CN102229758B

CN102229758B - 一种高分散白炭黑的制备方法

Info

Publication number: CN102229758B
Application number: CN 201110089299
Authority: CN
Inventors: 谭玉泉; 汤道英
Original assignee: FUJIAN ZHENGSHENG INORGANIC MATERIAL Co Ltd
Current assignee: FUJIAN ZHENGSHENG INORGANIC MATERIAL Co Ltd
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2031-04-06
Also published as: CN102229758A

Abstract

本发明公开了一种高分散白炭黑的制备方法，它把液体水玻璃与浓硫酸的合成反应分二步进行，先制成微细晶种，然后再进行合成反应，且合成反应是在有机表面活性剂SDS及复合硅烷偶联剂的作用下进行的沉淀反应，经粒子表面包覆及改性处理、压滤、洗涤、制浆、压力干燥得到专用于高性能轮胎的高分散沉淀白炭黑的新方法及工艺。该方法对传统沉淀法白炭黑生产工艺进行改进，通过优化工艺参数、优选助剂的方式达到提高产品分散度的要求，克服普通沉淀法粒子粗、分布宽、亲水性强、混炼分散差的缺点，制得的产品具有一次粒子细、表面羟基含量低、亲油性增强、与橡胶高分子的结合力与浸润性高的特点，是一种专用于高性能轮胎的理想补强填充材料。

Description

一种高分散白炭黑的制备方法

一、技术领域

本发明涉及一种无机功能粉体材料的制造方法，具体涉及用于高性能轮胎的高分散沉淀法白炭黑的制备方法。

二、背景技术

沉淀法白炭黑是一种应用广泛的无机功能粉体材料，主要用于普通橡胶、硅橡胶、涂料、油墨、农药、造纸等领域。用于轮胎的白炭黑生产方法主要为沉淀法。现有沉淀法白炭黑生产方法普遍以液体水玻璃、浓硫酸为原料，经沉淀反应、压滤、制浆、喷雾干燥而制得，存在的问题是：因产品表面羟基多导致亲水性强，粒子粗且分布范围宽、分散性较差，因而在轮胎中应用很少。随着轮胎子午化、环保节能和对舒适性的要求越来越高，白炭黑在轮胎中的应用也越来越重要；特别是雪地轮胎、防滑轮胎和“绿色轮胎”等高性能轮胎制造中对白炭黑尤其是高分散性白炭黑的应用必不可少。

三、发明内容

本发明目的是提供一种作为高性能轮胎补强填充材料的高分散白炭黑的制备方法。

为实现以上目的，本发明一种高分散白炭黑的制备方法采用一种液体水玻璃与浓硫酸在有机表面活性剂SDS及复合硅烷偶联剂的作用下进行沉淀反应，经粒子表面包覆及改性处理、压滤、洗涤、制浆、压力干燥得到专用于高性能轮胎的高分散沉淀白炭黑；具体步骤如下：

1、精制液体水玻璃：将固体水玻璃与水按(1～1.5)∶3加入溶解釜中，通入蒸汽，在0.4～0.6MPa压力下溶解，且保压3～5小时，沉淀，取上层清液配制成浓度为20％～30％的液体水玻璃，经板框过滤后备用；

2、沉淀白炭黑的合成反应：将水、精制好的液体水玻璃、有机表面活性剂SDS、复合硅烷偶联剂和浓硫酸按重量比100∶(51～65)∶(0.15～2.5)∶(0.3～0.5)∶(3.5～6)备好料，先预加入水、精制好的液体水玻璃、有机表面活性剂SDS和复合硅烷偶联剂于反应釜中，加入比例按重量比100∶(3～5)∶(0.15～2.5)∶(0.3～0.5)，搅拌并升温至50～70℃后，再边搅拌边同时滴加精制好的液体水玻璃和浓硫酸进行合成反应，待反应至PH＝8～10后陈化15～30min；再升温至80～90℃，继续边搅拌边同时滴加配制好的液体水玻璃和浓硫酸，控制反应温度为80～90℃，待反应至PH＝8～10时陈化80～100min，然后加浓硫酸调节PH至4.0～5.0，搅拌30min后放入稀浆槽老化；

