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" perfectionnements à la fabrication de oarbon black'
La présente invention se rapporte à des perfectionnements à la fabrication de carbon blaok. Elle porte, d'une part, sur an nouveau produit industriel, consistant en carbon black sons la forma de granules sphériques d'une densité apparente relativement élevée. Elle porte, d'antre part, sar an procédé de fabrication de ce prodait, destiné à communiquer sa carbon black da commerce ces propriétés ainsi qae d'antres propriétés désirables.
Dans la fabrication de carbon black telle qu'elle est réalisée à présent, le carbon blao, enlevé des surfaces sur lesquelles il s'est déposé, passé au tamis pour en séparer les grumeaux et envoyé à des bacs de dépôt ou d'agitation, possède ans densité apparente comprise entre 100 et 200 grammes par centimètre cube. le carbon black en cet état est
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Soumis à une agitation dans les bacs en étant remué lente- ment par des pales rotatives, consistant en tiges on profils aplatis, s'étendnnt radialement à partir d'an arbre animé d'an mouvement de rotation à une vitesse de 4 à 20 tours par minute.
Cette agitation modérée a pour sésultat d'agglomé- rer lentement les particules très légères de carbon black et de débarrasser la masse de l'air qa'elle a entraîne.
La viscosité de la masse aagmente à mesare qae l'agglomération progresse, et en pratique il a été constaté nécessaire de retirer on enlever le carbon black des bacs d'agitation avant qae sa densité dépasse 400 grammes par centimètre cube, car autrement il existe an danger sérieux d'incendie, du à la chaleur de frottement dégagée par les pales rotatives lorsque la viscosité de la masse augmente.
Après que le oarbon blaok a été enlevé des becs d'agita- tion, il est empaqueté sous pression dans des sacs. Dans cette opération, il est de pratique courante d'utiliser an distributeur ou transporteur à vis, toa.rnant aatoar d'an axe vertical et disposé de manière à sortir peu à pea da sac par le haut à mesure qae le carbon black est amené et tassé dans celai-ci.
Le carbon black ainsi empaqueté est appelé " non comprimé " dans le commerce et sa densité apparente ne dépasse habituellement pas 400 grammes par centimètre cube, h On obtient habituellement an noavel accroissement dans la densité da oarbon blaok en agglomérant le carbon black, empaqaeté dans des sacs, dans des presses hydrauliques oa mécaniques puissantes;
on atteint de cette manière une densi- té apparente maximam de 700 à 800 grammes par centimètre cube. les opérations mentionnées ci-dessus sont nécessaires poar amener le carbon black léger, en poadre impalpable et extrêmement mobile, à an état dans leqael il peat être manipa- lé économiquement et oommodément pendant son empaqaetage pour sa distribution, ainsi qu'être amené à une forme conve- nable poar être utilisé.
Par exemple, les particules légères
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et fragiles de carbon blaok, tel qa'il est d'abord produit, non seulement occupent an volume énorme, mais sont sascepti- bles d'être éparpillées et dispersées par tout souffle d'air, et probablement se repoassent l'une l'autre en raison des conditions électriques statiqaes auxquelles elles sont soumises Le problème, consistant à amener une telle matière première extrêmement mobile à une densité , et à lai donner une natare dans lesquellesil pont être manipalé écomomique- ment, n'a été résolu que de façon imparfaite jasqa'ici,
com- me cela est démontré par la suite des opérations qai sont considérées comme nécessaires conformément aa meilleur mode opératoire pratique indastriellement.
La présente invention est basée sar la découverte qa'en soumettant une masse de particules de carbon black à une pression, s'exerçant dans des directions multiples, entre des surfaces relativement rigides, le carbon black est transformé, à savoir amené à l'état de granules uniformément sphériques, d'une structure relativement tenace, d'une surface relati- vement non-cohérente et non-adhérente, et d'ana densité apparente de Plus de 500 grammes par centimètre cube. Le nouveau prodait obtenu possède par saite des avantages com- merciaux marquée, En premier lisa, il est sensiblement exempt de poussière$ en ce que presqae Ionises particules sont ag- glomérées en grandies d'une densité et de dimensions élevées.
