 건조기 배럴 속도가 너무 높아지면, 이는 펠릿을 건조기 밖으로 스위핑할 수 있고, 따라서 퍼지 필터로의, 그리고, 다시 펠릿화기로의 높은 재순환을 초래할 수 있다 (예를 들어, 그에 따라, 효율 및 용량이 감소함). 이는 또한 탄소 입자 (예를 들어, 블랙)의 표면에 너무 많은 산소를 첨가할 수 있다. 사용한 (예를 들어, 냉각기) 공기를 건조기 배럴에 첨가하는 것은 제한될 수 있다 (예를 들어, 실질적으로 증기 분위기에서 제한된 산화를 제공하기 위함). 건조기에 열을 부여한 후, 공기는 여전히 많은 에너지를 함유할 수 있다. 일부 실시예에서, 공기는 약 350℃ 정도의 온도일 수 있다. 이 기체는 예를 들어 (예를 들어, 에너지 효율 목적을 위해) 보일러로 유도될 수 있다. 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같이, 프로세스 기체 (예를 들어, 탈기 유닛으로부터의 것)를 사용하여 (예를 들어, 공기 및/또는 퍼지 기체와 조합하여) 입자를 건조시킬 수 있다. 예를 들어, 고온 공기 대신에 (예를 들어, 퍼지 기체와 병류로) 또는 고온 공기와 조합하여 프로세스 기체를 사용하여 입자를 건조시킬 수 있다.
탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 약 150℃ 내지 약 400℃의 온도로 건조될 수 있다. 일부 실시예에서, 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 (예를 들어, 중앙이 건조한 것을 보증하기 위해) 적어도 약 250℃로 건조될 수 있다. 건조기 내의 분위기는 제어될 수 있다. 건조기 내의 분위기는, 예를 들어 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)의 표면에서의 산화에 영향을 미치거나 탄소 입자 (예를 들어, 블랙)의 청정 "사멸(dead)" 표면을 유지하도록 제어될 수 있다. "사멸" 표면은 상대 습도(RH) 조건의 범위 (예를 들어, 약 0% 내지 약 80% RH)에 노출될 때 실질적인 양의 수분 흡수가 이루어지지 않는 것을 특징으로 할 수 있다. 본원의 다른 곳에 보다 상세하게 기재된 바와 같이, 본 개시내용의 프로세스로부터의 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 제조된 상태에서 청정 상태일 수 있고 (예를 들어, 표면 관능기는 형성하지 않고, 물질은 "사멸" 표면을 가질 수 있음), 예를 들어 약 0.2 중량% 미만의 산소를 함유할 수 있다 (예를 들어, 최종 생성물에 표면 산소 관능기가 존재하지 않을 수 있음). 산화 (예를 들어, 산소-무함유 상태가 아닌) 분위기는 예를 들어 약 5 부피% 또는 10 부피% 초과의 산소를 포함할 수 있다. 소량의 산화에 대해, 분위기는 예를 들어, 약 1 부피% 내지 약 10 부피%의 산소로 제어될 수 있다. 따라서, 제조된 상태의 입자가 청정 상태가 아닌 것인 프로세스에 비해 (예를 들어, 해당 단계에서 추가로 산화될 수 있지만, 카본 블랙의 표면으로부터 자연 산소를 제거하기 위해 필요한 온도가 700℃ 초과이기 때문에, 건조기에서는 더 이상 청정 상태가 될 수 없는 퍼니스 블랙에 비해), 본 개시내용의 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)는 추가된 성능 및 적용성을 가질 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 본원에 기재된 시스템 및 방법은, 예를 들어 전체적으로 본원에 참조로 포함되는, 공동 양도된 동시-계류 중인 국제 특허 공개 번호 WO 2017/027385 ("METHOD OF MAKING CARBON BLACK")에 기재된 바와 같이 탄소 입자 (예를 들어, 카본 블랙)의 표면 화학 (예를 들어, 표면 조성, WSP, 표면 관능기의 양 또는 밀도 등)을 제어 및/또는 개질 (예를 들어, 탄소 입자, 예컨대, 일례로서, 카본 블랙 입자 상으로 소정 정도 및/또는 밀도의 관능화를 부여)하도록 적응될 수 있다.
본 개시내용은 극도의 고순도 생성물을 제공할 수 있다 (예를 들어, 본원에 기재된 프로세스는 낮은 오염 및/또는 불순물을 갖는, 예컨대, 일례로서, 많은 양의 황, 산소, 전이 금속 및/또는 내화 퍼니스 (예를 들어, 실리카, 알루미나) 불순물을 최종 생성물 내에 갖지 않는 입자의 벌크 또는 표면을 갖는 생성물을 제공할 수 있다). 예를 들어, 탄소강을 포함하는 또는 그로부터 제조된 주어진 부품을 스테인레스 스틸을 포함하는 또는 그로부터 제조된 부품으로 대체하는 것, 세라믹 부품을 고도 마모 세라믹으로 라이닝하는 것, 특정 영역을 탄소질 물질(들) (예를 들어, 경화된 에폭시, 흑연 및/또는 생성물 내 불순물에 기여하지 않는 다른 이러한 비-다공성 물질)로 라이닝하는 것, 경화된 스테인레스 스틸을 탄화텅스텐 및/또는 다른 적절한 물질로 대체하는 것 등 같은 모든 구성 재료의 주의깊은 고려를 통해 훨씬 더 순수한 생성물을 규모를 확대하여 제조할 수 있다 (예를 들어, 구성 물질의 주의깊은 조작과 조합한, 본원에 기재된 바와 같은 천연 가스의 사용을 통해 훨씬 더 순수한 생성물이 규모를 확대하여 달성될 수 있다).