3、反应浆料的固、液分离及洗涤：老化后的稀浆料经板框压滤机进行固、液分离，洗涤至硫酸盐含量1.0％以下；

4、滤饼制浆、乳化：滤饼输送至制浆机中，按滤饼重量的0.2％～0.5％加入A-1230乳化分散剂，加水，然后经高速搅拌进行液化，为压力干燥提供乳化均匀的浆料；

5、压力干燥及成品收集：乳化均匀的浆料经压力干燥后呈微珠状产品，用袋式脉冲除尘器收集后包装、入库。

上述步骤2沉淀白炭黑的合成反应所述复合硅烷偶联剂是重量比为NXT∶Si69∶A151＝1∶(0.3～0.7)∶(0.3～0.7)的混合物。

本发明的特点：一是与传统工艺相比，采用二步法合成工艺，先制成微细晶种，然后再进行合成反应，生成的二氧化硅粒子更细、更均匀。二是反应过程中利用表面活性剂SDS对新生成的粒子进行表面包覆，阻止粒子的长大与团聚，控制粒子长大的效果比现有技术中采用在合成反应过程中通过加入正丁醇的方法好，因为两者机理不同，正丁醇与新生成的二氧化硅粒子进行接枝，降低二氧化硅粒子表面羟基间的作用力，从而达到控制粒子团聚的目的，使产品粒子更均匀。三是加入复合硅烷偶联剂对新生成的粒子进行改性处理，减少二氧化硅粒子表面羟基，提高产品的亲油性，从而达到提高产品在橡胶中分散性的目的。此外，还在制浆过程中加入一定量的A-1230强分散乳化剂，以提高浆料的乳化效果及增加粒子分散程度，为压力干燥成微珠状产品提供可靠的原料。采用压力干燥得到的微珠状产品与传统粉状产品相比，生产及使用过程中粉尘少、流动性好，分散性也得到大大改善。

本发明一种高分散白炭黑的制备方法通过对传统沉淀法白炭黑生产工艺进行改进，通过优化工艺参数、优选助剂的方式达到提高产品分散度的要求，克服普通沉淀法粒子粗、分布宽、亲水性强、混炼分散差的缺点。

高分散沉淀法白炭黑与普通沉淀法白炭黑相比，具有一次粒子细，表面羟基含量低，亲油性增强，与橡胶高分子的结合力、浸润性高的特点，是一种专用于高性能轮胎的理想补强填充材料。高分散沉淀法白炭黑在橡胶中分散度高，补强性能好，使得轮胎制品的耐磨性高，滚动阻力低，抗屈挠龟裂性好。有资料证明，添加高分散白炭黑的高性能轮胎可降低滚动阻力30％以上，从而降低油耗4.5％～6.0％，减少尾气排放，具有节能环保的特点，被誉为“绿色轮胎”。

四、具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明一种高分散白炭黑的制备方法做进一步详细说明。

(一)、实施例及其具体操作步骤

实施例一具体操作步骤如下：

1、水玻璃精制

取40m³经蒸气溶解后的液体水玻璃，静置澄清后，取上层清液配成浓度为23％液体水玻璃，备用。

2、二氧化硅的合成

在50m³反应釜中加入25m³工业用水，升温至50℃，加入23％的液体水玻璃1.1～1.2m³，加入表面活性剂SDS30Kg，按重量比NXT：Si69：A151＝2∶1∶1配制的复合硅烷偶联剂80Kg，在搅拌条件下，同时滴加浓硫酸与23％液体水玻璃，浓硫酸滴加每小时约0.2m³，23％液体水玻璃为每小时3m³，反应至PH为8.5±0.2后，陈化30min。再次升温至90℃，在搅拌条件下，同时滴加浓硫酸与23％液体水玻璃，浓硫酸滴加每小时约0.3～0.5m³，23％液体水玻璃为每小时6～7m³，控制反应温度为90±0.5℃，待PH至8.5±0.2，再反应90min，然后加酸调节PH为4.0～5.0，搅拌30min后放入稀浆槽老化。

3、过滤、洗涤

将陈化的反应浆料通过箱式板框压滤机压滤后，用热水洗涤40～50min，直至硫酸盐含量1.0％以下。

4、制浆、乳化

将洗净的滤饼通过螺旋输送机送入制浆机中，加入A-1230乳化分散剂2.5Kg及少许水，高速搅拌乳化。

5、压力干燥

将乳化均匀的浆料经过滤器泵入浆料储槽中，物料经螺杆泵均匀泵入压力干燥机中进行干燥，干燥后产品用袋式脉冲除尘器收集，得白色微珠状产品后包装入库。

实施例二具体操作步骤如下：

1、水玻璃精制

取50m³经蒸气溶解后的液体水玻璃，静置澄清后，取上层清液配成浓度为20％液体水玻璃，备用。

2、二氧化硅的合成

在50m³反应釜中加入22m³工艺水，升温至55℃，加入20％的液体水玻璃1.1～1.2m³，加入表面活性剂SDS40Kg，按重量比NXT：Si69：A151＝2∶1∶1配制的复合硅烷偶联剂90Kg，在搅拌条件下，同时滴加浓硫酸与20％液体水玻璃，浓硫酸滴加每小时约0.2m³，20％液体水玻璃为每小时3m³，反应至PH为8.5±0.2，陈化30min。再次升温至90℃，在搅拌条件下，同时滴加浓硫酸与20％液体水玻璃，浓硫酸滴加每小时0.4m³，20％液体水玻璃为每小时6～7m³，控制反应温度为90±0.5℃，待PH至8.5±0.2，再反应90min，然后加酸调节PH为4.0～5.0，搅拌30min后放入稀浆槽老化。

