CN1070890A

CN1070890A - 生产疏水白炭黑的方法

Info

Publication number: CN1070890A
Application number: CN 92110674
Authority: CN
Inventors: 刘敏; 李安; 范正平; 刘向上
Original assignee: China Rubber Group Carbon Black Research and Design Institute
Current assignee: China Rubber Group Carbon Black Research and Design Institute
Priority date: 1992-09-07
Filing date: 1992-09-07
Publication date: 1993-04-14
Anticipated expiration: 2007-09-07
Also published as: CN1030565C

Abstract

生产疏水白炭黑的方法，以普通过磷酸钙生产中副产的二氧化硅废渣为基本原料，用水溶性碱中和，除去杂质，高温疏水活化，粉碎即得疏水白炭黑产品。或者，用水溶性碱中和，除去杂质后加入疏水剂，经干燥和粗粉碎，再高温疏水活化，细粉碎即得产品。也可在加入疏水剂的同时加入普通白炭黑，能得到性能更好的产品。本方法的生产原料来源广泛，生产工艺简单，疏水白炭黑产品性能好，成本低于以普通白炭黑为原料生产的产品。

Description

本发明属于生产疏水白炭黑的方法，具体一些说，本发明属于用普通过磷酸钙生产中付产的二氧化硅废渣为基本原料生产疏水白炭黑的方法。

通常所说的白炭黑，是指沉淀法制得的水合二氧化硅（叫沉淀白炭黑）或气相法制得的热裂二氧化硅（叫气相白炭黑），统称为普通白炭黑，它们都属于无定型二氧化硅。现有的疏水白炭黑是用这两类普通白炭黑为基本原料生产的。其生产方法有多种，主要方法有两种。一种是用干燥的普通白炭黑与有机疏水处理剂或无机疏水处理剂的蒸汽接触并反应的蒸汽法（US4054689）。另一种是在FR 2613708号专利中介绍的向普通白炭黑中加入有机疏水剂并在热压釜中进行高温高压反应的方法。这些方法生产的疏水白炭黑产品成本高，生产工艺复杂。

本发明的一个目的是提供一种以普通过磷酸钙生产中付产的二氧化硅废渣为基本原料生产疏水白炭黑的方法。

本发明的另一目的是提供一种以普通过磷酸钙生产中付产的二氧化硅废渣为基本原料，并加入疏水剂作疏水处理，或者，在加入疏水剂作疏水处理的同时加入普通白炭黑，生产疏水白炭黑的方法。

本发明的再一目的是提供以普通过磷酸钙生产中付产的二氧化硅废渣为基本原料生产的疏水白炭黑系列产品。

本发明还有一个目的是提供一种回收利用普通过磷酸钙生产中付产的二氧化硅废渣的方法。

普通过磷酸钙生产中付产的二氧化硅废渣的孔隙内部及外表面吸附的氟硅酸或/和氟化氢，在高温下分解、挥发使二氧化硅表面亲水基团疏水化，赋予二氧化硅一定的疏水性能。这些吸附的氟硅酸或/和氟化氢起到无机疏水剂的作用。本发明的独特之处正是有效利用这一点。迄今尚未见用此种二氧化硅废渣为原料生产疏水白炭黑的方法。

本发明的一种生产疏水白炭黑的方法，是以普通过磷酸钙生产中付产的二氧化硅废渣为基本原料，用水溶性碱将普通过磷酸钙的付产二氧化硅废渣中和至pH值为3～14，较好的是中和至pH值为5～12，中和反应10分钟至2小时，较好的是中和反应25分钟至1小时;除去中和反应料液内的硬质硅胶和杂质，过滤至含水重量小于85%，较好的是含水重量小于75%;把过滤得的二氧化硅在温度80℃～500℃下疏水活化0.5～5小时，较好的是在温度为150℃～450℃下疏水活化1～4小时;将高温疏水活化的二氧化硅粉碎至74μm以下，较好的是粉碎至45μm以下，就得到本发明方法生产的一种疏水白炭黑产品。这样制得的疏水白炭黑，具有暂时的疏水性，可用于对疏水性要求不高的领域，例如，作为粉体的润滑剂、防结块剂等。

