Физико-химические и печатнотехнические свойства каталитической сажи как пигмента черной краски

• Автор: Тхан Ши Шон
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 137 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ПРОЦЕССУ ПОЛУЧЕНИЯ САЖИ КАТАЛИТИЧЕСКИМ КРЕКИНГОМ МЕТАНА

1 Л. Сажа как углеродный продукт. Основные способы

получения сажи

1.2. Катализаторы и основные особенности реакции крекинга

метана

1.3. Кинетика каталитических реакций в идеальном адсорбированном слое

1.3.1. Лимитирующая стадия - поверхностная реакция

1.3.2. Лимитирующая стадия - адсорбция или десорбция

одного из веществ
1.4. Морфология каталитической сажи и кинетика её образования
по реакции крекинга метана на никеле
1.5. Заключение
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАЗОВАНИЯ САЖИ ПО РЕАКЦИИ КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА МЕТАНА
2.1. Методика исследований и выбор катализатора
2.2. Методики определения удельной поверхности саж
2.2.1. Адсорбция СН3СООН из водного раствора
2.2.2. Хроматографический метод
2.3. Анализ возможности диффузионного торможения реакции крекинга метана
2.4. Исследование кинетики разложения метана на
никельхромовом катализаторе К-
2.5. О динамике процесса крекинга метана на никельхромовых катализаторах
2.5.1. Методика анализа сажи на содержание никеля
2.5.2. Результаты экспериментов
3. ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛЬНЫХ КРАСОК
3.1. Определение маслоёмкости каталитической сажи и времени высыхания модельных красок

3.2. Реологические свойства модельных красок
3.3. Оптические свойства модельных красок
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Наибольшая доля - по разным оценкам от 1/3 до 2/3 - суммарного объёма потребления печатных красок приходится на чёрные краски, основным пигментом которых является технический углерод (сажа). Сажа обладает рядом достоинств: высокой дисперсностью, стойкостью к действию различных химических реагентов, практически абсолютной светостойкостью; она поглощает до 97% падающего света, нерастворима в воде, маслах и других растворителях, используемых для изготовления печатных красок.
Для производства полиграфических (и других) красок применяют обычно канальную или печную сажу. Такого рода технический углерод не лишён ряда недостатков. В первую очередь, это высокая маслоёмкость, ограничивающая содержание пигмента в краске и, следовательно, снижающая её интенсивность. Кроме того, технический углерод обладает антисиккатив-ными свойствами, что отрицательно сказывается на скорости высыхания красок. В тонких слоях этот пигмент даёт коричневый оттенок, для устранения которого в краску вводят подцветку.
В настоящее время в большинстве стран мира для производства печатных красок наибольшее применение получила газовая канальная (а также печная) сажа, образующаяся при пиролизе природного газа, в основном состоящего из метана (если же речь идёт об ацетиленовой саже, то следует учитывать, что ацетилен получают также из метана). При производстве такой сажи более 90% сырья сжигается, что приводит к нерациональному использованию ресурсов и загрязнению окружающей среды.
В большом цикле научных работ, выполненных В.А. Наумовым в 1970-90-ых годах (см. ссылки в гл. 1), были детально изучены механизмы и кинетика ряда каталитических реакций (Д-газов (СН4, СО, СО2) с образованием разнообразных углеродных продуктов и была доказана технологическая и экономическая целесообразность получения каталитической сажи, а также высказана гипотеза возможности её использования для приготовления печатных красок. Использование каталитического метода открывает очень широкие возможности получения сажи с разнообразными комплексами свойств, поскольку возможно широкое варьирование условий процесса и катализаторов. В частности, можно было a priori предполагать, что присутст-

новых частиц катализатора вследствие дезинтегрирующего действия углеоб-разования.
Образование зародышей нитевидного углерода требует пересыщения С в № с последующей реконструкцией и ограничением поверхности N1 и осаждением слоев графита [233, 252, 267]. При образовании нити имеет место деформация №-частицы, часто принимающей грушевидную форму. Для уяснения движущей силы, искажающей М-частицу, имеет значение наблюдение, что появление грушевидной, конической или каплевидной №-частицы сопровождает образование полых нитей [252, 254, 259, 268, 269].
При низких температурах скорость зародышеобразования мала по сравнению со скоростью диффузии. Нуклеация протекает равномерно по всей поверхности МУС (или подложки), и при выделении слоев углерода частица катализатора “аккуратно” поднимается от подложки (рис. 1.4а). при этом образуются наполненные нитки, без полого канала. Возможна небольшая деформация до конической формы, так как после завершения нуклеации существует различие в скоростях выделения углерода на поверхности раздела М/С: области вблизи границы газ/М имеют более высокие скорости выделения углерода, поскольку до них самый короткий путь диффузии. Если частица поднимается быстрее от положки вблизи границы газ/М, возможно искажение с образованием конической частицы (рис. 1.46).

подложка
подложка

Рис. 1.4. Схематичное представление деформации металлической частицы при низкотемпературном образовании наполненной углеродной нити (по [228]).