실시예
실시예 1
탄소 입자는, 탄화수소 주입기가 2개의 동심 전극의 중심에 삽입되는, 도 4에 나타낸 것과 유사한 설정을 사용하여 제조된다. 주입기 팁은 전극의 평면 14 인치 위에 있고, 전극은 650kW에서 작동한다. 전극 사이의 환에서의 수소 유량은 90 Nm3/hr(노멀 입방 미터/시간)이고, 전극의 외부 주변의 차폐 유량은 242 Nm3/hr이다. 천연 가스를 88 kg/시간의 속도로 주입하였다. 메탄 전환율을 기준으로 탄소 나노입자의 수율은 95% 초과이다.
본 실시예에서 탄소 입자 (예를 들어, 탄소 나노입자)의 샘플은 24.5 m2/g의 N2SA, 26.5 m2/g의 STSA, 70 ml/100g의 DBP, 6.8 nm의 Lc, 0.347 nm의 d002, 0.13 (총 샘플의 백분율)의 S 함량, 0.09 (총 샘플의 백분율)의 H 함량, 0.16 (총 샘플의 백분율)의 N 함량 및 0.16 (총 샘플의 백분율)의 O 함량을 갖는다. 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)의 샘플은 26.2 m2/g의 N2SA, 25.6 m2/g의 STSA, 65 ml/100g의 DBP, 2.6 nm의 Lc, 0.358 nm의 d002, 1.57 (총 샘플의 백분율)의 S 함량, 0.26 (총 샘플의 백분율)의 H 함량, 0.08 (총 샘플의 백분율)의 N 함량 및 0.52 (총 샘플의 백분율)의 O 함량을 갖는다.
실시예 2
탄소 입자는, 탄화수소 주입기가 2개의 동심 전극의 중심에 삽입되는, 도 4에 나타낸 것과 유사한 설정을 사용하여 제조된다. 주입기 팁은 전극의 평면 14 인치 위에 있고, 전극은 850kW에서 작동한다. 전극 사이의 환에서의 수소 유량은 235 Nm3/hr(노멀 입방 미터/시간)이고, 전극의 외부 주변의 차폐 유량은 192 Nm3/hr이다. 천연 가스를 103 kg/시간의 속도로 주입하였다. 메탄 전환율을 기준으로 탄소 나노입자의 수율은 94% 초과이다.
본 실시예에서 탄소 입자 (예를 들어, 탄소 나노입자)의 샘플은 45.6 m2/g의 N2SA, 48.8 m2/g의 STSA, 135 ml/100g의 DBP, 6.9 nm의 Lc, 0.346 nm의 d002, 0.15 (총 샘플의 백분율)의 S 함량, 0.09 (총 샘플의 백분율)의 H 함량, 0.2 (총 샘플의 백분율)의 N 함량 및 0.11 (총 샘플의 백분율)의 O 함량을 갖는다. 기준 카본 블랙 (예를 들어, 퍼니스 블랙 대응물)의 샘플은 38.8 m2/g의 N2SA, 38.4 m2/g의 STSA, 120 ml/100g의 DBP, 2.5 nm의 Lc, 0.359 nm의 d002, 2.10 (총 샘플의 백분율)의 S 함량, 0.27 (총 샘플의 백분율)의 H 함량, 0.12 (총 샘플의 백분율)의 N 함량 및 0.87 (총 샘플의 백분율)의 O 함량을 갖는다.
본 개시내용의 시스템 및 방법은 각각의 전체가 본원에 참조로 포함되어 있는 다음에 기재된 화학 처리 및 가열 방법, 화학 처리 시스템, 반응기 및 플라즈마 토치와 같은 다른 시스템 및/또는 방법과 조합되거나 그에 의해 수정될 수 있다: 미국 특허 공개 번호 US 2015/0210856 및 국제 특허 공개 번호 WO 2015/116807("SYSTEM FOR HIGH TEMPERATURE CHEMICAL PROCESSING"), 미국 특허 공개 번호 US 2015/0211378("INTEGRATION OF PLASMA AND HYDROGEN PROCESS WITH COMBINED CYCLE POWER PLANT, SIMPLE CYCLE POWER PLANT AND STEAM REFORMERS"), 국제 특허 공개 번호 WO 2015/116797("INTEGRATION OF PLASMA AND HYDROGEN PROCESS WITH COMBINED CYCLE POWER PLANT AND STEAM REFORMERS"), 미국 특허 공개 번호 US 2015/0210857 및 국제 특허 공개 번호 WO 2015/116798("USE OF FEEDSTOCK IN CARBON BLACK PLASMA PROCESS"), 미국 특허 공개 번호 US 2015/0210858 및 국제 특허 공개 번호 WO 2015/116800("PLASMA GAS THROAT ASSEMBLY AND METHOD"), 미국 특허 공개 번호 US 2015/0218383 및 국제 특허 공개 번호 WO 2015/116811("PLASMA REACTOR"), 미국 특허 공개 번호 US2015/0223314 및 국제 특허 공개 번호 WO 2015/116943("PLASMA TORCH DESIGN"), 국제 특허 공개 번호 WO 2016/126598("CARBON BLACK COMBUSTABLE GAS SEPARATION"), 국제 특허 공개 번호 WO 2016/126599("CARBON BLACK GENERATING SYSTEM"), 국제 특허 공개 번호 WO 2016/126600("REGENERATIVE COOLING METHOD AND APPARATUS"), 미국 특허 공개 번호 US 2017/0034898 및 국제 특허 공개 번호 WO 2017/019683("DC PLASMA TORCH ELECTRICAL POWER DESIGN METHOD AND APPARATUS"), 미국 특허 공개 번호 US 2017/0037253 및 국제 특허 공개 번호 WO 2017/027385("METHOD OF MAKING CARBON BLACK"), 미국 특허 공개 번호 US 2017/0058128 및 국제 특허 공개 번호 WO 2017/034980("HIGH TEMPERATURE