本发明的第二种生产疏水白炭黑的方法，是以普通过磷酸钙生产中付产的二氧化硅废渣为基本原料，用水溶性碱将普通过磷酸钙的付产二氧化硅废渣中和至pH值为3～14，较好的是中和至pH值为5～12，中和反应10分钟至2小时，较好的是中和反应25分钟至1小时;除去此中和反应料液内的硬质硅胶和杂质，过滤至含水重量小于85%，较好是含水重量小于75%;向过滤得的二氧化硅中加入占疏水白炭黑产品重量1～20%疏水剂，较好的是加入占疏水白炭黑产品重量3～15%的疏水剂，加入的疏水剂可用溶剂稀释也可不稀释，混合均匀，并在温度100℃～300℃下干燥至含水重量小于30%;将干燥过的二氧化硅粗粉碎，再在80℃～500℃的温度下疏水活化0.5～5小时，较好的是在150～450℃下疏水活化1～4小时;把高温疏水活化得的半成品二氧化硅粉碎至74μm以下，较好的是粉碎至45μm以下，从而得到本发明方法生产的疏水白炭黑一系列产品。这样制成的疏水白炭黑的疏水性等性能优于本发明的第一种方法制得的疏水白炭黑产品，既可用于各种粉状物的润滑剂和防结块剂，又可用于生产疏水性涂料，还可作各种水溶液和有机溶剂的消泡剂等。

本发明的第二种生产疏水白炭黑方法中，在向过滤得的二氧化硅中加入疏水剂的同时加入普通白炭黑，即在加疏水剂的同时加入沉淀白炭黑或气相白炭黑。更详细地说，在本发明的这种加入疏水剂生产疏水白炭黑的方法中，仍以普通过磷酸钙生产中付产的二氧化硅废渣为基本原料，用水溶性碱将普通过磷酸钙的付产二氧化硅废渣中和至pH值为3～14。较好的是中和至pH值为5～12，中和反应10分钟至2小时，较好的是中和反应25分钟至1小时;除去中和反应料液内的硬质硅胶和杂质，过滤至含水重量小于85%，较好的是含水重量小于75%;向过滤得的二氧化硅中加入占疏水白炭黑产品重量1～20%的疏水剂，较好的是加入占疏水白炭黑产品重量3～15%的疏水剂，加入的疏水剂可用溶剂稀释也可不稀释，加入疏水剂的同时加入普通白炭黑，加入的普通白炭黑占疏水白炭黑产品重量的5～70%，较好的是加入的普通白炭黑占疏水白炭黑产品重量的10～50%，混合均匀，并在温度100℃～300℃下干燥至含水重量小于30%;将干燥过的二氧化硅粗粉碎，再在80℃～500℃的温度下疏水活化0.5～5小时，较好的是在150℃～450℃下疏水活化1～4小时;把高温疏水活化得的半成品二氧化硅粉碎至74μm以下，较好的是粉碎至45μm以下，就得到本发明方法生产的疏水白炭黑另一系列产品。这样制得的疏水白炭黑的疏水性等性能比前述的疏水白炭黑产品的性能都更好。其用途，除前已列举的外，还能作特种合成橡胶的填料和补强剂、高分子聚合助剂、油墨增粘剂等等。

本发明的所有方法中用于中和普通过磷酸钙的付产二氧化硅废渣的水溶性碱，是NH₄OH、NaOH、KOH等中任何一种，最理想的是用NH₄OH中和。

本发明的生产方法中所使用的疏水剂是任何疏水有机物以及它们的组合物。较为理想的是脂芳类、硅油类、硅树脂类、硅烷偶联剂类有机疏水剂以及它们的组合物。最为理想的是硅油类、硅树脂类、硅烷偶剂类有机疏水剂以及它们的组合物。

更确切地讲，本发明生产疏水白炭黑所使用的硅油类有机疏水剂可以是具有下列结构通式的硅油：

此结构式中的R可以是相同或不相同的有机基团或H、OH基。根据R的不同可有多种硅油类疏水剂。如：甲基硅油、乙基硅油、甲苯基硅油、甲基含氢硅油、乙基含氢硅油、含羟基硅油、含烷氧基硅油、含酰氧基硅油、二元醇共聚硅油、高级醇改性硅油、脂肪酸改性硅油、甲基烷基硅油、氯甲基硅油、氯苯基硅油、羧烷基硅油、氨烷基硅油、氟烷基硅油、硅氮烷硅油、硅甲撑硅油、硅苯撑硅油、硅苯酰撑硅油等等。

