我国沉淀法白炭黑产业发展趋势

      内容提示：绝热材料用特种沉淀法白炭黑要有较大的比表面积、较高的孔隙率和较低的密度。通用电气公司早在1987 年就申请了这种沉淀法白炭黑应用的相关专利, 并将其用于家用冰箱和冷藏箱的绝热材料中。近年来国内已有多家科研机构进行相关研究,主要研究该种白炭黑的合成技术和应用技术。

      2010 年我国沉淀法白炭黑在建项目的总年生产能力约29 万t, 大多数在2010 -2011 年建成投产。

      1研究进展

      2012-2016年中国白炭黑市场深度评估及发展趋势研究报告

      2009 年我国在沉淀法白炭黑制备和应用领域申请发明专利和实用新型专利共40 多项, 主要集中在以下几个方面: 利用非金属矿制备沉淀法白炭黑技术; 矿渣及副产品制备白炭黑技术; 消光剂、开口剂、高温硅橡胶补强剂等特种沉淀法白炭黑生产技术。

      近年来我国企业在消光剂、开口剂、高温硅橡胶补强剂等特种沉淀法白炭黑工业化生产方面取得较大进展。国产沉淀法白炭黑消光剂在分散性、高透明性、储存稳定性及消光性等技术领域有了长足的进步, 因此在中低端涂料消光剂市场国产沉淀法白炭黑消光剂占较大份额, 其中产品产量较大的生产厂家有通化双龙化工股份有限公司、北京航天赛德科技有限公司、山西天一纳米材料科技有限公司、广州惠谷化学有限公司等, 这些厂家的总年产量约5000 t。薄膜开口剂用高分散沉淀法白炭黑国产化工作也取得较大进展, 通化双龙化工股份有限公司已实现规模化生产, 产品在提高薄膜的爽滑性、透明性及表面光洁性, 增强薄膜, 提高薄膜抗蠕变性能方面与进口产品相当。

      高温硅橡胶用沉淀法白炭黑生产技术也有较快发展, 通化双龙化工股份有限公司、福建省正盛无机材料股份有限公司、福建远翔化工有限公司等不仅申请相关的发明专利, 而且工业化产品已投放市场。产品在补强性能、电绝缘性能、抗黄变性能、透明性能等方面接近进口产品, 现已在江苏宏达新材料股份有限公司、浙江新安化工集团股份有限公司、东爵精细化工( 南京) 有限公司、东莞绝缘材料公司等高温硅橡胶生产厂家得到广泛使用。

      沉淀法白炭黑的生产工艺也取得了一定进展。沉淀法白炭黑连续化生产取得阶段性研究成果, 北京化工大学研制出应用超重力技术连续化生产白炭黑的方法, 并申请了相关专利。沉淀法白炭黑生产节能减排取得的进展主要如下。

      ( 1) 沉淀法白炭黑干燥系统热风炉采用循环流化床燃烧炉代替原链条炉排、往复炉排及沸腾床炉,可提高10%~ 30% 的热效率, 同时低温燃烧可减排氮氧化物。( 2) 对干燥过程余热、冷渣、热风炉烟气余热进行回收利用, 株洲兴隆化工实业有限公司、福建省南平元力活性炭有限公司等已申请了相关的发明专利。( 3) 采用热水洗涤和隔膜压榨式过滤机代替厢式过滤机, 明显降低水资源消耗, 并提高洗涤效率与产品质量, 每吨产品可节水20 t 以上。( 4) 改进沉淀法白炭黑打浆装置, 提高浓浆固含量, 国内固含量目前最高可达25% , 固含量每提高1%可节能4%左右。

      2发展趋势

      根据沉淀法白炭黑下游产业发展趋势, 预测未来5 年我国沉淀法白炭黑需求量年均增长速度约为10%, 其需求增长主要来源于轮胎、硅橡胶、牙膏、涂料、新能源等领域, 未来沉淀法白炭黑的发展方向主要集中在以下几个方面。

      ( 1) 绿色轮胎用高分散沉淀法白炭黑。绿色轮胎也称环保或低污染轮胎, 是指在轮胎配方中用高分散沉淀法白炭黑取代炭黑, 从而降低轮胎的滚动阻力, 减少油耗, 实现减少汽车废气排放的环保效应。自20 世纪90 年代以来, 米其林公司使用罗地亚公司的高分散白炭黑Zeosil 1165MP推出高性能绿色轮胎后, 绿色轮胎以其舒适安全、环保节能的特点逐渐被大众接受。最近几年, 使用高分散白炭黑的绿色轮胎产量保持着10% ~20%的年增长率, 而且越来越多的原配轮胎指标中开始指定添加白炭黑。由于欧洲对乘用车轮胎的湿牵引性和滚动阻力的要求高, 绿色轮胎在欧洲市场发展较快, 而且欧盟已经规定新车原配轮胎必须采用绿色轮胎, 因此欧洲是高分散沉淀法白炭黑使用比例最高的地区。

      ( 2) 高温硅橡胶用高分散沉淀法白炭黑。硅橡胶具有优异的耐高/ 低温性、耐候性、憎水性、电气绝缘性和生理惰性等特点, 在国防军工、电子电器、医疗卫生、工农业领域及人们的日常生活中应用广泛, 近年来保持良好的发展势头。据报道, 到2011 年我国高温硅橡胶需求量可达到25. 5 万t。

