CN110156032B - 一种高抗黄变硅橡胶用白炭黑的制备方法 - Google Patents

一种高抗黄变硅橡胶用白炭黑的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高抗黄变硅橡胶用白炭黑的制备方法，包括：(1)将铁元素含量≤50ppm的固体水玻璃高温高压溶解并稀释，制得当量浓度1.5～3.0N的硅酸钠溶液；(2)将硅酸钠溶液、浓硫酸和水混合进行反应；(3)将反应后的产物进行压滤、洗涤、制浆、喷雾干燥制得灼烧减量<3.8％的低灼烧减量白炭黑产品；所有生产、洗涤用水均为经聚合硫酸铝或由聚合硫酸铝与聚丙烯酰胺组成的复合絮凝剂作为絮凝剂制得的低氯处理水。本发明通过使用低铁含量的固体水玻璃，并以聚合硫酸铝及其复合絮凝剂替代聚合氯化铝絮凝剂制得处理水，在源头上降低了容易导致白炭黑产品黄变的铁、氯等杂质含量，解决因添加了增白剂的沉淀法白炭黑应用于硅橡胶产品时耐黄变效果差的问题。

Description

一种高抗黄变硅橡胶用白炭黑的制备方法
技术领域
本发明涉及无机粉体材料白炭黑的制备方法，具体涉及一种高抗黄变硅橡胶用白炭黑的制备方法。
背景技术
白炭黑作为硅橡胶制品的主要加强剂，其质量直接影响着硅橡胶制品的品质。如果白炭黑产品中的金属离子杂质特别是铁离子含量过高，将会导致硅橡胶黄变、透明度变差；此外，白炭黑产品中的氯离子等其他杂质以及白炭黑的物理化学性质也可能引起硅橡胶的黄变。为了满足高档次的透明硅橡胶制品对透明度和抗黄变性质的要求，需要使用高抗黄变硅橡胶用白炭黑加强剂。气相法白炭黑因其分散性好、纯度高，被广泛应用于高档次的透明硅橡胶制品，但是气相法白炭黑的价格远高于沉淀法白炭黑，因此，高抗黄硅橡胶用沉淀法白炭黑将具有很大的应用市场。
目前，高抗黄变硅橡胶用沉淀法白炭黑产品大都是在白炭黑生产过程中加入增白剂，该增白剂由蓝色染料或/和紫外光照射下发蓝、紫色光的无色荧光材料组成。虽然增白剂的加入能够掩盖产品中的黄色和灰暗色，起到抗黄增白的作用，但是，使用添加了增白剂的白炭黑所制得的硅橡胶产品，其耐黄变效果差，在不同光环境下显示出明显的色差，已有越来越多的硅橡胶厂家对含增白剂白炭黑的使用作出了限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种制作成本低、质量稳定可靠的高抗黄变硅橡胶用白炭黑的制备方法，解决现有技术中因添加了增白剂的沉淀法白炭黑应用于硅橡胶产品时耐黄变效果差的问题。
为实现以上目的，本发明一种高抗黄变硅橡胶用白炭黑的制备方法包括以下步骤：
(1)反应用碱硅酸钠溶液的制备：将固体水玻璃高温高压溶解并稀释，制得当量浓度为1.5～3.0N、铁元素含量≤10ppm的硅酸钠溶液，所述固体水玻璃为铁元素含量≤50ppm的低铁固体水玻璃；
(2)硅酸钠溶液、浓硫酸和水混合进行沉淀反应：在反应釜内加入体积比60～75％的水，蒸汽预加热至75～85℃，开启搅拌后再加入体积比1.5～3％的反应用碱，继续升温至反应设定温度85～95℃，接着加入反应用碱和浓硫酸，控制反应用碱的流速为16～20％体积份/h，同时控制浓硫酸加入速率，使酸碱中和率控制在70～96％,加入时间为90min,接着保温30min,然后加入浓硫酸酸化至反应体系pH值为3～4.5，酸化时间10～30min,继续陈化0.5～6h；通过控制酸碱中和率和陈化时间，在不增加干燥能耗的条件下，降低白炭黑产品的灼烧减量；
(3)将反应后的产物进行压滤、洗涤，洗涤后的滤饼经制浆、喷雾干燥后制得灼烧减量<3.8％的低灼烧减量白炭黑产品；
(4)所有生产、洗涤用水均为经聚合硫酸铝或由聚合硫酸铝与聚丙烯酰胺组成的复合絮凝剂作为絮凝剂制得的低氯处理水。