本发明生产疏水白炭黑所使用的硅树脂类有机疏水剂可以是甲基硅树脂、苯基硅树脂、甲基苯基硅树脂以及使用有机树脂改性的各种改性硅树脂。

本发明生产疏水白炭黑所使用的硅烷偶联剂类有机疏水剂可以是具有下列结构通式的硅烷偶联剂：

此结构式中的Y、R、X可以是相同或不相同的基团。不同的或相同的Y、R、X，可构成多种硅烷偶联剂类疏水剂。例如：三甲基氯硅烷、三甲基二氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二乙基甲基硅烷、甲基三氯硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、二苯基二羟基硅烷、八甲基环四硅氧烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基（乙-甲氧基乙氧基）硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、甲基乙烯基二氧基硅烷、甲基（γ-甲基丙烯酰氧丙基）二乙氧基硅烷、β-（3，4环氧烷乙基）乙基三甲氧硅烷等等。

本发明生产疏水白炭黑的方法中用于稀释疏水剂的溶剂是任何有机溶剂，如苯、二甲苯、醋酸乙酯、丙酮、乙醇。甲醇等等。

本发明疏水白炭黑生产成本大大低于以沉淀白炭黑或气相白炭黑为基本原料生产的疏水白炭黑;第二，本发明疏水白炭黑的主要原料是普通过磷酸钙生产中付产的二氧化硅废渣，这种废渣均为丢弃物且数量多。因此，来源广泛，回收成本低;第三，由于普通过磷酸钙生产中付产的二氧化硅废渣的孔隙内部和外表面上吸附有氟硅酸或/和氟化氢，这些吸附的氟硅酸或/和氟化氢在疏水处理过程中，起着天然的疏水剂或助疏水剂作用。因此，本发明疏水白炭黑与以沉淀白炭黑或气相白炭黑为基本原料生产的疏水白炭黑相比，要达到同样的疏水性能所需添加的有机疏水剂用量减少;第四，本发明疏水白炭黑系统品种疏水性能优异，在一些领域可替代以沉淀白炭黑或气相白炭黑为基本原料生产的疏水白炭黑，另一些领域部分替代以沉淀白炭黑或气相白炭黑为基本原料生产的疏水白炭黑;第五，本发明疏水白炭黑的生产工艺简单，易于工业化。

本发明的非限定性实施例：

例一

（1）将普通过磷酸钙生产中付产的二氧化硅废渣用NH₄OH中和至pH值为8，中和反应35分钟。

（2）除去上述中和反应料液中的硬质硅胶和杂质，过滤至含水重量为80%。

（3）将过滤得到的二氧化硅在350℃的温度下疏水活化3.5小时。

（4）将高温疏水活化的半成品二氧化硅粉碎至45μm以下，即得本发明生产的疏水白炭黑品种之一。

此产品性能列示在表1中。该产品用作碳酸氢钠干粉灭火剂的润滑剂和防结块剂的性能指标列于表2。

例二

（3）取上述滤渣35kg，加入用丙酮稀释的三甲基二氧基硅烷1.5kg，充分混合均匀后放入温度为230℃的厢式干燥器中干燥至含水率重量为25%。

（4）将干燥的二氧化硅进行粗粉碎。

（5）把粗粉碎后的二氧化硅在400℃温度下疏水活化3.5小时。

（6）将高温疏水活化的半成品二氧化硅粉碎至45μm以下，即得本发明生产的疏水白炭黑品种之二。

例三

（1）将过磷酸钙生产中付产的二氧化硅废渣用NH₄OH中和至PH值为8，中和反应35分钟。

（2）除去上述中和反应料液中的硬质硅胶和杂质，过滤至含水重量为70%。

（3）取上述过滤渣35kg，同时加入沉淀白炭黑2.5kg和用丙酮稀释的八甲基环四硅氧烷1.8kg，充分混合均匀后放入温度为230℃的厢式干燥器中干燥至含水重量为25%。

（4）将干燥的二氧化硅进行粗粉碎。

（5）把粗粉碎后的二氧化硅在400℃温度下疏水活化3.5小时。

（6）将高温疏水活化的半成品二氧化硅粉碎至45μm以下，即得本发明生产的疏水白炭黑品种之三。

此产品性能列示在表1中，该产品用作碳酸氢钠干粉灭火剂的润滑剂和防结块剂性能指标列于表2中。

表1中：

（1）表示本发明生产的疏水白炭黑产品的二氧化硅含量是以灼烧失重之后的无水二氧化硅为计算基准数据;

（2）表示pH值的数据是本发明生产疏水白炭黑在水与丙酮1∶1的混合液中测定的;

