CN108046275A - 一种碱性白炭黑的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碱性白炭黑的制备方法，采用硅酸钠与浓硫酸反应，经陈化、压滤、洗涤、制浆和离心喷雾干燥后得到碱性白炭黑；所述硅酸钠与浓硫酸反应是在反应过程中匀速加入浓硫酸搅拌进行中和反应，搅拌频率为32～42Hz，反应时间60～80min，终点pH值为9.0～10.0；所述制浆是将滤饼经高速剪切搅拌形成浓浆液后，加入浓度为10～12mol/L氢氧化钠溶液至浆料pH值为8～9，浆料质量比浓度18～22％。采用本发明制备的碱性白炭黑运用于橡胶制品时分散性好，同时还具有极好的回弹性能和低压变、低生热与耐曲挠性的特点。

Description

一种碱性白炭黑的制备方法

技术领域

本发明涉及无机化工材料的制备方法，具体涉及一种碱性白炭黑的制备方法。

背景技术

沉淀水合二氧化硅又称白炭黑，作为一种高活性的补强填充材料，因其特殊的表面结构和独特的物理化学特性，广泛应用于橡胶、油漆、饲料等诸多领域。碱性白炭黑属于特制白炭黑，表面呈碱性，不影响硫化速度，低补强，但分散性和加工性极好，无需硅烷偶联剂和聚乙二醇改性；能大量填充，同时具有较好流动性、具有极好的回弹性能，低压变、低生热和耐曲挠性，它可以应用在氟橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶等各种橡胶制品。它应用于胶辊和密封件，生热低，动态抗疲劳性极佳。作为碱性补强填料，补强性优于其它碱性填料。另外，碱性白炭黑除了在橡胶制品中具有广阔的应用市场以外，在电池、涂料、油漆、油墨、树脂方面也有广泛的应用。

发明内容

本发明目的是提供一种碱性白炭黑的制备方法，使制备的碱性白炭黑运用于橡胶制品时具有分散性好的同时，还具有极好的回弹性能和低压变、低生热与耐曲挠性。

为实现以上目的，本发明一种碱性白炭黑的制备方法采用硅酸钠与质量比浓度98％的浓硫酸进行反应，经压滤、洗涤、制浆和离心喷雾干燥后得到碱性白炭黑；具体操作步骤如下：

(1)配制硅酸钠溶液：配制硅酸钠Na₂O·nSiO₂溶液，其中n为3.50～3.60，溶液溶度为0.25～0.35mol/L。

(2)白炭黑的合成反应：将水和配制好的硅酸钠溶液按体积比100：(25～35)预先加入反应釜，升温至82～95℃后，在反应过程中匀速加入浓硫酸并搅拌进行中和反应，搅拌频率为32～42Hz，反应时间60～80min，当pH值达到9.0～10.0时陈化10～15min，再加浓硫酸调节pH值至5.5～6.5，继续陈化20～40min；

(3)陈化浆料压滤及洗涤：陈化后的稀浆料采用隔膜式压滤机进行固液分离，形成滤饼后用水洗涤至硫酸盐质量比含量≤0.8％；

(4)滤饼制浆：滤饼输送至制浆系统中，经高速剪切搅拌形成浓浆液，向浓浆中加入浓度为10～12mol/L氢氧化钠溶液至浆料pH值为8～9，浆料质量比浓度18～22％；

(5)离心喷雾干燥及产品收集：浆料采用离心喷雾干燥，干燥温度为500～550℃，干燥后即得碱性白炭黑。

上述碱性白炭黑的制备方法具有以下技术特点和有益效果：

一是通过浓硫酸缓慢匀速加入到大量的硅酸钠溶液中进行充分的中和反应直到pH值达到要求，使得白炭黑颗粒增长缓慢，有利于制得颗粒细小并且分布均匀的白炭黑；二是制浆时加入氢氧化钠溶液，使得白炭黑表面呈碱性，减小白炭黑表面内聚能。以上特点的碱性白炭黑作为橡胶补强填充材料，能使橡胶制品具有极好的回弹性能，低压变、低生热和耐曲挠性。此外，本发明原料易得，过程易控制，不需增加设备，在原有白炭黑生产装置上就可生产，产品运用广泛，具有很好的经济效益和社会效益。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明一种碱性白炭黑的制备方法做进一步详细说明。

实施例1

本发明一种碱性白炭黑的制备方法的具体操作步骤如下：

1)配制硅酸钠溶液：配制硅酸钠Na₂O·nSiO₂溶液，n为3.55，溶液溶度为0.28mol/L。

2)白炭黑的合成反应：将水和配制好的硅酸钠溶液按体积比100：25预先加入反应釜，升温至83℃，在反应过程中匀速加入质量比浓度98％的浓硫酸并搅拌进行中和反应，反应时间65min，搅拌频率35Hz，终点pH值为9.2，陈化10min，再加浓硫酸调节pH值至5.6，继续陈化25min；