En deuxième lien, la natare non-adhérente de la surface des granules réduit la viscosité apparente de la masse et permet de transporter le carbon plack dans des canalisations par gravité on par des courants d'air, de le transporter dans des voitnres-réservoirs et de l'emmagasiner en vrac. En cotre, (la fait qu'il est beaucoup plas propre à manipuler pour le consommateur$ le noaveaa produit, lorsqu'il est mélangé avec d'antres éléments, se disperse et se répartit plus complète.. ment et parfaitement que le carbon black da commerce présen- tant les formes connues jusqu'ici.
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L es opérations précises, conduisent à l'obtention @ de ce nouveau produit indnstriel, peuvent être modifiées à an certain degré pour autant que chaque noyau on centre est soamis à an choc oa ane pression s'exerçant sensiblement dans tonte direction. Une manière d'atteindre des condi- tions satisfaisantes consiste à maintenir le oarbon black pendant an temps suffisant dans an état se rapprochant de la turbulence parfaite, c'est-à-dire dans an état dans lequel chaque ^particule possède une telle liberté de mouvement, et est associée avec d'antres particules de matière en nombre suffisant pour assurer les chocs on pressions nécessaires dans des directions multiples.
Par exemple, on peat transformer une charge de oarbon blaok da commerce en grains sphériques, analogues à des grailla de sable, en la soamettant à une agitation convenable dans an tambour, de sorte que les pressions nécessaires résultant da chao des pales agitatrices sur les particules, du choc d'une particale oontre l'aatre et dn choc des parti- cales contre les parois da tambour.
Une antre manière d'atteindre les résultats désirée consiste à traiter ane charge de carbon blaok da commerce dans an broyear à boalets. Dans ce cas, les pressions nécassiaire sont des principalement au choc de roulement des partioulesv lorsqn'elles tombent de l'nne sur l'antre, en roulent sur la surface de la masse en mouvement dans le broyear.
Quel que soit l'appareil dans lequel le carbo black est traité, on accélère la transformation de celai-ci en grains sphériques, analogues à des grains de sable, en in- corporant dans la masse une certaine quantité de oarbon black se trouvent déjà dans son état final, c'est-à-dire une charge-mèrea charge d'amorçage à l'état de graine spheriques, analogues à des grains de sable, on peut pro- bablement expliqaer ceci par le fait qu'on obtient ainsi un nombre accrù d'éléments engendrant des pressions, de
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sorte que l'agglomération da carbon blaok,
le façonnage et la compression des grains sphériques denses indivi- daels ont lien plus rapidement qae dans les conditions dans lesquelles l'agglutination da oarbon black est provoquée dans une masse amorphe. L'introduction de cette opération d'amorçage dans le procédé suivant l'invention est avanta- gease principalement parce qu'elle diminue le temps néces- ou saire poar effectuer une agglomération/transformation complète de la charge, mais cette opération n'est pas autrement essentielle.
La natare de l'invention sera mieux comprise par la description détaillée, donnée ci-après, d'ane forme de réalisation d'un appareil qui convient bien à la prodac- tion de carbon black à l'état de grains sphériqaes, analogues à des grains de sable, et par les explications da mode d'utilisation de cet appareil. Sur le dessin ci-joint: la figare 1 est une vue en coupe longitunidnale axiale d'an tel appareil, et la figaro 2 en est est une vue en coupe transversale.
L'appareil comprend an tambour disposé horizontalement qai est constitué par une enveloppe cylindriqae 10, assemblée aa moyen de brides et de boulons à des pla- ques d'extrémité ou cnds 12 et 16. Ces plaques d'extré- mités sont tontes démunies de brides, pour constituer un appui solide poar l'enveloppe,et comportent des moyeax dirigés vers l'extérieur 14 et 18, respectivement dans lesquels sont ménagés des paliers pour des arbres oomman- dés 22 et 26, disposés conoentriqaement, L'arbre in férieur plein 22 est toarillonné dans le moyea 14 de la plaqae d'extrémité de gauche 12 et dans des paliers ménagés dans an montant extérieur 24, disposé à droite du tamboar.