HEAT INTEGRATION METHOD OF MAKING CARBON BLACK"), 미국 특허 공개 번호 US 2017/0066923 및 국제 특허 공개 번호 WO 2017/044594("CIRCULAR FEW LAYER GRAPHENE"), 미국 특허 공개 번호 US20170073522 및 국제 특허 공개 번호 WO 2017/048621("CARBON BLACK FROM NATURAL GAS"), 미국 특허 번호 1,339,225("PROCESS OF MANUFACTURING GASEOUS FUEL"), 미국 특허 번호 7,462,343("MICRO-DOMAIN GRAPHITIC MATERIALS AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME"), 미국 특허 번호 6,068,827("DECOMPOSITION OF HYDROCARBON TO CARBON BLACK"), 미국 특허 번호 7,452,514("DEVICE AND METHOD FOR CONVERTING CARBON CONTAINING FEEDSTOCK INTO CARBON CONTAINING MATERIALS, HAVING A DEFINED NANOSTRUCTURE"), 미국 특허 번호 2,062,358("CARBON BLACK MANUFACTURE"), 미국 특허 번호 4,199,545("FLUID-WALL REACTOR FOR HIGH TEMPERATURE CHEMICAL REACTION PROCESSES"), 미국 특허 번호 5,206,880("FURNACE HAVING TUBES FOR CRACKING HYDROCARBONS"), 미국 특허 번호 4,864,096("TRANSFER ARC TORCH AND REACTOR VESSEL"), 미국 특허 번호 8,443,741("WASTE TREATMENT PROCESS AND APPARATUS"), 미국 특허 번호 3,344,051("METHOD FOR THE PRODUCTION OF CARBON BLACK IN A HIGH INTENSITY ARC"), 미국 특허 번호 2,951,143("ARC TORCH"), 미국 특허 번호 5,989,512("METHOD AND DEVICE FOR THE PYROLYTIC DECOMPOSITION OF HYDROCARBONS"), 미국 특허 번호 3,981,659("APPARATUS FOR DRYING CARBON BLACK PELLETS"), 미국 특허 번호 3,309,780("PROCESS AND APPARATUS FOR DRYING WET PARTICULATE SOLIDS"), 미국 특허 번호 3,307,923("PROCESS AND APPARATUS FOR MAKING CARBON BLACK"), 미국 특허 번호 8,501,148("COATING COMPOSITION INCORPORATING A LOW STRUCTURE CARBON BLACK AND DEVICES FORMED THEREWITH"), 국제 특허 공개 번호 WO 2013/185219("PROCESSES FOR PRODUCING CARBON BLACK"), 미국 특허 번호 8,486,364("PRODUCTION OF GRAPHENIC CARBON PARTICLES UTILIZING METHANE PRECURSOR MATERIAL"), 중국 특허 공개 번호 CN103160149("CARBON BLACK REACTION FURNACE AND CARBON BLACK PRODUCTION METHOD"), 미국 특허 공개 번호 2012/0292794("PROCESS FOR THE PREPARATION OF CARBON BLACK PELLETS"), 미국 특허 공개 번호 2005/0230240("METHOD AND APPARATUS FOR CARBON ALLOTROPES SYNTHESIS"), 영국 특허 공개 번호 GB1400266("METHOD OF PRODUCING CARBON BLACK BY PYROLYSIS OF HYDROCARBON STOCK MATERIALS IN PLASMA"), 미국 특허 번호 8,771,386("IN-SITU GASIFICATION OF SOOT CONTAINED IN EXOTHERMICALLY GENERATED SYNGAS STREAM"), 및 미국 특허 번호 8,323,793("PELLETIZATION OF PYROLYZED RUBBER PRODUCTS").
따라서, 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위의 범주 내에 속할 수 있는 모든 수정 및 변형을 포함할 것이다. 본원에 개시된 본 발명의 명세서 및 실시의 고려 사항으로부터 본 발명의 다른 실시양태는 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 명세서 및 실시예는 단지 예시적인 것으로 여겨지며, 본 발명의 실질적인 범주 및 취지는 하기 특허청구범위에 의해 제시되는 것으로 의도된다.
Claims (164)
- 탄소 입자를 생성하는 시스템이며,
하나 이상의 물질 스트림 중 적어도 하나의 물질 스트림을 가열하는 열 발생기; 및
하나 이상의 물질 스트림으로부터 탄소 입자를 생성하는 반응기를 포함하고, 여기서 탄소 입자는 (i) 약 0.05% 미만의 회분, 약 5 ppm 미만의 325 메쉬 그릿, 또는 그의 조합의 순도, (ii) 약 3.0 나노미터(nm) 초과의 격자 상수(Lc), 및 (iii) 약 0.35 nm 미만의 흑연의 002 피크의 격자 간격(d002)을 갖는 것인 시스템. - 제1항에 있어서, 탄소 입자가 약 0.3% 미만의 황을 포함하는 것인 시스템.