所述低氯处理水的处理过程是：先向外来供水中加入聚合硫酸铝絮凝剂或由聚合硫酸铝与聚丙烯酰胺组成的复合絮凝剂，经多级沉淀池后该水到达斜板沉淀池，斜板沉淀池中的水从底部进入经上部流出，再从底部进入由细沙、粗砂、细石构成的砂滤池，最后经过袋式过滤器和精密过滤器过滤得到氯离子含量较低的处理水。
所述当量浓度为1.5～3.0N、铁元素含量≤10ppm的硅酸钠溶液的配制操作是：将模数为3.30～3.55、铁元素含量≤50ppm的低铁固状水玻璃投入滚筒蒸球内，然后向滚筒蒸球内加入处理水并通入蒸汽加热、加压，固状水玻璃在滚筒蒸球内中经高温高压溶解得到浓度为3.35N的浓水玻璃，再向浓水玻璃溶液中加入处理水稀释成当量浓度为1.5～3.0N的稀水玻璃；配制过程经多道磁性除铁装置进行进一步的除铁处理至铁元素含量≤10ppm，最终得到透明度大于200mm的稀释水玻璃并输送至高位碱槽，此即为反应用碱。
本发明的关键构思在于：在硅橡胶产品的应用中，与沉淀法白炭黑相比，气相法白炭黑显示出优异的性能，尤其是在相似的硅橡胶制备工艺条件下，由于气相法白炭黑具有纯度高、杂质含量少、灼烧减量低等特性，以气相法白炭黑为添加剂的硅橡胶产品表现出很好的抗黄变性能。因此，通过控制沉淀法白炭黑杂质含量，制备出物理化学性质接近气相法白炭黑的产品，是制备高抗黄硅橡胶用沉淀法白炭黑的关键。
上述高抗黄变硅橡胶用白炭黑的制备方法具有以下技术特点和有益效果：
该白炭黑产品生产过程中不添加增白剂，使用低铁含量的固体水玻璃，以及以聚合硫酸铝及其复合絮凝剂替代聚合氯化铝絮凝剂制得的处理水，原絮凝剂聚合氯化铝在低浓度下将发生部分水解导致处理水中的氯离子含量偏高，而本发明在源头上降低了容易导致白炭黑产品黄变的铁、氯等杂质的含量，并且通过调节生产过程中的反应工艺，降低沉淀法白炭黑产品的灼烧减量，在不增加干燥能耗的基础上，生产出表面物理化学性质与气相法白炭黑相似的沉淀法白炭黑，该白炭黑产品作为添加剂应用于硅橡胶产品表现出很好的抗黄变性能，与气相法白炭黑相比性价比明显。
具体地，本发明一种高抗黄变硅橡胶用白炭黑的制备方法的技术特征如下：
(1)通过选用铁元素含量≤50ppm的低铁固状水玻璃，其有益效果在于控制反应原料中容易致硅橡胶黄变的含铁等有色金属杂质的含量在较低水平；
(2)改变水处理工艺，用聚合硫酸铝絮凝剂及其复合絮凝剂替代聚合氯化铝絮凝剂，其有益效果在于控制反应辅料中容易致硅橡胶黄变的含氯杂质化合物在较低水平；
(3)通过反应工艺调整，制备出表面物理化学性质更加接近气相法白炭黑的产品，表面物理化学性质以总表面羟基含量为依据，简单地以灼烧减量为依据，由于该沉淀法白炭黑产品具有较低灼烧减量，使之在与硅橡胶的混炼中表现出与气相法白炭黑相似的性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明一种高抗黄变硅橡胶用白炭黑的制备方法的技术内容与特征、所实现的目的与效果做进一步详细说明。
本发明一种高抗黄变硅橡胶用白炭黑的制备方法的工艺流程及操作方法如下：
(1)低氯水处理过程：用聚合硫酸铝或聚合硫酸铝和聚丙烯酰胺复合絮凝剂替代常用的聚合氯化铝作絮凝剂，先向外来供水中加入聚合硫酸铝絮凝剂，再经多级沉淀池后该水到达斜板沉淀池，斜板沉淀池中的水经底部进入从上部流出，再从底部进入由细沙、粗砂、细石构成的砂滤池，接着再经过袋式过滤器和精密过滤器过滤得到氯离子含量较低的处理水。