Cet arbre Intérieur plein 22 est mani, à son extrémité extérieure de droite, d'une poulie d'entraînement 28-et à, porte xxxx l'intérieur da tambour une série de pales 30.
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Dans la forme de réalisation représentée, il est prévu 6 pales, disposées à une certaine distance l'une de l'antre sur la longueur de l'arbre et à 60 l'une de l'antre, ces pales sont inclinées de l'une à l'autre d'environ 45 sur
Ces leur axe de rotation. pales 30 ne s'étendent pas jusqu'à la paroi interne du tambour 10, mais s'arrêtent à une certaine distance de celle-ci, de façon à laisser an intervalle on jeu notable.
Par exemple, dans un tambour d'an diamètre d'environ 35, 6 cm, l'intervalle entre les extrémités des pales et la parointerne du tambour peut avantageusement aller jusqu'à 1,9 cm, Il est important de prévoir an intervalle assez grand, car eclui-ci empêche les pales de passer à travers le oarbon blaok adhérent à la paroi interne da tambour. Ce traitement du carbon blaok tenderait à cisailler les particules sphériques en train de se former et à produire des surfaces oisail- lées net, qui s'opposent à la formation de oarbon black à l'état de grains sphériques, analogies à des grains de sable.
La disposition et la forme exactes des pales 30 ne présentent qu'une importance sencondaire, Comme repré- senté, ces pales sont inclinées alternativement dans des sens opposée, mais tonte disposition des pales, qui pro- daira an état d'agitation tarbalente da oarbon black contenu dans le tambour , donnera des résultats satisfai- sants.
A son extrémité de droite, l'arbre 22 passe à travers an petit arbre creux 26, fixé à son extrémité extérieur à une poulie d'entraînement 32. A l'interieur du tambour 10, l'extrémité intérieare de l'abre creux 26 porte an agitatear oa râcloir en forme de cadre,34. Celai-ci est tourillonné à son extrémité de gauche sur l'arbre 22 et est disposé de façon à tourner lentement dans l'intervalle ménagé entre les extrémités des pales 30 et la paroi interne du tambour 10. L'arbre creux 26 et le racloir 34
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sont entraînés à une faible vitesse par la poulie 32, dans le même sens de rotation qae les pales 30.
Il est a remar- qaer qu'il existe encore an intervalle sensible entre le râoloir 34 et la paroi interne da tambour 10. Ce râcloir 34 a pour rôle principal d'enlever des parois du tambour le oarbon black qui s'y accumule soas la forme d'une couche, qai deviendrait aatrement suffisamment épaisse pour s'étendre jusque dans le trajet des pales 30. Par cette disposition, le cisaillement des grains de carbon black par les pales 30 est sensiblement éliminé, et le degré total de oisaillement dans l'appareil est rédait au minimum par suite da moavement lent da racloir 34.
Poar faire fonctionner l'appareil décrit, on remplit le tambour 10, jusqu'à la moite environ de sa capacité, de oarbon black da commerce ou, comme déjà mentionné, d'an mélange de oarbon black da commerce avec une petite qaan- tité de oarbon black à l'état de grains sphériques. La charge peut être introdaite dans le tambour et retirée de oelai-oi par an trotta main, ménagé dans la surface supérieurs da tamboar 10 et fermé par an couvercle 20, On met alors en mouvement les deux arbres 22 et 26 Dans an petit appareil, comportant antamboar d'an diamètre d'environ 35,6em,
il a été constaté qu'une vitesse d'environ 440 tours par minate pour l'arbre 22 et les pales 30 convient pour communiquer ane agitation tarbules te aa carbon-blaok contenu dans le tamboar. En même temps, on peat faite tourner le râcloir 34 à ane vitesse de 16 à 18 tours par minute dans le même sens, Il résulte de ces mouvements que la charge de oarbon black est remaée ou battue dans an état d'agitation tarbalente, dans lequel les particules sont soamises à ane pression dans des directions maltiples par des chocs avec d'autres particules et par des chocs oontre les pales 30 et le râoloir 34, et par des chocs àontre les parois da tamboar, et, dans ces conditions,
il se prodait une agglomération des parti-
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cales et an façonnage de celles-ci en grains sphériques, possédant des surfaces martelées ou façonnées par les chose qui présentent les propriétés importantes d'être d'une densité élevée et de ne pas adhérer l'une à l'antre par contact entre elles, mais de pouvoir glisser librement l'une sar l'antre en venant en contact entre elles. De façon générale, on peat dire que la densité apparente da oarbon black est amenée rapidement à environ 800 grammes par centimètre cube. A cette densité, les granalea ont an diamètre d'environ -.09 à 0,12 cm.
