本发明涉及炭黑技术领域，涉及一种改善橡胶性能的炭黑制备方法。
背景技术：
炭黑作为橡胶增剂，根据应具备的特性，炭黑产品有多种多样的品种，这些具备特性是用于决定橡胶的各种性能，因此在与橡胶组合物配混时，应该选择出具有适合部件用途特性的炭黑。例如在轮胎胎面橡胶中，为了增加橡胶的耐磨性，通常添加粒径小、比表面积大的硬质炭黑。而随着低发热率、高回弹性的低燃油效率轮胎的开发，通常对橡胶组合物配混粒径大、比表面积小的炭黑来达成低发热且高回弹的橡胶特性。这就形成一种矛盾关系，因此迫切需要开发一种改善橡胶增强性、耐磨性、发热特性、回弹性等橡胶特性的炭黑添加剂。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种改善橡胶性能的炭黑制备方法，使得橡胶的增强性、耐磨性、发热特性、回弹性等得到改善。
本发明的技术方案为：一种能够改善橡胶性能的炭黑制备方法，其制备反应炉从气体流路的上游向下游方向依次设置有燃料燃烧区域、原料导入区域、反应停止区域。
所述燃料燃烧区域导入含氧气体和燃料并使其混合燃烧而产生高温燃烧气体流，制备过程中一边向所述原料导入区域导入前述高温燃烧气体流，一边在其前段导入原料烃，同时在其后段导入原料烃和含氧气体，依次使这些物质反应，从而生成含炭黑气体。
然后向所述述反应停止区域导入前述含炭黑气体，同时进行喷雾冷却液冷却。
进一步，所述原料导入区域后段中的原料烃和含氧气体的导入是通过双流体喷嘴进行的。
通过本方法制得的炭黑材料，表面具有平均长度为2～10nm的微小突起，炭黑颗粒的粒径可达20-30nm，在橡胶制备的应用中，100质量份数的橡胶添加30-50质量份数的炭黑，能够有效改善橡胶的耐磨性，提高橡胶的发热特性和回弹性。
附图说明
图1为本发明实施例中的炭黑反应炉结构示意图；
1含氧气体导入口2燃烧用燃烧器3燃料燃烧区域4原料导入区域5前段原料导入喷嘴6后段原料导入喷嘴7反应区域8冷却装置9反应停止区域10烟道
具体实施方式
如图1所示的反应炉中，依次设置有形成在炉内的从气体流路的上游向下游方向连通的燃料燃烧区域3、原料导入区域4、反应区域7及反应停止区域9。
在图1所示的反应炉中，燃料燃烧区域3具备：从与炉轴方向垂直的方向导入空气等含氧气体的含氧气体导入口1和向炉轴方向供给燃料的燃烧用燃烧器2。另外，原料导入区域4具备：从与炉轴方向垂直的方向供给原料烃的前段原料导入喷嘴5、和同样地从与炉轴方向垂直的方向供给原料烃和含氧气体的后段原料导入喷嘴6，原料导入区域4设置为与燃料燃烧区域3同轴连通。进而，反应区域7设置为与原料导入区域4同轴连通，反应停止区域9具备从与炉轴方向垂直的方向供给冷却液的冷却装置8，其设置为与反应区域7同轴连通。
图1所示的反应炉具有从燃料燃烧区域3向原料导入区域4缩管并且从原料导入区域4向反应部7扩管的鼓状节流形状，但反应炉形状不限于这样的形状，能够采用各种各样的形状。
在本发明的炭黑的制造方法中，向燃料燃烧区域3导入含氧气体和燃料使其混合燃烧而产生高温燃烧气体流。
作为含氧气体，可列举出由氧气、空气或者它们的混合物形成的气体，作为燃料，可列举出氢、一氧化碳、天然气、石油气、fcc残渣油等、重油等石油系液体燃料、杂酚油等煤系液体燃料。
燃料燃烧区域3中的含氧气体的供给量优选为2000-5000nm3/小时，更优选为2500-4500nm3/小时，进一步优选为3000-4000nm3/小时。另外，燃料燃烧区域3中的燃料的供给量优选为50-400kg/小时，更优选100-300kg/小时，进一步优选为150-200kg/小时。
在燃料燃烧区域3中，例如可以一边供给预热到400-500℃的含氧气体一边供给燃料，从而使两者混合燃烧产生高温燃烧气体流。
在本发明的炭黑的制造方法中，向原料导入区域4导入上述高温燃烧气体流，一边在该原料导入区域4的前段导入原料烃一边在原料导入区域4的后段导入原料烃 和含氧气体。
作为向原料导入区域4的前段及后段供给的原料烃，可列举出苯、甲苯、二甲苯、萘、蒽等芳香族烃、杂酚油、羧酸油等煤系烃、乙烯重质油、fcc残渣油等石油系重质油、乙炔系不饱和烃、乙烯系烃、戊烷、己烷等脂肪族饱和烃等。另外，作为向原料导入区域4的后段供给的含氧气体，可列举出与向上述燃料燃烧区域导入的含氧气体相同的气体。
关于在原料导入区域的前段和后段供给的原料烃量，向原料导入区域的后段供给的原料烃量优选为总原料烃量的35％以下，更优选为10-35％，进一步优选为20-35％。
通过使在原料导入区域的后段供给的原料烃量为总原料烃量的35％以下，能够在一边将炭黑的一次颗粒的粒径控制到所期望的范围一边将炭黑与橡胶组合物配混时得到发挥出所期望的增强性的橡胶。
另外，在原料导入区域4的后段供给的含氧气体与在原料导入区域4的后段供给的特定重量的原料烃的流量比(含氧气体流量/原料烃重量)优选为0.5(nm3/小时)/1(kg/小时)-4(nm3/小时)/1(kg/小时)。
在使用图1所示的反应炉时，从前段原料导入喷嘴5供给原料烃，并且从后段原料导入喷嘴6同时供给原料烃和含氧气体。
在本发明的炭黑的制造方法中，作为前段原料喷嘴，可列举出单流体喷嘴，作为后段原料喷嘴，可列举出双流体喷嘴。作为双流体喷嘴，优选具备能够喷雾具有10-100μm左右的粒径的液滴的能力的喷嘴。
这样，在本发明的炭黑的制造方法中，分为两段供给原料烃，并且在后段中与原料烃一起供给含氧气体。在以一段的方式供给原料烃的总量时，向原料导入区域供给的高温燃烧气体流所具有的热会被用于生成球状的炭黑一次颗粒，从而会导致炉内的热量急剧降低，因此不能形成在表面具有微小突起的一次颗粒。另外，在分为两段供给原料烃时，在前段热量也会被用于生成球状的炭黑一次颗粒，因此在后段会导致炉内的热量降低，同样地不能形成在表面具有微小突起的一次颗粒。另一方面，通过一边在原料导入区域的前段导入原料烃一边在后段导入原料烃和含氧气体，可以在前段形成一次颗粒并在后段使原料烃有效地雾化而将原料烃液滴微细化，从而形成基于燃烧的局部高温区域。并且，可以认为通过上述微细化后的液滴而生成炭黑微粒，通过使其熔接在前段生成的炭黑一次颗粒的表面上来形成微小突起，具有此等微小突起的一次颗粒凝聚，从而能够制造由在表面具有微小突起的一次颗粒构成的炭黑。