- 제2항에 있어서, 탄소 입자가 약 50 ppm 이하의 황을 포함하는 것인 시스템.
- 제3항에 있어서, 탄소 입자가 약 10 ppm 이하의 황을 포함하는 것인 시스템.
- 제1항에 있어서, 탄소 입자가 약 0.03% 이하의 회분을 포함하는 것인 시스템.
- 제5항에 있어서, 탄소 입자가 약 0.01% 이하의 회분을 포함하는 것인 시스템.
- 제1항에 있어서, 탄소 반응기가 열 발생기를 포함하는 것인 시스템.
- 제1항에 있어서, 열 발생기가 적어도 하나의 물질 스트림을 전기 에너지로 가열하는 것인 시스템.
- 제1항에 있어서, 탄소 입자가 약 15 m2/g(제곱미터/그램) 내지 약 300 m2/g의 표면적을 갖는 것인 시스템.
- 제1항에 있어서, 탄소 입자가 카본 블랙을 포함하는 것인 시스템.
- 제1항에 있어서, 탄소 입자가 약 1 ppm 이하의 325 메쉬 그릿을 포함하는 것인 시스템.
- 탄소 입자를 제조하는 방법이며,
열 전달 기체를 가열하는 단계; 및
열 전달 기체를 탄화수소 공급원료와 혼합하여 탄소 입자를 생성하는 단계를 포함하고, 여기서 탄소 입자는 (a) 탄소 입자의 압축 디부틸 프탈레이트(CDBP) 흡수보다 약 1.3배 이하로 더 큰 디부틸 프탈레이트(DBP) 흡수, 또는 (b) 약 15 m2/g(제곱미터/그램) 내지 약 300 m2/g의 표면적, 및 약 0.05% 미만의 회분 및/또는 약 5 ppm 미만의 325 메쉬 그릿의 순도를 갖는 것인 방법. - 제12항에 있어서, 열 전달 기체를 탄화수소 공급원료와 혼합하여 탄소 입자 및 수소 기체를 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제12항에 있어서, 열 전달 기체를 가열의 하류에서 탄화수소 공급원료와 혼합하는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제12항에 있어서, 열 전달 기체가 약 60% 초과의 수소를 포함하는 것인 방법.
- 제15항에 있어서, 열 전달 기체가 수소인 방법.
- 제12항에 있어서, 탄화수소 공급원료가 적어도 약 70 중량%의 메탄, 에탄, 프로판 또는 그의 혼합물을 포함하는 것인 방법.
- 제12항에 있어서, 탄소 입자가 카본 블랙을 포함하는 것인 방법.
- 제12항에 있어서, 가열이 전기 에너지를 사용한 가열을 포함하는 것인 방법.
- 제19항에 있어서, 가열이 전기 아크에 의한 가열을 포함하는 것인 방법.
- 제12항에 있어서, 탄소 입자가 약 0.03% 이하의 회분을 포함하는 것인 방법.
- 제21항에 있어서, 탄소 입자가 약 0.01% 이하의 회분을 포함하는 것인 방법.
- 제12항에 있어서, 탄소 입자가 약 1 ppm 이하의 325 메쉬 그릿을 포함하는 것인 방법.
- 제12항에 있어서, (i) 오일 펠릿화, 또는 (ii) 증류수 및 무회분 결합제에 의한 펠릿화를 사용하여 탄소 입자를 펠릿화하는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제24항에 있어서, 무회분 결합제가 당인 방법.
- 제12항에 있어서, 탄소 입자가 약 0.4% 이하의 산소를 포함하는 것인 방법.
- 제12항에 있어서, 탄소 입자가 약 99% 이상의 탄소를 포함하는 것인 방법.
- 제12항에 있어서, 탄소 입자가 약 0.4% 미만의 수소를 포함하는 것인 방법.
- 제12항에 있어서, 탄소 입자의 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도가 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.5 ml(밀리리터) 미만인 방법.
- 제29항에 있어서, 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도가 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.05 ml 미만인 방법.
- 제12항에 있어서, 탄소 입자의 물 확산 압력(WSP)이 약 0 내지 약 8 mJ/m2인 방법.
- 제31항에 있어서, WSP가 약 5 mJ/m2 미만인 방법.
- 제12항에 있어서, 탄소 입자의 총 표면 산 기 함량이 약 0.5 μmol/m2 이하인 방법.
- 탄소 입자의 압축 디부틸 프탈레이트(CDBP) 흡수보다 약 1.3배 이하로 더 큰 디부틸 프탈레이트(DBP) 흡수를 갖는 탄소 입자.
- 제34항에 있어서, 카본 블랙인 탄소 입자.
- 제35항에 있어서, DBP 대 CDBP의 비가 기준 카본 블랙의 DBP 대 CDBP 비의 약 95% 이하인 탄소 입자.
- 제34항에 있어서, 약 15 m2/g(제곱미터/그램) 내지 약 300 m2/g의 표면적을 갖는 탄소 입자.
- 제34항에 있어서, 약 1 nm 초과의 Lc를 갖는 탄소 입자.