En outre des propriétés consistant en une densité relativement élevée et une surface non-cohérente, les gra- nales de oarbon blacg, produite de la manière Indiquée ci-dessus, sont d'une structure relativement tenace. On @ ne peut les broyer entre les doigts par ane pression normale, bien qu'on puisse facilement les broyer contre ane surface dure ou par an frottement qui les soumet à an effort de cisaillement entre les doigts.
Le procédé suivant l'invention peut être réalisé avec succès à une température modérée. Les propriétés d'agglutination de particules de oarbon black qui ont été cisaillées tendent à disparaître lorsque la température est accrue, mais comme le charbon blaok réagit rapidement avec l'oxygène dans le voisinage de 250 C, il est impor- tant de réaliser le procédé bien en-dessous de cette température, car tout effet d'oxydation sur le carbon black altère et compromet les propriétés de la matière qui sont particulièrement désirées dans les industries de fabrication da oaoatohoac et de l'encre d'imprimerie.
Par conséquent, bien qu'il soit possible de réaliser avec succès le procédé saivant l'invention à une tempéra- tare élevée en prenant des mesnres pour mettre le oarbon blaok à l'abri de l'action de l'oxygène, il est préférable de réaliser le procédé à une température inférieure à
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oelle pour laquelle il existe une tendance à une oxydation rapide. Par exemple, en utilisant l'appareil représenté pour transformer une charge de oarbon blaok du commerce, dont la transformation n'a pas été amoroée par%l'addition de oarbon blaok à l'état de grains sphériques, il a été oonstaté qu'une température d'environ 2000 est satisfaisante.
A cet effet, les parois du tambour peuvent être chauffées de toute manière désirée ou appropriée.
Bien qu'il ait été expliqué dans une certaine mesure une théorie de la formation des granules sphériques denses que l'invention a pour but de produire, il peut y avoir d'au- tres faoteurs importants danse phénomène de la formation de ces granules sphériques, faoteurs qui ne sont pas complètement connus à l'heure actuelle. Il est indubitablement exaot que l'agglomération des partioules est retardée par le matelas d'air qui se trouve entre elles au moment du ohoo, et qu'on éli- mine jusqu'à une certain degré ce facteur/défavorable en commu- niquant une vitesse sensible à ces particules de façon à engen- drer une inertie et une pression;de oontaot suffisse pour chasser l'air interposé à leurs endroits de contact.
Il est en outre probable que la manière dontse comporte les partioules de oarbon blaok est affeotée par des charges d'électricité statique portées par ces partioules. Il est impossible à la demanderesse de spéoifier qu'elle est exacte- ment, au point de vue électrique, l'aotion des particules de oarbon blaok, ni comment la formation de oarbon blaok à l' état de grains sphériques, analogues à des grains de sable, est affeotée par les conditions électriques.
Un autre faoteur qui exige l'attention est la pression à laquelle la charge de oarbon blaok est soumise pendant le procédé destiné à produire son agglomération. Il est désirable de limiter l'épaisseur de la charge de telle sorte que les partioules,se trouvant à la partie inférieure de la masse,ne
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soient pas soumises à un poids trop grand et que les pales du mécanisme agitateur ne rencontrent pas une résistance trop grande en oréant l'agitation turbulente désirée des parti- oules. Dans l'appareil représenté, une épaisseur d'environ 18 à 20 om pour cette charge donne des conditions de pres- sion satisfaisantes.
