CN1085231A

CN1085231A - 改性白炭黑的生产方法

Info

Publication number: CN1085231A
Application number: CN 93115816
Authority: CN
Inventors: 潘沈生; 严亚勋; 温树棠; 关腾辉
Original assignee: Jinzhou Rubber & Plastic Compounding Agent Plant
Current assignee: Jinzhou Rubber & Plastic Compounding Agent Plant
Priority date: 1993-09-21
Filing date: 1993-09-21
Publication date: 1994-04-13

Abstract

一种改性白炭黑的生产方法，改变了现有生产工艺的化学反应方法，采用物理加工方法，对火山玻璃质熔岩进行粉碎、脱水、煅烧膨化、研磨、净化、超细加工以及表面活化处理，即可获得高质量的改性白炭黑，优点在于，简化了生产工艺流程，其工艺条件和操作技术比化学合成法容易掌握，产品质量更易于控制，而且，改善了使用化学品对环境的污染，同时，还使能源消耗大幅度下降。

Description

本发明属于化工产品生产领域，特别涉及一种用作橡胶或塑料补强剂的改性白炭黑的生产方法。

炭黑和白炭黑是广泛应用于橡胶、塑料工业中的补强性填充剂。炭黑通常用在黑色橡胶或塑料制品中，而白炭黑则主要用在浅色橡胶或塑料制品中。在橡胶、塑料制品中加入一定量的炭黑或白炭黑后，可使橡胶或塑料大分子之间的化学键牢固结合，从而提高橡胶及塑料制品的补强性，增加其强度。

现有技术中的炭黑通常是用燃烧燃料的方法制取的，其具体生产方法是造成一个缺氧的条件，使燃料不能充分燃烧，然后，收集其烟雾中的烟灰来制取炭黑。用这种方法生产炭黑，虽然生产工艺比较简单，但是，环境污染比较严重，同时，还消耗了大量的燃料，在目前我国能源日趋紧张的情况下，这种用燃料制取的炭黑将会随着燃料的价格越来越高，进而使橡胶或塑料制品的生产成本大幅度增加。

现有技术中的白炭黑通常是用化学方法生产的，其生产方法有许多种，不同生产方法得到的白炭黑的物化性质也不同，但目前采用最多的是沉淀法和燃烧法。

沉淀法是以可溶性硅酸盐为原料，最常用的硅酸盐为硅酸钠，用酸对其进行分解，制得不溶性二氧化硅SiO₂，酸可用盐酸、硫酸、硝酸、磷酸等无机酸，这些酸可单独使用，也可以并用，由此生成二氧化硅SiO₂的反应式为：

燃烧法是以卤化硅，如SiCl₄为原料，在氢-氧气流中于高温下水解，制得颗粒极细的白炭黑，其反应式为：

制造过程是将SiCl₄经一系列工序处理后，制取SiCl₄蒸汽，然后，将SiCl₄蒸汽与氢气、氧气（或空气）按一定比例混合，送入燃烧室中，在火焰温度达1000～1200℃时，发生上述水解反应，生成二氧化硅SiO₂，然后，将燃烧气通入冷凝室，将SiO₂和其付产品-盐酸冷却分离，降低残存的HCl，最后用温热空气处理法得到白炭黑。

上述两种方法，工艺流程较长，工序繁多，其工艺条件和操作技术难以掌握和控制，尤其是粒径的大小，温度的高低，以及附加材料的配比等，都将直接影响到白炭黑的产品质量，而且，在生产过程中，需要使用多种化学物质进行化学反应，产生出大量有害气体和污染物，对周围环境造成污染，同时，还消耗大量的能源，增加了生产成本。

本发明的目的是改变现有生产工艺的化学反应方法，简化生产工艺流程，采用物理膨化加工方法，对原料进行加工处理，提供一种生产工艺简单，易于掌握和控制，无环境污染的改性白炭黑的生产方法。

本发明采用酸性火山玻璃质熔岩的矿山尾料为原料，其中二氧化硅SiO₂含量一般在68～76%之间，本发明的生产方法是由下列工艺步骤实现的：

（1）、原料粉碎：将火山玻璃质熔岩加入到粉碎机内，粉碎至粒度为75～200目的矿砂;

（2）、脱水处理：将粉碎后的矿砂加热至350～450℃，使其结晶水达到2.5～3.5%;

（3）、煅烧膨化：将经过脱水处理的矿砂连续送入煅烧炉中，煅烧炉的火焰温度为900～1200℃，矿砂洒在火焰上，在接触火焰的瞬间，煅烧膨化一次完成，膨化后，矿砂体积增加20～40倍，形成蜂窝状多孔发泡玻璃球体;

