我國沉淀法白炭黑產業發展趨勢

      內容提示：絕熱材料用特種沉淀法白炭黑要有較大的比表面積、較高的孔隙率和較低的密度。通用電氣公司早在1987 年就申請了這種沉淀法白炭黑應用的相關專利, 并將其用于家用冰箱和冷藏箱的絕熱材料中。近年來國內已有多家科研機構進行相關研究,主要研究該種白炭黑的合成技術和應用技術。

      2010 年我國沉淀法白炭黑在建項目的總年生產能力約29 萬t, 大多數在2010 -2011 年建成投產。

      1研究進展

      2012-2016年中國白炭黑市場深度評估及發展趨勢研究報告

      2009 年我國在沉淀法白炭黑制備和應用領域申請發明專利和實用新型專利共40 多項, 主要集中在以下幾個方面: 利用非金屬礦制備沉淀法白炭黑技術; 礦渣及副產品制備白炭黑技術; 消光劑、開口劑、高溫硅橡膠補強劑等特種沉淀法白炭黑生產技術。

      近年來我國企業在消光劑、開口劑、高溫硅橡膠補強劑等特種沉淀法白炭黑工業化生產方面取得較大進展。國產沉淀法白炭黑消光劑在分散性、高透明性、儲存穩定性及消光性等技術領域有了長足的進步, 因此在中低端涂料消光劑市場國產沉淀法白炭黑消光劑占較大份額, 其中產品產量較大的生產廠家有通化雙龍化工股份有限公司、北京航天賽德科技有限公司、山西天一納米材料科技有限公司、廣州惠谷化學有限公司等, 這些廠家的總年產量約5000 t。薄膜開口劑用高分散沉淀法白炭黑國產化工作也取得較大進展, 通化雙龍化工股份有限公司已實現規模化生產, 產品在提高薄膜的爽滑性、透明性及表面光潔性, 增強薄膜, 提高薄膜抗蠕變性能方面與進口產品相當。

      高溫硅橡膠用沉淀法白炭黑生產技術也有較快發展, 通化雙龍化工股份有限公司、福建省正盛無機材料股份有限公司、福建遠翔化工有限公司等不僅申請相關的發明專利, 而且工業化產品已投放市場。產品在補強性能、電絕緣性能、抗黃變性能、透明性能等方面接近進口產品, 現已在江蘇宏達新材料股份有限公司、浙江新安化工集團股份有限公司、東爵精細化工( 南京) 有限公司、東莞絕緣材料公司等高溫硅橡膠生產廠家得到廣泛使用。

      沉淀法白炭黑的生產工藝也取得了一定進展。沉淀法白炭黑連續化生產取得階段性研究成果, 北京化工大學研制出應用超重力技術連續化生產白炭黑的方法, 并申請了相關專利。沉淀法白炭黑生產節能減排取得的進展主要如下。

      ( 1) 沉淀法白炭黑干燥系統熱風爐采用循環流化床燃燒爐代替原鏈條爐排、往復爐排及沸騰床爐,可提高10%~ 30% 的熱效率, 同時低溫燃燒可減排氮氧化物。( 2) 對干燥過程余熱、冷渣、熱風爐煙氣余熱進行回收利用, 株洲興隆化工實業有限公司、福建省南平元力活性炭有限公司等已申請了相關的發明專利。( 3) 采用熱水洗滌和隔膜壓榨式過濾機代替廂式過濾機, 明顯降低水資源消耗, 并提高洗滌效率與產品質量, 每噸產品可節水20 t 以上。( 4) 改進沉淀法白炭黑打漿裝置, 提高濃漿固含量, 國內固含量目前最高可達25% , 固含量每提高1%可節能4%左右。

      2發展趨勢

      根據沉淀法白炭黑下游產業發展趨勢, 預測未來5 年我國沉淀法白炭黑需求量年均增長速度約為10%, 其需求增長主要來源于輪胎、硅橡膠、牙膏、涂料、新能源等領域, 未來沉淀法白炭黑的發展方向主要集中在以下幾個方面。

      ( 1) 綠色輪胎用高分散沉淀法白炭黑。綠色輪胎也稱環保或低污染輪胎, 是指在輪胎配方中用高分散沉淀法白炭黑取代炭黑, 從而降低輪胎的滾動阻力, 減少油耗, 實現減少汽車廢氣排放的環保效應。自20 世紀90 年代以來, 米其林公司使用羅地亞公司的高分散白炭黑Zeosil 1165MP推出高性能綠色輪胎后, 綠色輪胎以其舒適安全、環保節能的特點逐漸被大眾接受。最近幾年, 使用高分散白炭黑的綠色輪胎產量保持著10% ~20%的年增長率, 而且越來越多的原配輪胎指標中開始指定添加白炭黑。由于歐洲對乘用車輪胎的濕牽引性和滾動阻力的要求高, 綠色輪胎在歐洲市場發展較快, 而且歐盟已經規定新車原配輪胎必須采用綠色輪胎, 因此歐洲是高分散沉淀法白炭黑使用比例最高的地區。

      ( 2) 高溫硅橡膠用高分散沉淀法白炭黑。硅橡膠具有優異的耐高/ 低溫性、耐候性、憎水性、電氣絕緣性和生理惰性等特點, 在國防軍工、電子電器、醫療衛生、工農業領域及人們的日常生活中應用廣泛, 近年來保持良好的發展勢頭。據報道, 到2011 年我國高溫硅橡膠需求量可達到25. 5 萬t。

