炭黑在介質中的良好分散是制品達到最佳使用性能的基礎。在非橡膠應用領域,特別是塑料和油墨等制品中,由于聚合物性質和混配設備的制約,常采用干法造粒炭黑。但是,這種造粒方式的粒子硬度較差,在貯運過程中粒子極易破碎,細粉量相對較多而且是變化的,導致喂料機很難均勻送料,致使混配過程不穩定。另外,從炭黑生產的角度看,在普通的干法炭黑造粒機中,炭黑的造粒速率很慢,過程效率亦太低。毫無疑問,對非橡膠用炭黑而言,提高現有干法過程的效率或尋求其他方式增加炭黑密度,仍是當前技術開發的熱點。
Hartley 等人在研究炭黑的內聚性(Cohesiveness)時發現,加壓成型的炭黑塊,隨著密度的微小增加,其抗張強度迅速增大。Rwei等人則進一步發現,炭黑塊的抗張強度與其密度的4次方成正比。他們在測定粒子在剪切流中的破碎與磨損性時也證實,炭黑的分散性與粒子密度呈類似的函數關系。顯然,造粒炭黑的粒子強度和分散性,受其密度的影響十分強烈。
炭黑造粒機技術有待開發
在干法造粒過程中,粉狀炭黑沿轉鼓的筒壁滾動,聚集體靠范德華力與靜電力附聚在一起。造粒轉鼓的圓周速度只有1—2m/s。因而,這種造粒過程進行得相當柔和與緩慢。若轉鼓的圓周速度太高,在離心力的作用下,粒子則不沿筒壁發生滾動,而且作用于粒子球上的作用力太大,反而會使粒子破碎。
在濕法造粒時,粉狀炭黑必須被水潤濕到一定程度,以取代聚集體表面上吸附的氣體。潤濕后的粉末,通過液橋和毛細力附著在一起。在機械力作用下,粒子附聚與長大。濕法造粒的優點在于,以水作為介質,不僅造粒速度快,過程效率高,而造粒品的強度亦較高。
造粒質量,一般以影響炭黑貯運性能有關的參數來衡量。最常用的指標是,細粉量、粒子磨損量、堆積強度、單個粒子強度、平均顆粒尺寸以及顆粒尺寸分布等。