      作为硅橡胶制品的补强剂, 高分散沉淀法白炭黑的用量一般为15~ 20 份, 照此计算, 用于高温硅橡胶中的高分散沉淀法白炭黑需求量将达5 万t。

      硅橡胶专用高分散白炭黑的代表产品有日本生产的牌号为LP 的产品, 法国罗纳普朗克公司生产的牌号为132 的产品, PPG 台湾公司生产的牌号为927 和928 的产品等。国内虽有厂家生产同类产品, 但质量和国外产品相比尚有一定差距。

      ( 3) 高档涂料用特种沉淀法白炭黑。高分散沉淀法白炭黑在涂料中可作为消光剂, 原理是其能使涂膜表面变粗糙, 不均匀的表面和微弱的粗糙会造成光的散射, 从而降低光泽, 起到消光作用。随着新技术的发展, 用蜡对白炭黑进行表面处理, 可以改善其分散性, 克服其易产生凝聚沉淀的弊病, 保留其消光效率高的特性, 同时也赋予其涂料手感好、耐划伤等优点。目前, 用蜡处理的高分散沉淀法白炭黑是涂料工业最好的一种消光剂。消光剂专用高分散超细白炭黑代表产品有GRACE 公司生产的牌号为ED30, ED50, C906,C907, C810, W300, W500, W900 的系列产品; 法国罗纳普朗克公司生产的牌号为T34M 的产品; 德国德固赛公司生产的牌号为ok412, o k500,R970, TS100 的系列产品; 日本德山槽达株式会社生产的牌号为K500 的产品等。

      ( 4) 磨料型牙膏用特种沉淀法白炭黑。沉淀法白炭黑是目前牙膏用摩擦剂的主要品种之一。

      沉淀法白炭黑比表面积大、吸附能力强、吸附物质多、颗粒均匀, 有利于提高产品透明度, 且性质稳定, 无毒无害, 因此是一种较好的牙膏原料。沉淀法白炭黑在牙膏中应用时间不长, 但已显示出多种功能, 首先可充当缓蚀剂、增稠剂, 还可作触变剂和摩擦剂, 越来越多的牙膏厂家已选用国产高分散沉淀法白炭黑。这个产品在牙膏中应用有2个要求: 一是纯度要达到医药级, 二是要达到一定的粒径和摩擦性。其代表产品有美国Huber 公司和PPG 公司透明牙膏专用白炭黑产品, 法国罗纳普朗克公司透明牙膏专用白炭黑产品等。

      ( 5) 蓄电池隔板用特种沉淀法白炭黑。据报道, 欧洲阿莫西尔公司生产用于高性能铅酸蓄电池的高品质微孔聚氯乙烯/ 白炭黑隔板, 这种隔板特别适用于胶体电池以及各类动力型、长寿命、高比能量电池的应用场合。我国杨秀宇、叶顺纪等也申请了专利 蓄电池用硅玻复合隔板( 专利申请号96107959. 2) 。我国是蓄电池生产和使用大国, 蓄电池隔板用特种沉淀法白炭黑未来应有较大需求。

      ( 6) 绝热材料用特种沉淀法白炭黑。绝热材料是指热导率低于0. 175 W m- 1 K- 1的材料。

      绝热材料用特种沉淀法白炭黑要有较大的比表面积、较高的孔隙率和较低的密度。通用电气公司早在1987 年就申请了这种沉淀法白炭黑应用的相关专利, 并将其用于家用冰箱和冷藏箱的绝热材料中。近年来国内已有多家科研机构进行相关研究,主要研究该种白炭黑的合成技术和应用技术。

      ( 7) 造纸用沉淀法白炭黑。日本、瑞典等国均选用高分散沉淀法白炭黑作为造纸的优良助剂。

      高分散沉淀法白炭黑是一种多孔性物质, 内部充满小孔, 表面具有的烷醇基能和纸浆纤维表面羟基形成氢键, 干燥时白炭黑与纸浆纤维牢固地结合在一起, 具有提高纸制品强度的作用; 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。由此可见, 高分散沉淀法白炭黑是新闻纸轻量化中必不可少的功能性助剂之一, 是其他填料不可代替的。另外造纸用高分散沉淀法白炭黑无需干燥, 使用时和纸浆一起混合, 再与纸一起干燥即可, 节省了白炭黑干燥所需能量, 同时降低了成本。

      ( 8) 各种非金属矿物制备沉淀法白炭黑。非金属矿物制备沉淀法白炭黑技术是指采用廉价的非金属矿作为硅源, 通过一系列化学合成工艺制备沉淀法白炭黑。其技术关键是将结晶的二氧化硅和硅酸盐转变成非晶态的二氧化硅。原料主要有硅灰石、蛋白石、埃洛石、橄榄石、蛇蚊石、高岭土、硬质高岭土、煤矸石、粉煤灰等。较为成熟的工业制备工艺有用稻壳工业化生产白炭黑( 专利申请号200510021640. 1) 、用氟硅酸钠氨化制高补强白炭黑( 专利申请号01141442. 1) 和用石煤提钒浸出液制备沉淀法白炭黑。