      作為硅橡膠制品的補強劑, 高分散沉淀法白炭黑的用量一般為15~ 20 份, 照此計算, 用于高溫硅橡膠中的高分散沉淀法白炭黑需求量將達5 萬t。

      硅橡膠專用高分散白炭黑的代表產品有日本生產的牌號為LP 的產品, 法國羅納普朗克公司生產的牌號為132 的產品, PPG 臺灣公司生產的牌號為927 和928 的產品等。國內雖有廠家生產同類產品, 但質量和國外產品相比尚有一定差距。

      ( 3) 高檔涂料用特種沉淀法白炭黑。高分散沉淀法白炭黑在涂料中可作為消光劑, 原理是其能使涂膜表面變粗糙, 不均勻的表面和微弱的粗糙會造成光的散射, 從而降低光澤, 起到消光作用。隨著新技術的發展, 用蠟對白炭黑進行表面處理, 可以改善其分散性, 克服其易產生凝聚沉淀的弊病, 保留其消光效率高的特性, 同時也賦予其涂料手感好、耐劃傷等優點。目前, 用蠟處理的高分散沉淀法白炭黑是涂料工業最好的一種消光劑。消光劑專用高分散超細白炭黑代表產品有GRACE 公司生產的牌號為ED30, ED50, C906,C907, C810, W300, W500, W900 的系列產品; 法國羅納普朗克公司生產的牌號為T34M 的產品; 德國德固賽公司生產的牌號為ok412, o k500,R970, TS100 的系列產品; 日本德山槽達株式會社生產的牌號為K500 的產品等。

      ( 4) 磨料型牙膏用特種沉淀法白炭黑。沉淀法白炭黑是目前牙膏用摩擦劑的主要品種之一。

      沉淀法白炭黑比表面積大、吸附能力強、吸附物質多、顆粒均勻, 有利于提高產品透明度, 且性質穩定, 無毒無害, 因此是一種較好的牙膏原料。沉淀法白炭黑在牙膏中應用時間不長, 但已顯示出多種功能, 首先可充當緩蝕劑、增稠劑, 還可作觸變劑和摩擦劑, 越來越多的牙膏廠家已選用國產高分散沉淀法白炭黑。這個產品在牙膏中應用有2個要求: 一是純度要達到醫藥級, 二是要達到一定的粒徑和摩擦性。其代表產品有美國Huber 公司和PPG 公司透明牙膏專用白炭黑產品, 法國羅納普朗克公司透明牙膏專用白炭黑產品等。

      ( 5) 蓄電池隔板用特種沉淀法白炭黑。據報道, 歐洲阿莫西爾公司生產用于高性能鉛酸蓄電池的高品質微孔聚氯乙烯/ 白炭黑隔板, 這種隔板特別適用于膠體電池以及各類動力型、長壽命、高比能量電池的應用場合。我國楊秀宇、葉順紀等也申請了專利 蓄電池用硅玻復合隔板( 專利申請號96107959. 2) 。我國是蓄電池生產和使用大國, 蓄電池隔板用特種沉淀法白炭黑未來應有較大需求。

      ( 6) 絕熱材料用特種沉淀法白炭黑。絕熱材料是指熱導率低于0. 175 W m- 1 K- 1的材料。

      絕熱材料用特種沉淀法白炭黑要有較大的比表面積、較高的孔隙率和較低的密度。通用電氣公司早在1987 年就申請了這種沉淀法白炭黑應用的相關專利, 并將其用于家用冰箱和冷藏箱的絕熱材料中。近年來國內已有多家科研機構進行相關研究,主要研究該種白炭黑的合成技術和應用技術。

      ( 7) 造紙用沉淀法白炭黑。日本、瑞典等國均選用高分散沉淀法白炭黑作為造紙的優良助劑。

      高分散沉淀法白炭黑是一種多孔性物質, 內部充滿小孔, 表面具有的烷醇基能和紙漿纖維表面羥基形成氫鍵, 干燥時白炭黑與紙漿纖維牢固地結合在一起, 具有提高紙制品強度的作用; 并且高分散沉淀法白炭黑的多孔性, 有助于其大量吸附油墨, 起到防止 透印的作用。由此可見, 高分散沉淀法白炭黑是新聞紙輕量化中必不可少的功能性助劑之一, 是其他填料不可代替的。另外造紙用高分散沉淀法白炭黑無需干燥, 使用時和紙漿一起混合, 再與紙一起干燥即可, 節省了白炭黑干燥所需能量, 同時降低了成本。

      ( 8) 各種非金屬礦物制備沉淀法白炭黑。非金屬礦物制備沉淀法白炭黑技術是指采用廉價的非金屬礦作為硅源, 通過一系列化學合成工藝制備沉淀法白炭黑。其技術關鍵是將結晶的二氧化硅和硅酸鹽轉變成非晶態的二氧化硅。原料主要有硅灰石、蛋白石、埃洛石、橄欖石、蛇蚊石、高嶺土、硬質高嶺土、煤矸石、粉煤灰等。較為成熟的工業制備工藝有用稻殼工業化生產白炭黑( 專利申請號200510021640. 1) 、用氟硅酸鈉氨化制高補強白炭黑( 專利申請號01141442. 1) 和用石煤提釩浸出液制備沉淀法白炭黑。