（3）表示本发明生产疏水白炭黑的疏水率数据是按下述方法测定的。

在250毫升分液漏斗中，放入100毫升蒸馏水，称取本发明生产的疏水白炭黑样品5克（称准至0.0001克），放入分液漏斗中，在120次/分的震荡器上震荡15分钟，静置1小时。将下部含有二氧化硅的混浊液移入已经恒量的4^＃玻璃砂器中，并在105℃下烘至恒重。按下式计算本发明疏水白炭黑的疏水率：

疏水率＝ (水中悬浮物重（克）)/(样品重（克）) ×100%

表2，本发明疏水白炭黑用作碳酸氢钠干粉灭火剂的润滑剂和防结块剂的性能测试结果

Claims

1、一种生产疏水白炭黑的方法，以无定型二氧化硅为原料，其特征在于，以普通过磷酸钙生产中付产的二氧化硅废渣为基本原料，用水溶性碱将普通过磷酸钙的付产二氧化硅废渣中和至pH值为3～14，中和反应10分钟至2小时，除去中和反应料液内的硬质硅胶和杂质，过滤至含水重量小于85%，把过滤得的二氧化硅在温度80℃～500℃下疏水活化0.5～5小时，将高温疏水活化的二氧化硅粉碎至74μm以下。

2、按照权利要求1所述的生产疏水白炭黑的方法，其中较好的是用水溶性碱将普通过磷酸钙的付产二氧化硅废渣中和至pH值为5～12，中和反应25分钟至1小时，除去中和反应料液内的硬质硅胶和杂质，过滤至含水重量小于75%，把过滤得的二氧化硅在温度150℃～450℃下疏水活化1～4小时，将高温疏水活化的二氧化硅粉碎至45μm以下。

3、按照权利要求1或2所述生产疏水白炭黑的方法，其中用于中和普通过磷酸钙的付产二氧化硅的水溶性碱，是NH₄OH、NaOH、KOH等中的任何一种，最理想的是用NH₄OH中和。

4、一种生产疏水白炭黑的方法，以无定型二氧化硅为原料，其特征在于，以普通过磷酸钙生产中付产的二氧化硅废渣为基本原料，用水溶性碱将普通过磷酸钙的付产二氧化硅废渣中和至pH值为3～14，中和反应10分钟至2小时，除去中和反应料液内的硬质硅胶和杂质，过滤至含水重量小于85%，向过滤得的二氧化硅中加入占疏水白炭黑产品重量1～20%的疏水剂，加入的疏水剂可用溶剂稀释也可不稀释，混合均匀，在温度100℃～300℃下干燥至含水重量小于30%，将干燥过的二氧化硅粗粉碎，再在80℃～500℃温度下疏水活化0.5～5小时，把高温疏水活化得的半成品二氧化硅粉碎至74μm以下。

5、按照权利要求4所述的生产疏水白炭黑的方法，其中较好的是用水溶性碱将普通过磷酸钙的付产二氧化硅废渣中和至pH值为5～12，中和反应25分钟至1小时，除去中和反应料液内的硬质硅胶和杂质，过滤至含水重量小于75%，向过滤得的二氧化硅中加入占疏水白炭黑产品重量3～15%的疏水剂，混合均匀，在温度100℃～300℃下干燥至含水重量小于30%，将干燥过的二氧化硅粗粉碎，再在150℃～450℃下疏水活化1～4小时，把高温疏水活化得的半成品二氧化硅粉碎至45μm以下。

6、按照权利要求4或5所述的生产疏水白炭黑的方法，其中在向过滤得的二氧化硅中加入疏水剂的同时加入普通白炭黑，加入的普通白炭黑占疏水白炭黑产品重量的5～70%，较好的是加入的普通白炭黑占疏水白炭黑产品重量的10～50%。

7、按照权利要求4或5所述的生产疏水白炭黑的方法，其中用于中和普通过磷酸钙的付产二氧化硅废渣的水溶性碱，是NH₄OH、NaOH、KOH等中的任何一种，最理想的是用NH₄OH中和。

8、按照权利要求4或5所述的生产疏水白炭黑的方法，其中使用的疏水剂是任何疏水有机物及它们的组合物，较为理想的是脂芳类、硅油类、硅树脂类、硅烷偶联剂类有机疏水剂以及它们的组合物，最为理想的是硅油类、硅树脂类、硅烷偶联剂类有机疏水剂以及它们的组合物。

9、按照权利要求4或5所述的生产疏水白炭黑的方法，其中用于烯释疏水剂的溶剂，是任何有机溶剂，例如苯、二甲苯、醋酸乙酯、丙酮、乙醇、甲醇等等。