- 제38항에 있어서, 약 3 nm 이상의 Lc를 갖는 탄소 입자.
- 제39항에 있어서, 약 4 nm 초과의 Lc를 갖는 탄소 입자.
- 제34항에 있어서, 약 3.0 nm 초과의 Lc, 약 0.35 nm 미만의 d002, 또는 그의 조합을 갖는 탄소 입자.
- 제34항에 있어서, La 또는 Lc에 관하여 약 3 nm 내지 약 20 nm의 결정화도를 갖는 탄소 입자.
- 제34항에 있어서, DBP가 CDBP보다 약 1.1배 이하로 더 큰 것인 탄소 입자.
- 제34항에 있어서, 약 0.3 중량% 미만의 황을 포함하는 탄소 입자.
- 제34항에 있어서, 약 0.4 중량% 이하의 산소를 포함하는 탄소 입자.
- 제34항에 있어서, 약 99 중량% 이상의 탄소를 포함하는 탄소 입자.
- 제34항에 있어서, 약 0.4 중량% 미만의 수소를 포함하는 탄소 입자.
- 제34항에 있어서, 기준 카본 블랙보다 낮은 수소 함량을 갖는 탄소 입자.
- 제34항에 있어서, 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도가 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.5 ml(밀리리터) 미만인 탄소 입자.
- 제49항에 있어서, 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도가 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.05 ml 미만인 탄소 입자.
- 제34항에 있어서, 물 확산 압력(WSP)이 약 0 내지 약 8 mJ/m2인 탄소 입자.
- 제51항에 있어서, WSP가 약 5 mJ/m2 미만인 탄소 입자.
- 제34항에 있어서, 총 표면 산 기 함량이 약 0.5 μmol/m2 이하인 탄소 입자.
- (i) 약 15 m2/g(제곱미터/그램) 내지 약 300 m2/g의 표면적, 및 (ii) 약 0.05% 미만의 회분, 약 5 ppm 미만의 325 메쉬 그릿, 또는 그의 조합의 순도를 갖는 탄소 입자.
- 제54항에 있어서, 카본 블랙 입자를 포함하는 탄소 입자.
- 제54항에 있어서, 약 3.0 nm 초과의 Lc, 약 0.35 nm 미만의 d002, 약 0.3% 미만의 황, 또는 그의 임의의 조합을 갖는 탄소 입자.
- 제56항에 있어서, 약 3.0 nm 초과의 Lc, 약 0.35 nm 미만의 d002, 약 10 ppm 미만의 황, 또는 그의 임의의 조합을 갖는 탄소 입자.
- 제54항에 있어서, 탄소 입자의 토트(tote)가 약 99% 이상인 탄소 입자.
- 제54항에 있어서, (i) 약 19 m2/g 내지 약 50 m2/g의 질소 표면적(N2SA) 및 약 55 ml/100g 내지 약 131 ml/100g의 디부틸 프탈레이트(DBP) 흡수를 갖는 탄소 입자.
- 제54항에 있어서, (i) 약 23 m2/g 내지 약 35 m2/g의 질소 표면적(N2SA) 및 약 59 ml/100g 내지 약 71 ml/100g의 디부틸 프탈레이트(DBP) 흡수, 또는 (ii) 약 19 m2/g 내지 약 39 m2/g의 N2SA 및 약 55 ml/100g 내지 약 75 ml/100g의 DBP를 갖는 탄소 입자.
- 제54항에 있어서, (i) 약 29 m2/g 내지 약 41 m2/g의 질소 표면적(N2SA) 및 약 84 ml/100g 내지 약 96 ml/100g의 디부틸 프탈레이트(DBP) 흡수, 또는 (ii) 약 25 m2/g 내지 약 45 m2/g의 N2SA 및 약 80 ml/100g 내지 약 100 ml/100g의 DBP를 갖는 탄소 입자.
- 제54항에 있어서, (i) 약 34 m2/g 내지 약 46 m2/g의 질소 표면적(N2SA) 및 약 115 ml/100g 내지 약 127 ml/100g의 디부틸 프탈레이트(DBP) 흡수, 또는 (ii) 약 30 m2/g 내지 약 50 m2/g의 N2SA, 및 약 111 ml/100g 내지 약 131 ml/100g의 DBP를 갖는 탄소 입자.
- 제54항에 있어서, 약 0.03% 이하의 회분을 포함하는 탄소 입자.
- 제63항에 있어서, 약 0.01% 이하의 회분을 포함하는 탄소 입자.
- 제54항에 있어서, 약 1 ppm 이하의 325 메쉬 그릿을 포함하는 탄소 입자.
- 제54항에 있어서, 약 0.4% 이하의 산소를 포함하는 탄소 입자.
- 제54항에 있어서, 약 99% 이상의 탄소를 포함하는 탄소 입자.
- 제54항에 있어서, 약 0.4% 미만의 수소를 포함하는 탄소 입자.
- 제54항에 있어서, 기준 카본 블랙보다 낮은 수소 함량을 갖는 탄소 입자.
- 제54항에 있어서, 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도가 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.5 ml(밀리리터) 미만인 탄소 입자.
- 제70항에 있어서, 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도가 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.05 ml 미만인 탄소 입자.
- 제54항에 있어서, 물 확산 압력(WSP)이 약 0 내지 약 8 mJ/m2인 탄소 입자.
- 제72항에 있어서, WSP가 약 5 mJ/m2 미만인 탄소 입자.