（4）、研磨：上述蜂窝状多孔发泡玻璃球体冷却后，投入到研磨机内进行研磨，研磨后的粒度小于150μm;

（5）、净化处理：将研磨后的粉末加入到风选机中，利用风力将不同比重的颗粒分开，把未膨化的颗粒去除净化，制成白色粗粉;

（6）、超细加工：将经过净化处理的白色粗粉送入气流粉碎机内，利用高压气流的冲击作用进行超细加工，制得其粒径为0.02～40μm的白色粉末，即为改性白炭黑，其中二氧化硅含量达96.8%，粒子的纵横径向比大于100，呈微米级无定形透明玻璃片体。

为了使改性白炭黑能进一步促进橡胶或塑料大分子之间的化学键牢固结合，增加橡胶或塑料制品的补强性，提高改性白炭黑的产品性能，还可以对其进行表面活化处理，活化处理可以采用以下两种方法：

第一种方法：在超细加工的同时，对其进行表面活化处理，即取占改性白炭黑0.5～3%（重）的偶联剂，将其用稀释剂按照1∶3的比例稀释，然后，将稀释后的溶剂滴入气流粉碎机内，利用高压气流的冲击作用进行超细加工，同时，偶联剂与改性白炭黑均匀结合，使改性白炭黑的结构表面呈羟基。

第二种方法是：在超细加工后，对其进行表面活化处理，即取占改性白炭黑0.3～3%（重）的偶联剂，将其与经过超细加工的改性白炭黑分别加热至200～400℃，或者混合加热至200～400℃，充分进行反应，持续20～40分钟，使改性白炭黑的结构表面呈羟基。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、改变了现有白炭黑生产工艺的化学反应方法、工艺流程，而采用物理加工的方法生产改性白炭黑，简化了生产工艺流程，其工艺条件和操作技术比化学合成法容易掌握，产品质量更易于控制;而且，改善了使用化学品对环境的污染，安全可靠，同时，还使能源消耗大幅度下降。

2、在生产工艺中采用膨化和超细加工的处理方法，使产品质量得到保证，而通过表面活化处理工艺，进一步提高了改性白炭黑的质量，产品的物化性能均达到国家标准，其主要技术指标对比如下：

国标GB10517-89 改性白炭黑

二氧化硅含量 % ≥90 96.8

颜色(白度) % >80 >80

筛余物(325目) % ≤0.5 <0.3

加热减量 % 4～8 <2

灼烧减量 % ≤7 <2

PH值 5～8 7

总Cu含量mg/kg ≤30 无

总Mn含量mg/kg <50 无

总Fe含量mg/kg ≤1000 <500

DBP吸收值mg/g 2～3.5 >2

游离水 % <8 <2

折光率 - 1.5

3、采用火山玻璃质熔岩的矿山尾料为原料，不仅资源储备量非常丰富，而且，对国家资源开采利用率提高了30%，同时，还大幅度降低了产品成本，材料成本仅为现有技术的10～15%。

下面提供本发明的实施例：

实施例1：

（1）原料粉碎：将酸性火山玻璃质熔岩的矿山尾料加入到粉碎机内，将其粉碎至粒度为75～200目的矿砂;

（2）、脱水处理：火山玻璃质熔岩的原始结晶水一般小于9%，为了使矿砂膨胀充分，需要对其进行脱水处理，即将粉碎后的矿砂加热至430～450℃，使其结晶水达到2.5～3.5%;

（3）、煅烧膨化：将经过脱水处理的矿砂用螺旋输送机连续送入煅烧炉中，煅烧炉的火焰温度为900～920℃，矿砂均匀洒在火焰上，在接触火焰的瞬间，煅烧膨化一次完成，膨化后，矿砂体积增加20～40倍，形成蜂窝状多孔发泡玻璃球体;

（4）、研磨：上述蜂窝状多孔发泡玻璃球体冷却后，投入到旋转研磨机内进行研磨，研磨后的粒度小于150μm;

（5）、净化处理：将研磨后的粉末加入到风选机中，利用风力将不同比重的颗粒分开，将未膨化的颗粒去除净化，制成白色粗粉;

（6）、超细加工：将经过净化处理的白色粗粉送入气流粉碎机内，利用高压气流的冲击作用进行超细加工，制得其粒径为0.02～40μm的白色粉末，即为改性白炭黑。

实施例2：

（2）、脱水处理：将粉碎后的矿砂加热至350～370℃，使其结晶水达到2.5～3.5%;