3)陈化浆料压滤及洗涤：陈化后的稀浆料采用隔膜式压滤机进行固液分离，形成滤饼后用水洗涤至硫酸盐质量比含量0.8％；

4)滤饼制浆：滤饼输送至制浆系统中，经高速剪切搅拌形成浓浆液，向浓浆中加入浓度为10.8mol/L氢氧化钠溶液至浆料pH值为8.4，浆料质量比浓度19％；

5)浆料干燥：浆料采用离心喷雾干燥，干燥温度510℃，干燥后可得碱性白炭黑。

实施例2

本发明一种碱性白炭黑的制备方法的具体操作步骤如下：

1)配制硅酸钠溶液：配制硅酸钠Na₂O·nSiO₂溶液，其中n为3.56，溶液溶度为0.30mol/L。

2)白炭黑的合成反应：将水和配制好的硅酸钠溶液按体积比100：30预先加入反应釜，升温至86℃，在反应过程中匀速加入质量比浓度98％的浓硫酸并搅拌进行中和反应，反应时间70min，搅拌频率38Hz，终点pH值为9.3，陈化15min，再加浓硫酸调节pH值至5.8，继续陈化30min；

3)陈化浆料压滤及洗涤：陈化后的稀浆料采用隔膜式压滤机进行固液分离，形成滤饼后用水洗涤至硫酸盐质量比含量0.6％；

4)滤饼制浆：滤饼输送至制浆系统中，经高速剪切搅拌形成浓浆液，向浓浆中加入浓度为11.2mol/L氢氧化钠溶液至浆料pH值为8.6，浆料质量比浓度20％；

5)离心喷雾干燥及产品收集：浆料采用离心喷雾干燥，干燥温度530℃，干燥后可得碱性白炭黑。

以上两个实施例制得的碱性白炭黑产品的质量技术指标与普通白炭黑对比分析见表1:

表1各产品综合指标对比

项目	实施例1	实施例2	普通粉状产品
				二氧化硅(干基)，％	98.2	98.0	97.8
比表面积，m2/g	161	154	169
				加热减量，％	6.2	5.8	5.6
灼烧减量，％	4.4	4.3	4.5
				吸油值，cm3/g	2.26	2.21	2.23
pH(5％悬浮物)	8.4	8.6	6.7
				硫酸钠，％	0.7	0.5	1.5
中位粒径D50，um	7.2	6.8	12.1
				堆积密度，g/ml	0.18	0.20	0.25

注：同等条件下测试，普通白炭黑产品为本公司ZC-165产品。

相比之下，两个实施例的白炭黑呈碱性，pH比普通白炭黑高2左右，平均粒径、硫酸盐含量及堆积密度小于普通白炭黑。

从上述两个实施例可以看出，实施本发明在反应过程中通过浓硫酸缓慢加入到大量的硅酸钠溶液中，使得白炭黑颗粒增长缓慢，有利于白炭黑形成均匀的小颗粒；制浆时加入氢氧化钠溶液，使得白炭黑表面呈碱性，能有效减小白炭黑表面内聚能，具有良好的分散性。此碱性白炭黑作为橡胶补强填充材料，能使橡胶制品具有极好的回弹性能，低压变、低生热和耐曲挠性。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种碱性白炭黑的制备方法，采用硅酸钠与质量比浓度98％的浓硫酸进行反应，经压滤、洗涤、制浆和离心喷雾干燥后得到碱性白炭黑；其特征是：按以下步骤操作：

(1)配制硅酸钠溶液：配制硅酸钠Na₂O·nSiO₂溶液，其中n为3.50～3.60，溶液溶度为0.25～0.35mol/L。

(2)白炭黑的合成反应：将水和配制好的硅酸钠溶液按体积比100：(25～35)预先加入反应釜，升温至82～95℃后，在反应过程中匀速加入浓硫酸搅拌进行中和反应，搅拌频率为32～42Hz，反应时间60～80min，终点pH值为9.0～10.0，陈化10～15min，再加浓硫酸调节pH值至5.5～6.5，继续陈化20～40min；

(3)陈化浆料压滤及洗涤：陈化后的稀浆料采用隔膜式压滤机进行固液分离，形成滤饼后用水洗涤至硫酸盐质量比含量≤0.8％；

(4)滤饼制浆：滤饼输送至制浆系统中，经高速剪切搅拌形成浓浆液，向浓浆中加入浓度为10～12mol/L氢氧化钠溶液至浆料pH值为8～9，浆料质量比浓度18～22％；

(5)离心喷雾干燥及产品收集：浆料采用离心喷雾干燥，干燥温度为500～550℃，干燥后即得碱性白炭黑。