CN111017939A - 一种高分散二氧化硅的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了二氧化硅制备方法技术领域的一种高分散二氧化硅的制备方法，用规定的水玻璃和浓硫酸作为原材料，通过底液中完全不加水玻璃，使水玻璃和稀硫酸在完全水溶液和一定条件下直接化学合成，且通过控制体系pH的梯度增加来不断调整二氧化硅粒子的粒径分布，然后在加硫酸酸化过程中引入电解质（硫酸钠溶液），电解质能有效阻止生成的二氧化硅粒子紧密团聚，最后对压滤后的二氧化硅以正丁醇作为分散剂进行共沸干燥，再次阻止二氧化硅粒子间的相互接触和凝聚，调整二氧化硅粒径的分布，本发明提供了一种高分散二氧化硅的制备方法，沉淀得到的二氧化硅原始粒子粒径分布均匀，最终形成的二氧化硅粒子更易分散到橡胶中，电解质能有效阻二氧化硅粒子紧密团聚，二氧化硅粒子分散更加均匀。

Description

一种高分散二氧化硅的制备方法
技术领域
本发明涉及二氧化硅制备方法技术领域，具体为一种高分散二氧化硅的制备方法。
背景技术
二氧化硅能为胶粘剂和密封胶提供各种优势，可以增强固化的胶粘剂的强度，沉淀二氧化硅是合成橡胶的良好补强剂，其补强性能仅次于炭黑，若经超细化和恰当的表面处理后，甚至优于炭黑，特别是制造白色、彩色及浅色橡胶制品时更为适用，二氧化硅作为补强填充材料广泛应用于弹性材料或橡胶材料中。
在橡胶配方中添加二氧化硅可以提高胶料的物理性能，但在现有的二氧化硅合成过程中，先在工艺热水中混合少量水玻璃作为反应底液，那么后续加入酸时，形成的粒子附聚体容易聚结，使二氧化硅合成不彻底，不利于其在橡胶中分散，而且在水玻璃和硫酸混合反应过程中，由于工序较为简单，且pH的直接调控等操作，不利于阻止凝胶的形成，合成的二氧化硅分散能力较差，造成补强效果不佳。
基于此，本发明设计了一种高分散二氧化硅的制备方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高分散二氧化硅的制备方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高分散二氧化硅的制备方法，包括如下步骤：
S1、底液：确认反应釜内完全清洁，全部阀门状态正确后，将30~38m3的工艺热水加入到反应釜，以40转/分的转速搅拌，通过导入蒸汽的方式对工艺热水直接加热，温度控制在80~95℃；
S2、化学合成：（以化学合成中加入的硫酸的流率为1份计算）将水玻璃、硫酸和稀释水分别以0.5份m3/h、1份m3/h和3份m3/h的流率同时加入到反应釜中，当体系的pH达到5.0~5.5，停止硫酸和稀释水的加入，保持原有的流率继续加入水玻璃，当体系的pH达到7.5~8.0，暂停加入水玻璃，搅拌30min后，保持原有的流率继续加入水玻璃，当体系的pH达到10.0~10.5，停止水玻璃的加入，搅拌30min后，将硫酸和稀释水分别以0.5份m3/h和3份m3/h的流率加入到反应釜中，同时加入钠盐溶液，流率设置为1份m3/h，钠盐溶液加入完毕后，硫酸和稀释水继续加入，并维持硫酸流率为0.5份m3/h，稀释水流率为3份m3/h，直至体系pH达4.5~4.9，停止硫酸的加入，化学合成完成；
S3、料浆老化：料浆后酸化完成后，保持40转/分的搅拌速度继续搅拌30min，不升温，再次检测料浆pH值，微调料浆pH值至4.5~4.9即可；
S4、将老化后所得的料浆通过板框压滤机进行压滤洗涤，得到二氧化硅湿滤饼，将二氧化硅湿滤饼分散于正丁醇中，进行加热共沸干燥，除去水分后，即得到二氧化硅产品。
优选的，所述水玻璃的模数为3.20~3.60，摩尔浓度1.20~1.26mol/L，透明度>120cm、且无杂质，可溶性铁<250ppm，可溶性铝<6000ppm。
优选的，所述S2化学合成过程始终保持40转/分的搅拌速度。
优选的，所述S2的钠盐溶液中硫酸钠的含量在15.0+2.0%范围内。