（3）、煅烧膨化：将经过脱水处理的矿砂用螺旋输送机连续送入煅烧炉中，煅烧炉的火焰温度为1180～1200℃，矿砂均匀洒在火焰上进行煅烧膨化，膨化后，矿砂体积增加20～40倍，形成蜂窝状多孔发泡玻璃球体;

（5）、净化处理：将研磨后的粉末加入到风选机中，将未膨化的颗粒去除净化，制成白色粗粉;

（6）、超细加工及表面活化处理：将经过净化处理的白色粗粉送入气流粉碎机内，在超细加工的同时，对其进行表面活化处理，即取占改性白炭黑0.5%（重）的硅烷偶联剂用乙醚按1∶3的比例稀释，然后，将稀释后的溶剂缓缓滴入进行超细加工的气流粉碎机内，利用高压气流的冲击作用进行超细加工，同时，硅烷偶联剂与改性白炭黑均匀结合，使属性白炭黑的结构表面呈羟基。

实施例3：

其工艺步骤与实施例2相同，不同之处在于，取占改性白炭黑3%（重）的钛酸脂偶联剂用链烷烃20炭按1∶3的比例稀释，然后，将稀释后的溶剂缓缓滴入进行超细加工的气流粉碎机内，对改性白炭黑进行表面活化处理。

上述实施例2、实施例3中的稀释剂也可以是链烷烃21炭-30炭。

实施例4：

其工艺步骤与实施例1相同，不同之处在于，在超细加工完成后，对其进行表面活化处理，即取占改性白炭黑0.3%（重）的硬脂酸偶联剂，将其与经过超细加工的改性白炭黑分别加热至200～220℃，置于同一空间，充分进行反应，持续40分钟，使改性白炭黑的结构表面呈羟基，其外观特性为疏水性，疏水性大于80%。

实施例5：

其工艺步骤与实施例4相同，不同处在于，取占改性白炭黑3%（重）的硅烷偶联剂，将其与经过超细加工的改性白炭黑混合后加热至380～400℃，充分进行反应，持续20分钟即可。

在上述表面活化处理时，采用不同牌号的偶联剂，可获得不同性能的改性白炭黑，因此，偶联剂的选择，可根据对改性白炭黑的具体使用要求来选定。

Claims

1、一种改性白炭黑的生产方法，采用火山玻璃质熔岩为原料，其中二氧化硅SiO₂含量一般在68～76%之间，其特征在于，它是按下列工艺步骤进行的：

(1.1)、原料粉碎：将火山玻璃质熔岩加入到粉碎机内，粉碎至粒度为75～200目的矿砂；

(1.2)、脱水处理：将粉碎后的矿砂加热至350～450℃，使其结晶水达到2.5～3.5%；

(1.3)、煅烧膨化：将经过脱水处理的矿砂连续送入煅烧炉中，煅烧炉的火焰温度为900～1200℃，矿砂洒在火焰上，在接触火焰的瞬间，煅烧膨化一次完成，膨化后，矿砂体积增加20～40倍，形成蜂窝状多孔发泡玻璃球体；

(1.4)、研磨：上述蜂窝状发泡玻璃球体冷却后，投入到研磨机内进行研磨，研磨后的粒度小于150μm；

(1.5)、净化处理：将研磨后的粉末加入到风选机中，利用风力将不同比重的颗粒分开，把未膨化的颗粒去除净化，制成白色粗粉；

(1.6)、超细加工：将经过净化处理的白色粗粉送入气流粉碎机内，进行超细加工，制得其粒径为0.02～40μm的白色粉末，即为改性白炭黑。

2、根据权利要求1所述的改性白炭黑的生产方法，其特征在于，在超细加工的同时，对其进行表面活化处理，即取占改性白炭黑0.5～3%（重）的偶联剂，将其与稀释剂按照1∶3的比例稀释，然后，将稀释后的溶剂滴入气流粉碎机内，利用气流的冲击作用进行超细加工，同时，偶联剂与改性白炭黑均匀结合，使改性白炭黑的结构表面呈羟基。

3、根据权利要求1所述的改性白炭黑的生产方法，其特征在于，在超细加工后，对其进行表面活化处理，即取占改性白炭黑0.3～3%（重）的偶联剂，将其与改性白炭黑分别加热至200～400℃，或者混合加热至200～400℃，充分进行反应，持续20～40分钟，使改性白炭黑的结构表面呈羟基。

4、根据权利要求2或3所述的改性白炭黑的生产方法，其特征在于，所述的偶联剂为硅烷偶联剂，钛酸脂偶联剂和硬脂酸偶联剂其中之一。

5、根据权利要求2所述的改性白炭黑的生产方法，其特征在于，所述的稀释剂为乙醚、链烷烃20炭-30炭其中之一。