Les indications données ci-dessus sont toutefois exactes et complètes au point de vue pratique et suffisantes pourßpermettre à tout homme du métier d'obtenir, à partir du oarbon blaok du oomneroe, le nouveau produit in- dustriel suivant l'invention.
Il est bien entendu que l'appareil représenté et déorit ne constitue qu'un exemple de réalisation, qui a été oonstaté convenir pour le procédé suivant l'invention. On peut pro- duire du oarbon blaok à l'état de grains sphériques, analogues à des grains de sable, à partir du oarbon blaok du oomneroe, à l'état de poudre impalpable, en employant un broyeur à boulets, dans lequel la masse de oarbon blaok est maintenue dans un état continuel d'éooulement de surface, aveo le résul- tat que les particules sont déversées ou roulées l'une sui l'autre et sont obligées de s'agglomérer et de prendre-une forme sphérique en raison du oontact de roulement qui leur est ainsi communique.
Les particules de oarbcn blaok sont si petites que le choc de roulement, auquel un point queloon- que de ces particules est soumis, peut être exprimé de façon très appréoiable par une pression en grammes par centimètre oarré; on produit de cette manière la surface désirée,marte- lée, façonnée par les chocs, non-oohérente et polie.
Il a été oonstaté par la demanderesse, en opérant dans un appareil de grandes dimensions, que le degréde turbulenoe oréé présente une importance essentielle, par un degré trop grand de turbulenoe, c'est-à-dire un mouvement trop rapide d'une particule par rapport à ses voisines, spécialement lors- que les partioules sont toutes soumises à une pression, due
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au poids d'autres particules situées par dessus elles, ou à la pression due à l'action de la force centrifuge ou à la gravité ou à d'autres causes méoaniques, tend à créer entre des partioules un effet de oisaillement, qui est presque aussi nuisible à la réalisation satnisfaisante du procédé que l'effet de cisaillement entre les particules se trouvant sur les pales à mouvement rapide ou sur les parois fixes de l'ap- pareil.
Il est par conséquent à noter que la différence de vitesse entre les particules de oarbon blaok, se trouvant dans des zônes adjacentes de l'appareil, ne doit pas être excessive. Il a été oonstaté par la demanderesse que, par une étude attentive de ces facteurs, il est possiole de sup- primer la barre-râoloir correspondant à celle indiquée en 34 sur l'appareil représenté, c'est-à-dire qu'avec un cer- tain intervalle entre les pales mobiles et la paroi fixe de l'appareil et pour une certaine vitesse de rotation,les différences de vitesse des particules de oarbon blaok seront telles qu'elles supprimeront pratiquement l'effet nuisible de oisaillement . Bien que le râoloir puisse être supprimé dans ces conditions, il assure un fonctionnement industriel désirable.
En ce qui concerne les pressions, s'exerçant dans des directions multiples, auxquelles les partioules de oarbon blaok sont soumises, il est probable que ces chocs ou pres- sions ne doivent pas se produire deux fois de suite dans la même direction. Il est également compréhensible que, étant donné que le oarbon blaok contient, comme il est connu,- une traoe infime xxxx d'hydrooarbures solubles dans l'aoétone, ces matières, qui sont d'une nature goudronneuse, peuvent aider à l'agglomération des particules de oarbon blaok.
L'expression " oarbon blaok " est utilisée dans la pré- sente description dans un sens étendu pour oomprendre les pro- duits à base de carbone, qui sont conus dans le commmerce sous
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le nom de oarbon blaok, noir de gaz, noir de fumée , et au- tres produits semblables ou analogues.
REVENDICATIONS.
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1. Du oarbon blaok, caractérise par le fait qu'i 1 se trouve sous la forme de granules sensiblement sphériques,d'une xxxxxxxxx struoture tenaoe et présentant des surfaces non-adhé- rentes.