- 제54항에 있어서, 총 표면 산 기 함량이 약 0.5 μmol/m2 이하인 탄소 입자.
- (i) 약 15 제곱미터/그램(m2/g) 이상의 질소 표면적(N2SA) 및 (ii) 약 5 ppm 미만의 황을 갖는 탄소 입자.
- 제75항에 있어서, N2SA가 약 23 m2/g 내지 약 35 m2/g이고 디부틸 프탈레이트(DBP) 흡수가 약 59 ml/100g 내지 약 71 ml/100g인 탄소 입자.
- 제75항에 있어서, 중량 기준으로 약 1 ppm 미만의 황을 포함하는 탄소 입자.
- 제75항에 있어서, N2SA가 약 300 m2/g 이하인 탄소 입자.
- 제75항에 있어서, N2SA가 약 20 m2/g 이상인 탄소 입자.
- 제75항에 있어서, 약 0.4% 이하의 산소를 포함하는 탄소 입자.
- 제75항에 있어서, 약 99% 이상의 탄소를 포함하는 탄소 입자.
- 제75항에 있어서, 약 0.4% 미만의 수소를 포함하는 탄소 입자.
- 제75항에 있어서, 기준 카본 블랙보다 낮은 수소 함량을 갖는 탄소 입자.
- 제75항에 있어서, 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도가 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.5 ml(밀리리터) 미만인 탄소 입자.
- 제84항에 있어서, 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도가 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.05 ml 미만인 탄소 입자.
- 제75항에 있어서, 물 확산 압력(WSP)이 약 0 내지 약 8 mJ/m2인 탄소 입자.
- 제86항에 있어서, WSP가 약 5 mJ/m2 미만인 탄소 입자.
- 제75항에 있어서, 총 표면 산 기 함량이 약 0.5 μmol/m2 이하인 탄소 입자.
- 제75항의 탄소 입자를 포함하는 고무.
- 제89항의 고무를 포함하는 타이어.
- 제75항의 탄소 입자를 포함하는 페인트.
- 제75항의 탄소 입자를 포함하는 코팅.
- 제75항의 탄소 입자를 포함하는 엘라스토머 복합체.
- 제75항의 탄소 입자를 포함하는 중합체.
- 제75항의 탄소 입자를 포함하는 잉크.
- 하나 이상의 물질 스트림 중 적어도 하나의 물질 스트림을 전기적으로 가열하는 열 발생기;
하나 이상의 물질 스트림 중 적어도 하나로부터 황 불순물을 제거하는 필터; 및
하나 이상의 물질 스트림으로부터 입자를 생성하는 반응기
를 포함하는, 입자 생성 시스템. - 제96항에 있어서, 입자가 탄소 입자를 포함하는 것인 시스템.
- 제97항에 있어서, 탄소 입자가 카본 블랙을 포함하는 것인 시스템.
- 제96항에 있어서, 입자가 약 0.3% 미만의 황을 포함하는 것인 시스템.
- 제99항에 있어서, 입자가 약 50 백만분율(ppm) 미만의 황을 포함하는 것인 시스템.
- 제100항에 있어서, 입자가 약 10 ppm 미만의 황을 포함하는 것인 시스템.
- 제101항에 있어서, 입자가 약 5 ppm 미만의 황을 포함하는 것인 시스템.
- 제102항에 있어서, 입자가 약 1 ppm 미만의 황을 포함하는 것인 시스템.
- 제96항에 있어서, 하나 이상의 물질 스트림이 공급원료 스트림을 포함하고, 필터가 공급원료 스트림으로부터 황 불순물을 제거하는 것인 시스템.
- 제96항에 있어서, 필터가 공급원료 주입기에 커플링되는 것인 시스템.
- 제105항에 있어서, 필터가 공급원료 주입기의 유입구에 커플링되는 것인 시스템.
- 제96항에 있어서, 입자가 약 15 제곱미터/그램(m2/g) 이상의 질소 표면적(N2SA)을 가지며, 중량 기준으로 약 5 ppm 미만의 황을 포함하는 것인 시스템.
- 제96항에 있어서, 열 발생기가 플라즈마 발생기인 시스템.
- 중합체 생성물이며, 여기서 중합체 생성물은 라디에이터 호스, 자동차 압출물, 중간 전압 전력 케이블을 위한 케이블 플러딩/절연체, 또는 밀봉물이고, 중합체 생성물은 탄소 입자를 포함하며, 탄소 입자는
(a) 약 0.05% 미만의 회분, 약 5 ppm 미만의 325 메쉬 그릿, 또는 그의 조합의 순도; 약 3.0 나노미터(nm) 초과의 격자 상수(Lc); 및 약 0.35 nm 미만의 흑연의 002 피크의 격자 간격(d002);
(b) 탄소 입자의 압축 디부틸 프탈레이트(CDBP) 흡수보다 약 1.3배 이하로 더 큰 디부틸 프탈레이트(DBP) 흡수;
(c) 약 15 m2/g(제곱미터/그램) 내지 약 300 m2/g의 표면적; 및 약 0.05% 미만의 회분, 약 5 ppm 미만의 325 메쉬 그릿, 또는 그의 조합의 순도; 또는
(d) 약 15 제곱미터/그램(m2/g) 이상의 질소 표면적(N2SA) 및 약 5 ppm 미만의 황을 갖는 것인
중합체 생성물. - 제109항에 있어서, DBP가 CDBP보다 약 1.1배 이하로 더 큰 것인 중합체 생성물.