(2)当量浓度为1.5～3.0N的反应用碱硅酸钠溶液的配制：将模数为3.30～3.55、铁元素含量≤50ppm的低铁固状水玻璃投入滚筒蒸球内，接着向滚筒蒸球内加入处理水并通入蒸汽加热、加压，固状水玻璃在滚筒蒸球内中经高温高压溶解得到浓度约为3.35N的浓水玻璃，然后向浓水玻璃溶液中加入处理水稀释配制成浓度为1.5～3.0N的稀水玻璃；配制过程经多道简易的磁性除铁装置进行进一步的除铁处理至铁元素含量≤10ppm，最终得到透明度大于200mm的稀释水玻璃并输送至高位碱槽，此即为反应用碱。
(3)沉淀反应：将反应过程总投料体记为100份，在反应釜内加入约60～75体积份的水，蒸汽预加热至接近设定反应温度，开启搅拌后再加入1.5～3体积份的反应用碱，继续升温至反应设定温度85～95℃，接着以一定流速加入反应用碱和浓硫酸，控制反应用碱的流速为16～20体积份/h，控制浓硫酸加入速率使酸碱中和率在70～96％,加入时间为90min,接着保温30min,然后加入浓硫酸酸化至反应体系pH值为3～4.5，酸化时间10～30min,继续陈化0.5～6h。关键技术在于，通过控制酸碱中和率和陈化时间，在不增加干燥能耗的条件下，降低白炭黑产品的灼烧减量。
(4)将沉淀反应进行压滤、洗涤，接着将洗净的滤饼制浆，最后进行喷雾干燥制得白炭黑。
实施例1：
a.处理水的制备：以聚合硫酸铝作絮凝剂，按0.020kg/m3向抽取的河水中加入预先在配液槽配制好的质量浓度为12％的聚合硫酸铝溶液，河水经多级沉淀池到达斜板沉淀池，斜板沉淀池中的水经底部进入从上部流出，再从底部进入由细沙、粗砂、细石构成的砂滤池，接着再经过袋式过滤器和精密过滤器过滤得到生产用处理水。经检验：处理水中的氯离子含量约为1.2ppm，而原聚合氯化铝处理水约为9.0ppm。
b.反应用碱的制备：当量浓度为2.38N的反应用碱配制：将模数为3.30～3.55的低铁固状水玻璃投入滚筒蒸球内，接着向滚筒蒸球内加入处理水并通入蒸汽加热、加压，固状水玻璃在滚筒蒸球内中经高温高压溶解得到浓度约为3.35N的浓水玻璃，然后向浓水玻璃溶液中加入处理水稀释配制成浓度为2.38N稀水玻璃，配制过程经多道简易的磁性除铁装置进行进一步的除铁处理，最终得到透明度大于200mm的稀释水玻璃并输送至高位碱槽，此即为反应用碱。
c.沉淀反应：将反应过程总投料体记为100份，在反应釜内加入约68.0体积份的水，蒸汽预加热至接近设定反应温度，开启搅拌后再加入2.0体积份的反应用碱，继续升温至反应设定温度89℃，接着以一定流速加入反应用碱和浓硫酸，控制反应用碱的流速为18.80体积份/h，控制浓硫酸加入速率1.15体积份/h,酸碱中和率约为94.5％，加入时间为90min,接着保温30min,然后加入浓硫酸酸化控制酸化速率约为0.50体积份/h至反应体系pH值为3～4.5，继续陈化15min，接着转移至中间槽并在中间槽继续搅拌4h。
d.后续处理：将陈化后的浆料进行压滤、洗涤，接着将洗净的滤饼制浆，最后进行喷雾干燥制得白炭黑产品。
经检验本实施例制得的白炭黑产品灼烧减量为3.8，作为硅橡胶加强剂制得的硅橡胶样品无明显黄相。
实施例2：
a.处理水的制备：将聚合硫酸铝和聚丙烯酰胺复合絮凝剂，按聚合硫酸铝:聚丙烯酰胺质量比为90:10,以0.020kg/m3向抽取的河水中加入预先在配液槽配制好的总质量浓度为11％的复合絮凝剂，河水经多级沉淀池到达斜板沉淀池，斜板沉淀池中的水经底部进入从上部流出，再从底部进入由细沙、粗砂、细石构成的砂滤池，接着再经过袋式过滤器和精密过滤器过滤得到生产用处理水。经检验：处理水中的氯离子含量约为1.1ppm；原聚合氯化铝处理水约为9.0ppm。
b.反应用碱的制备：当量浓度为2.00N的反应用碱配制：将模数为3.30～3.55的低铁固状水玻璃投入滚筒蒸球内，接着向滚筒蒸球内加入处理水并通入蒸汽加热、加压，固状水玻璃在滚筒蒸球内中经高温高压溶解得到浓度约为3.35N的浓水玻璃，然后向浓水玻璃溶液中加入处理水稀释配制成浓度为2.00N稀水玻璃，配制过程经多道简易的磁性除铁装置进行进一步的除铁处理，最终得到透明度大于200mm的稀释水玻璃并输送至高位碱槽，此即为反应用碱。