3、过滤、洗涤

4、制浆、乳化

将洗净的滤饼通过螺旋输送机送入制浆机中，加入A-1230乳化分散剂1-3Kg并加水，高速搅拌乳化。

5、压力干燥

(二)具体实施例结果分析

以上两个实施例制得的白炭黑产品性能指标与普通白炭黑对比分析见表1和表2：

表1各产品综合指标对比

项目	实施例一	实施例二	普通产品
				二氧化硅(干基)％	98.3	98.3	97.6
比表面积，m²/g	171	173	172
				吸油值，ml/g	2.42	2.39	2.52
PH(10％悬浮液)	6.7	6.6	6.7
				硫酸钠，％	0.30	0.33	0.82
平均粒径，μm	11	10	19

表2各产品物理性能指标对比

项目	实施例一	实施例二	普通白炭黑
				硬度，JIS	71	70	70
300％拉力，Mpa	14.24	14.31	11.63
				拉伸强度，MPa	17.48	17.51	14.35
撕力，Kgf/cm2	57.93	58.03	47.97
				延伸率，％	363	372	357
阿克隆磨耗，cm³	0.065	0.061	0.092

注：同等轮胎配方条件下测试，传统白炭黑产品为本公司ZC-185产品。

从上述两个实施例可以看出，本发明在沉淀过程中加入有机表面活性剂可有效控制二次粒子的大小，经复合硅烷偶联剂改性处理后产品应用于轮胎制品中与传统白炭黑产品相比，物理性能大大提高。本发明原料易得，过程易控制，不需增加设备，在原白炭黑生产装置上就可生产，产品可用于高性能轮胎制品中。

Claims

1.一种高分散白炭黑的制备方法，操作步骤包括水玻璃的溶解与精制、在有机表面活性剂作用下液体水玻璃与浓硫酸进行合成反应、压滤、洗涤、制浆和干燥工序，其特征是：所述液体水玻璃与浓硫酸合成反应采用二步法合成工艺，先制成微细晶种，然后再进行合成反应；所述有机表面活性剂是SDS，且该合成反应同时还是在按重量比由NXT∶Si69∶Al51＝1∶(0.3～0.7)∶(0.3～0.7)混合而成的复合硅烷偶联剂的作用下进行的沉淀反应，经粒子表面包覆及改性处理，得到专用于高性能轮胎的高分散沉淀白炭黑；所述干燥工序为压力干燥；具体步骤如下：

(1)、精制液体水玻璃：将固体水玻璃与水按(1～1.5)∶3加入溶解釜中，通入蒸汽，在0.4～0.6MPa压力下溶解，且保压3～5小时，沉淀，取上层清液配制成浓度为20％～30％的液体水玻璃，经板框过滤后备用；

(2)、沉淀白炭黑的合成反应：将水、精制好的液体水玻璃、有机表面活性剂SDS、复合硅烷偶联剂和浓硫酸按重量比100∶(51～65)∶(0.15～2.5)∶(0.3～0.5)∶(3.5～6)备好料，先预加入水、精制好的液体水玻璃、有机表面活性剂和复合硅烷偶联剂于反应釜中，加入比例按重量比100∶(3～5)∶(0.15～2.5)∶(0.3～0.5)，搅拌并升温至50～70℃后，再边搅拌边同时滴加精制好的液体水玻璃和浓硫酸进行合成反应，待反应至pH＝8～10后陈化15～30min；再升温至80～90℃，继续边搅拌边同时滴加配制好的液体水玻璃和浓硫酸，控制反应温度为80～90℃，待反应至pH＝8～10时陈化80～100min，然后加浓硫酸调节pH至4.0～5.0，搅拌30min后放入稀浆槽老化；

(3)、反应浆料的固、液分离及洗涤：老化后的稀浆料经板框压滤机进行固、液分离，洗涤至硫酸盐含量1.0％以下；

(4)、滤饼制浆、乳化：滤饼输送至制浆机中，按滤饼重量的0.2％～0.5％加入A-1230乳化分散剂，加水，然后经高速搅拌进行液化，为压力干燥提供乳化均匀的浆料；

(5)、压力干燥及成品收集：乳化均匀的浆料经压力干燥后呈微珠状产品，用袋式脉冲除尘器收集后包装、入库。