- 제109항에 있어서, 탄소 입자가 중량 기준으로 약 1 ppm 이하의 325 메쉬 그릿을 포함하는 것인 중합체 생성물.
- 제109항에 있어서, 탄소 입자는 약 10 m2/g 내지 약 30 m2/g의 질소 표면적(N2SA) 및 약 70 ml/100g 내지 약 120 ml/100g의 구조를 갖고, 중합체 생성물은 기준 카본 블랙을 포함하는 중합체 생성물에 비해, (i) 증진된 또는 개선된 가공성, (ii) 증진된 또는 개선된 성형성, (iii) 증가된 전기 저항률, (iv) 증진된 또는 개선된 분산, (v) 증진된 또는 개선된 압출, 및/또는 (vi) 증가된 미가공 강도를 갖는 것인 중합체 생성물.
- 제112항에 있어서, N2SA가 약 15 m2/g 내지 약 20 m2/g이고, 구조가 약 80 ml/100g 내지 약 100 ml/100g인 중합체 생성물.
- 제112항에 있어서, 라디에이터 호스인 중합체 생성물.
- 제109항에 있어서, 탄소 입자는 약 17 m2/g 내지 약 51 m2/g의 질소 표면적(N2SA) 및 약 108 ml/100g 내지 약 133 ml/100g의 구조를 갖고, 중합체 생성물은 기준 카본 블랙을 포함하는 중합체 생성물에 비해, (i) 감소된 표면 결점/결함, (ii) 감소된 훈색, (iii) 증진된 또는 개선된 치수 안정성, (iv) 증진된 또는 개선된 분산, (v) 증진된 또는 개선된 압출 특성, (v) 증진된 또는 개선된 압출 평활도 및/또는 (vi) 증가된 미가공 강도를 갖는 것인 중합체 생성물.
- 제115항에 있어서, N2SA가 약 20 m2/g 내지 약 50 m2/g이고, 구조가 약 110 ml/100g 내지 약 130 ml/100g인 중합체 생성물.
- 제115항에 있어서, 자동차 압출물인 중합체 생성물.
- 제109항에 있어서, 탄소 입자는 약 30 m2/g 내지 약 50 m2/g의 질소 표면적(N2SA) 및 약 111 ml/100g 이상의 구조를 갖고, 중합체 생성물은 기준 카본 블랙을 포함하는 중합체 생성물에 비해, (i) 증진된 또는 개선된 가공성, (ii) 증진된 또는 개선된 스트리핑의 용이성, (iii) 증가된 청결도, (iv) 증가된 전도성, (v) 증진된 또는 개선된 분산, 및/또는 (vi) 증진된 또는 개선된 케이블 수명을 갖는 것인 중합체 생성물.
- 제118항에 있어서, N2SA가 약 30 m2/g 내지 약 50 m2/g이고, 구조가 약 150 ml/100g 이상인 중합체 생성물.
- 제118항에 있어서, 중간 전압 전력 케이블을 위한 케이블 플러딩/절연체인 중합체 생성물.
- 제109항에 있어서, 탄소 입자는 약 2 m2/g 내지 약 50 m2/g의 질소 표면적(N2SA) 및 약 33 ml/100g 내지 약 131 ml/100g의 구조를 갖고, 중합체 생성물은 기준 카본 블랙을 포함하는 중합체 생성물에 비해, (i) 증진된 또는 개선된 열 노화 물리적 특성, 및/또는 (ii) 굴곡 사이클에 의해 측정시 증진된 또는 개선된 동적 성능 및 균열 개시에 대한 저항성을 갖는 것인 중합체 생성물.
- 제121항에 있어서, N2SA가 약 20 m2/g 내지 약 40 m2/g이고 구조가 약 45 ml/100g 내지 약 95 ml/100g인 중합체 생성물.
- 제121항에 있어서, 밀봉물인 중합체 생성물.
- 제109항에 있어서, EPDM 고무를 포함하는 중합체 생성물.
- 제109항에 있어서, 탄소 입자가 약 0.4% 이하의 산소를 포함하는 것인 중합체 생성물.
- 제109항에 있어서, 탄소 입자가 약 99% 이상의 탄소를 포함하는 것인 중합체 생성물.
- 제109항에 있어서, 탄소 입자가 약 0.4% 미만의 수소를 포함하는 것인 중합체 생성물.
- 제109항에 있어서, 탄소 입자의 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도가 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.5 ml(밀리리터) 미만인 중합체 생성물.
- 제128항에 있어서, 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도가 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.05 ml 미만인 중합체 생성물.
- 제109항에 있어서, 탄소 입자의 물 확산 압력(WSP)이 약 0 내지 약 8 mJ/m2인 중합체 생성물.
- 제130항에 있어서, WSP가 약 5 mJ/m2 미만인 중합체 생성물.
- 제109항에 있어서, 탄소 입자의 총 표면 산 기 함량이 약 0.5 μmol/m2 이하인 중합체 생성물.
