CN103303929A - 一种高透明度高分散性白炭黑的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种高透明度高分散性白炭黑的制备方法采用硅酸钠和硫酸为原料，先向反应釜中加入硅酸钠水溶液，并加入1-3%的缓蚀剂，升温至70-90℃，按照二氧化硅:硫酸重量比=1:0.5加入硫酸，保温1-5小时，用硫酸调整pH值4-5，在80-90℃下，老化30-60分钟，将老化后的料浆进行水洗，洗至滤饼中钠离子含量至0.2%wt以下，并将滤饼打浆，在温度50-80℃下，加入二氧化硅的0.1-0.3%wt活化剂，活化5-30分钟，在100-400℃利用快速干燥进行干燥，并粉碎至30-40微米制得产品。本发明的制备的白炭黑具有很好的分散性和透明度。

Description

一种高透明度高分散性白炭黑的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高透明高分散性白炭黑的制备方法。 

背景技术

白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化硅、白炭黑是多孔性物质，其组成可用SiO₂·nH₂O表示，其中nH₂O是以表面羟基的形式存在。能溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和酸（氢氟酸除外）。耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性。 

白炭黑作为一种重要的化工原料，大部分用于橡胶的补强剂。其透明度和分散性对产品的应用性能造成很大的影响，然而透明度与分散性是一对不可调和的矛盾，因为一次粒子的大小影响了产品的透明度，当一次粒子变小的时候，白炭黑的透明度相应的提高，但是一次粒子变小生产出的白炭黑比表面积相应的提高，由于表面能的增大进而影响了白炭黑的分散性能。目前白炭黑的生产方法主要有二段加酸，第一段主要是由硅酸钠和硫酸形成二氧化硅的晶种，然后将晶种分散打碎，由于晶种表面分布有大量的羟基，后段加入的硅酸钠和硫酸形成的二氧化硅沉积到晶种上，生产出的二氧化硅，粒子较粗大，造成透明度下降。产品的性能受晶种的含量，体系的pH值，温度等因素的影响， 但由于第一步形成的晶种，表面积较大分散性较差，为了提高白炭黑的分散性，必须利用二段加酸来降低产品的比表面积，进而提高产品的分散性，然而这是以降低产品的透明度为代价。专利CN101332994A公开了“一种补强剂白炭黑的制备方法”该方法包含如下步骤(1)将稀硅酸钠溶液加入到反应釜中；（2）将硫酸加入到稀硅酸钠中反应；（3）将反应后的混合溶液静置，使其老化，生成晶种；（4）将老化后的混合溶液搅拌均匀；（5）将高温水蒸气通入混合溶液中进行加热直到溶液温度加热至70-80℃，再加入稀硅酸钠直至溶液PH为11-11.5；（6）将高温水蒸气通入反应釜内的溶液中进行加热，当溶液温度加热到86-90℃时，停止加热，并将硫酸加入溶液中；（7）当溶液的PH值达到4.0-5.0时有沉淀物析出；（8）将该沉淀物过滤、水洗、干燥制的成品。专利CN102229758A公开了“一种高分散白炭黑的制备方法”其主要的是把硅酸钠和硫酸的合成分两步进行，先合成微细的晶种，然后在进行合成反应；且合成反应是在有机表面活性剂SDS及复合硅烷偶联剂进行沉淀反应，经粒子表面包覆处理、水洗、干燥得到高性能轮胎的高分散性沉淀白炭黑。上述两种方法都是典型的白炭黑的生产方法（即两段加酸法工艺），虽然经过表面处理使分散性得到提高，但由于晶粒粗大造成透明性下降的弱点是这种工艺的弊端。针对两段加酸的缺陷，我们发明了高透明度高分散性白炭黑的制备方法。 

发明内容

本发明的目的在于提供另一种高透明度高分散性白炭黑的制备方法。以实现其在橡胶中保持较高的分散性的同时，具有较高的透明度。 

一种高透明度高分散性白炭黑的制备方法，包括以下步骤： 

（1）  配制硅酸钠溶液和硫酸水溶液；所述的硅酸钠溶液的浓度以二氧化硅计为5-15%wt；所述的硫酸水溶液的浓度为30-50%wt；往硅酸钠溶液中加入缓凝剂羟基羧酸盐，形成溶液A；所述缓凝剂羟基羧酸盐为葡萄糖酸钠、酒石酸钠、柠檬酸钠的一种或多种，其在溶液中的含量为二氧化硅的1-3%wt； 

（2）  在70-90℃下，在溶液A中按照二氧化硅:硫酸重量比=1:0.5加入硫酸水溶液，在温度70-90℃下保持1-5小时；所述硫酸水溶液浓度为30-50%wt；

（3） 继续加入硫酸水溶液调整pH至4-5，在80-90℃下，老化30-60分钟；

（4） 将步骤(3)老化后的产物过滤，水洗滤饼直至滤饼中钠离子含量为0.2%wt以下；将滤饼进行打浆，得到浆料；

（5） 将浆料加热，在温度50-80℃下，加入二氧化硅重量0.1-0.3%的白炭黑活化剂进行活化反应5-30分钟；所述的白炭黑活化剂为脂肪酸酰胺羟基化合物；所述的脂肪酸酰胺羟基化合物选自：脂肪酸酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺其中的一种。 