c.沉淀反应：将反应过程总投料体记为100份，在反应釜内加入约66.0体积份的水，蒸汽预加热至接近设定反应温度，开启搅拌后再加入2.5体积份的反应用碱，继续升温至反应设定温度92℃，接着以一定流速加入反应用碱和浓硫酸，控制反应用碱的流速为20.00体积份/h，控制浓硫酸加入速率0.87体积份/h,酸碱中和率约为80.0％，加入时间为90min,接着保温30min,然后加入浓硫酸酸化控制酸化速率约为0.87体积份/h至反应体系pH值为3～4.5，继续陈化30min，接着转移至中间槽并可直接或继续陈化一定时间。
d.后续处理：将陈化后的浆料进行压滤、洗涤，接着将洗净的滤饼制浆，最后进行喷雾干燥制得白炭黑产品。
经检验，本实施例制得的白炭黑产品灼烧减量视中间槽老化时间在3.2～3.8之间，作为硅橡胶加强剂制得的硅橡胶样品无明显黄相。
以上两个实施例并非就此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种高抗黄变硅橡胶用白炭黑的制备方法，包括以下步骤：
(1)反应用碱硅酸钠溶液的制备：将固体水玻璃高温高压溶解并稀释，制得当量浓度为1.5～3.0N的硅酸钠溶液；
(2)硅酸钠溶液、浓硫酸和水混合进行沉淀反应；
(3)将反应后的产物进行压滤、洗涤，洗涤后的滤饼经制浆、喷雾干燥后制得灼烧减量<3.8％的低灼烧减量白炭黑产品；
其特征是：
所述固体水玻璃为铁元素含量≤50ppm的低铁固体水玻璃，制得的当量浓度为1.5～3.0N的硅酸钠溶液其铁元素含量≤10ppm；该硅酸钠溶液的配制操作是：将模数为3.30～3.55、铁元素含量≤50ppm的低铁固状水玻璃投入滚筒蒸球内，然后向滚筒蒸球内加入处理水并通入蒸汽加热、加压，固状水玻璃在滚筒蒸球内经高温高压溶解得到浓度为3.35N的浓水玻璃，再向浓水玻璃溶液中加入处理水稀释成当量浓度为1.5～3.0N的稀水玻璃；配制过程经多道磁性除铁装置进行除铁处理至铁元素含量≤10ppm，最终得到透明度大于200mm的稀释水玻璃并输送至高位碱槽，此即为反应用碱；
所述沉淀反应是在反应釜内加入体积比60～75％的水，蒸汽预加热至75～85℃，开启搅拌后再加入体积比1.5～3％的反应用碱，继续升温至反应设定温度85～95℃，接着加入反应用碱和浓硫酸，控制反应用碱的流速为16～20％体积份/h，同时控制浓硫酸加入速率，使酸碱中和率控制在70～96％,加入时间为90min,接着保温30min,然后加入浓硫酸酸化至反应体系pH值为3～4.5，酸化时间10～30min,继续陈化0.5～6h；通过控制酸碱中和率和陈化时间，在不增加干燥能耗的条件下，降低白炭黑产品的灼烧减量；所有生产、洗涤用水均为经聚合硫酸铝或由聚合硫酸铝与聚丙烯酰胺组成的复合絮凝剂作为絮凝剂制得的氯离子含量约为1.1ppm或氯离子含量约为1.2ppm的低氯处理水；该低氯处理水的处理过程是：先向外来供水中加入聚合硫酸铝絮凝剂或由聚合硫酸铝与聚丙烯酰胺组成的复合絮凝剂，经多级沉淀池后该水到达斜板沉淀池，斜板沉淀池中的水从底部进入经上部流出，再从底部进入由细沙、粗砂、细石构成的砂滤池，最后经过袋式过滤器和精密过滤器过滤得到氯离子含量较低的处理水。
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GR01 Patent grant
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