- 중합체 생성물이며, 여기서 중합체 생성물은 성형되고, 중합체 생성물은 탄소 입자를 포함하고, 탄소 입자는
a. 약 0.05% 미만의 회분, 약 5 ppm 미만의 325 메쉬 그릿, 또는 그의 조합의 순도; 약 3.0 나노미터(nm) 초과의 격자 상수(Lc); 및 약 0.35 nm 미만의 흑연의 002 피크의 격자 간격(d002);
b. 탄소 입자의 압축 디부틸 프탈레이트(CDBP) 흡수보다 약 1.3배 이하로 더 큰 디부틸 프탈레이트(DBP) 흡수;
c. 약 15 m2/g(제곱미터/그램) 내지 약 300 m2/g의 표면적; 및 약 0.05% 미만의 회분, 약 5 ppm 미만의 325 메쉬 그릿, 또는 그의 조합의 순도; 또는
d. 약 15 제곱미터/그램(m2/g) 이상의 질소 표면적(N2SA) 및 약 5 ppm 미만의 황을 갖는 것인
중합체 생성물. - 제133항에 있어서, 탄소 입자는 약 2 m2/g 내지 약 50 m2/g의 질소 표면적(N2SA) 및 약 33 ml/100g 내지 약 131 ml/100g의 구조를 갖고, 중합체 생성물은 기준 카본 블랙을 포함하는 중합체 생성물에 비해, (i) 증진된 또는 개선된 금형 유동, (ii) 증가된 금형 수명, (iii) 덜 마모성인 화합물, (iv) 동적 환경에서의 더 긴 수명, (v) 더 낮은 균열 개시, 및/또는 (vi) 더 낮은 파괴를 갖는 것인
중합체 생성물. - 제134항에 있어서, N2SA가 약 22 m2/g 내지 약 45 m2/g이고, 구조가 약 42 ml/100g 내지 약 100 ml/100g인 중합체.
- 제133항에 있어서, 탄소 입자가 약 0.4% 이하의 산소를 포함하는 것인 중합체 생성물.
- 제133항에 있어서, 탄소 입자가 약 99% 이상의 탄소를 포함하는 것인 중합체 생성물.
- 제133항에 있어서, 탄소 입자가 약 0.4% 미만의 수소를 포함하는 것인 중합체 생성물.
- 제133항에 있어서, 탄소 입자의 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도가 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.5 ml(밀리리터) 미만인 중합체 생성물.
- 제139항에 있어서, 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도가 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.05 ml 미만인 중합체 생성물.
- 제133항에 있어서, 탄소 입자의 물 확산 압력(WSP)이 약 0 내지 약 8 mJ/m2인 중합체 생성물.
- 제141항에 있어서, WSP가 약 5 mJ/m2 미만인 중합체 생성물.
- 제133항에 있어서, 탄소 입자의 총 표면 산 기 함량이 약 0.5 μmol/m2 이하인 중합체 생성물.
- 중합체 생성물이며, 여기서 중합체 생성물은 라디에이터 호스, 자동차 압출물, 중간 전압 전력 케이블을 위한 케이블 플러딩/절연체, 또는 밀봉물이고, 중합체 생성물은 3.0 nm 초과의 Lc를 갖는 탄소 입자를 포함하는 것인 중합체 생성물.
- 제144항에 있어서, 탄소 입자가 약 0.3 중량% 미만의 황을 포함하는 것인 중합체 생성물.
- 제145항에 있어서, 탄소 입자가 약 0.1 중량% 미만의 황을 포함하는 것인 중합체 생성물.
- 제146항에 있어서, 탄소 입자가 중량 기준으로 약 50 백만분율(ppm) 미만의 황을 포함하는 것인 중합체 생성물.
- 제147항에 있어서, 탄소 입자가 중량 기준으로 약 10 ppm 이하의 황을 포함하는 것인 중합체 생성물.
- 제148항에 있어서, 탄소 입자가 중량 기준으로 약 1 ppm 미만의 황을 포함하는 것인 중합체 생성물.
- 제144항에 있어서, 탄소 입자가 약 0.03 중량% 이하의 회분을 포함하는 것인 중합체 생성물.
- 제150항에 있어서, 탄소 입자가 약 0.01 중량% 이하의 회분을 포함하는 것인 중합체 생성물.
- 제144항에 있어서, 탄소 입자가 중량 기준으로 약 5 ppm 이하의 325 메쉬 그릿을 포함하는 것인 중합체 생성물.
- 제144항에 있어서, DBP 대 CDBP의 비가 기준 카본 블랙의 DBP 대 CDBP 비의 약 95% 이하인 중합체 생성물.
- 제144항에 있어서, Lc가 약 4 nm 초과인 중합체 생성물.
- 제144항에 있어서, 탄소 입자가 카본 블랙 입자인 중합체 생성물.
- 제144항에 있어서, 탄소 입자가 약 0.35 nm 미만의 d002를 갖는 것인 중합체 생성물.
- 제144항에 있어서, 탄소 입자가 약 0.4 중량% 이하의 산소를 포함하는 것인 중합체 생성물.
- 제144항에 있어서, 탄소 입자가 약 0.4 중량% 미만의 수소를 포함하는 것인 중합체 생성물.
- 제144항에 있어서, 탄소 입자의 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도가 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.5 ml(밀리리터) 미만인 중합체 생성물.
- 제159항에 있어서, 80% 상대 습도 분위기로부터 물을 흡착하는 친화도가 탄소 입자의 표면적의 제곱미터당 물 약 0.05 ml 미만인 중합체 생성물.
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- 제161항에 있어서, WSP가 약 5 mJ/m2 미만인 중합체 생성물.
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- 제154항에 있어서, EPDM 고무를 포함하는 중합체 생성물.
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