（6）将步骤(5)活化后的产物在100-400℃下进行快速脱水干燥并粒度分级至30-40微米；所述快速脱水方式采用的是闪蒸干燥或喷雾干燥。 

本发明制成的产品孔容为BET比表面积为250-290m²/g,二氧化硅含量在99.0%以上，平均粒度：30-40微米；透明度的测定方法：将白炭黑加入甘油之中，配制成5%的悬浊液，利用高速分散剂分散十五分钟，然后采用GB/T 13216.2一91标准中的方法进行检测透明度。分散性的测试方法：称取甘油100ml加入5克白炭黑，分散15分钟，采GB/T 21867.2-2008标准中第二部分，利用分散的细度测试分散性并与普通样品比较。本发明的制备方法是采用硅酸钠和硫酸为原料加入缓凝剂，控制二氧化硅表面羟基的分布，在干燥前加入白炭黑活化剂与二氧化硅进行接枝反应使亲水性转换为亲油性，增加了白炭黑与橡胶的相容性，提高了产品的分散性，同时使白炭黑在橡胶透明度更高。 

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。 

实施例1： 

配制二氧化硅的重量百分比为8%的硅酸钠溶液1000g，加入0.8g葡萄糖酸钠，加入浓度50%wt的硫酸溶液80g，在温度70℃，反应3个小时，用硫酸溶液调整pH值为4-5；在80℃下老化30分钟。将老化产物过滤，水洗滤饼直至滤饼中钠离子含量为0.2%wt以下；

利用高速分散机将滤饼进行打浆；在80℃下，加入脂肪酸酰胺0.08g，反应15分钟。将料浆进行在200℃喷雾干燥及粒度分级至平均粒度30微米，得到高透明高分散性白炭黑。其物化性能如下：

分散性采用分散后的粒度与普通白炭黑的比值计，比值越小说明分散性高，设定普通白炭黑的值为1。

实施例2； 

配制二氧化硅含量为15%（重量）的硅酸钠溶液1000g，加入1.5g酒石酸钠，加入浓度30%的硫酸（重量）溶液250g, 在温度80℃，反应3个小时，用硫酸溶液调整pH值为4-5；在80℃下老化50分钟，将老化产物过滤，水洗滤饼直至滤饼中钠离子含量为0.2%wt以下；并利用高速分散机在将滤饼进行打浆，在80℃下加入0.15g脂肪酸酰胺，反应40分钟，在100℃喷雾干燥及粉碎及粒度分级至平均粒度35微米高透明高分散性白炭黑实验数据如下：

分散性采用分散后的粒度与普通白炭黑的比值计，比值越小说明分散性高，设普通白炭黑的值为1。

表3： 

配制二氧化硅含量为12%(重量）的硅酸钠溶液1000g,加入2.4g柠檬酸钠，加入浓度40%的硫酸（重量）溶液150g, 在温度80℃，反应5个小时，用硫酸溶液调整pH值为4-5，在90℃下老化50分钟。将老化产物过滤，水洗滤饼直至滤饼中钠离子含量为0.2%wt以下；将滤饼进行打浆，在80℃下，加入脂肪酸酰胺0.36g，保温反应50分钟。喷雾干燥在400℃及力度分级至平均粒度40微米,得到高透明高分散性白炭黑。其实验数据如下：

分散性采用分散后的粒度与普通白炭黑的比值计，比值越小说明分散性高，设普通白炭黑的值为1。

Claims (1)

1.一种高透明度高分散性白炭黑的制备方法，包括以下步骤：

（1）配制硅酸钠溶液和硫酸水溶液；所述的硅酸钠溶液的浓度以二氧化硅计为5-15%wt；所述的硫酸水溶液的浓度为30-50%wt；往硅酸钠溶液中加入缓凝剂羟基羧酸盐，形成溶液A；所述缓凝剂羟基羧酸盐为葡萄糖酸钠、酒石酸钠、柠檬酸钠的一种或多种，其在溶液中的含量为二氧化硅的1-3%wt； 

（2）在70-90℃下，按照二氧化硅:硫酸重量比=1:0.5在溶液A中加入硫酸水溶液，在温度70-90℃下保持1-5小时；所述硫酸水溶液浓度为30-50%wt；

（3）  继续加入硫酸水溶液调整pH至4-5，在80-90℃下，老化30-60分钟；

（4）  将步骤(3)老化后的产物过滤，水洗滤饼直至滤饼中钠离子含量为0.2%wt以下；将滤饼进行打浆，得到浆料；

（5）  将浆料加热，在温度50-80℃下，加入二氧化硅重量0.1-0.3%的白炭黑活化剂进行活化反应5-30分钟；所述的白炭黑活化剂为脂肪酸酰胺羟基化合物；所述的脂肪酸酰胺羟基化合物选自：脂肪酸酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺其中的一种；

（6）将步骤(5)活化后的产物在100-400℃下进行快速脱水干燥并粒度分级至30-40微米；所述快速脱水方式采用的是闪蒸干燥或喷雾干燥。