优选的，经过所述S4的经过干燥后所得二氧化硅产品的含水量为5～7％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：底液中完全不加水玻璃，使水玻璃和稀硫酸在完全水溶液和一定条件下直接化学合成，使原始粒子在原核的长大过程中的结合力减弱；另外，在化学合成中通过控制体系pH的梯度增加，来不断调整二氧化硅粒子的粒径分布，避免团聚，这样生成的二氧化硅原始粒子大小均匀，然后在加硫酸酸化过程中引入电解质（硫酸钠溶液），电解质能有效阻止生成的二氧化硅粒子紧密团聚，从而使最终产品在橡胶应用中得到更好地分散；对压滤后的二氧化硅以正丁醇作为分散剂进行共沸干燥，再次阻止二氧化硅粒子间的相互接触和凝聚，调整二氧化硅粒径的分布，使二氧化硅粒子分散更加均匀。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明产品综合指标对比表。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：一种高分散二氧化硅的制备方法，包括以下原材料和设备：
（1）原材料：
水玻璃：模数3.20~3.60，摩尔浓度1.20~1.26mol/L，透明度>120cm、无杂质，可溶性铁<250ppm，可溶性铝<6000ppm；
硫酸：浓度>98%，透明度>100mm、无杂质；
工艺热水：温度80~90℃，无杂质；
钠盐溶液：摩尔浓度15.0+2.0%；
蒸汽：压力>3.0kg/cm2。
（2）设备：
A、反应过程主要设备：
不锈钢反应釜：体积90m3，带挡流板；
搅拌器：转速20~80转/分，可变频转速，双层桨叶电机功率25KW；
自动调节阀和自动切断阀；
自动控制程序。
B、洗涤过程设备：
板框压滤机；
可变频控速的进料泵和水洗泵；
高效制浆机。
S1、底液：确认反应釜内完全清洁，全部阀门状态正确后，将定量的工艺热水（30~38m3，依产品要求的比表面积确定具体量）加入到反应釜，以40转/分的转速搅拌，然后通过蒸汽导入反应釜的方式对工艺热水进行直接加热，温度升至80~95℃；
S2、化学合成：（以化学合成中加入的硫酸流率为1份计算）将水玻璃、硫酸和稀释水分别以0.5份m3/h、1份m3/h和3份m3/h的流率同时加入到反应釜中，当体系的pH达到5.0~5.5，停止硫酸和稀释水的加入，保持原有的流率继续加入水玻璃，当体系的pH达到7.5~8.0，暂停加入水玻璃，40转/分的搅拌速度搅拌30min后，保持原有的流率继续加入水玻璃，当体系的pH达到10.0~10.5，停止水玻璃的加入，以40转/分的搅拌速度搅拌30min后，将硫酸和稀释水分别以0.5份m3/h和3份m3/h的流率加入到反应釜中，同时加入钠盐溶液（Na2SO4），流率设置为1份m3/h，钠盐溶液加入完毕后，硫酸和稀释水继续加入，并维持硫酸流率为0.5份m3/h，稀释水流率为3份m3/h，直至体系pH达4.5~4.9，停止硫酸的加入，化学合成完成；
S3、料浆老化：后酸化完成后，保持40转/分的搅拌速度继续搅拌30min，不升温，再次检测料浆pH值，微调料浆pH值至4.5~4.9即可；
S5、将老化后所得的料浆通过板框压滤机进行压滤洗涤，得到二氧化硅湿滤饼，将二氧化硅湿滤饼分散于正丁醇中，进行加热共沸干燥，除去水分后，即得到二氧化硅产品。
以上实施例制得的二氧化硅产品性能指标与我司传统工艺得ZJ-1355mp二氧化硅产品对比分析见图1。
从图1可以看出，实施例的中位粒径比ZJ-1355mp二氧化硅的更小，且颗粒占比R18基本为零，比表面积也更佳，说明底液中完全不加水玻璃以及化学合成中控制体系pH的梯度增加，然后在加硫酸酸化时引入电解质（硫酸钠溶液），都能够使最终产品在橡胶应用中得到更好分散，压滤后以正丁醇为分散剂对滤饼进行共沸干燥，再次阻止二氧化硅粒子间的相互接触和凝聚，调整二氧化硅的孔径分布，使二氧化硅粒子分散更加均匀。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种高分散二氧化硅的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、底液：确认反应釜内完全清洁，全部阀门状态正确后，将30~38m3的工艺热水加入到反应釜，以40转/分的转速搅拌，通过导入蒸汽的方式对工艺热水直接加热，温度控制在80~95℃；
S2、化学合成：（以化学合成中加入的硫酸的流率为1份计算）将水玻璃、硫酸和稀释水分别以0.5份m3/h、1份m3/h和3份m3/h的流率同时加入到反应釜中，当体系的pH达到5.0~5.5，停止硫酸和稀释水的加入，保持原有的流率继续加入水玻璃，当体系的pH达到7.5~8.0，暂停加入水玻璃，搅拌30min后，保持原有的流率继续加入水玻璃，当体系的pH达到10.0~10.5，停止水玻璃的加入，搅拌30min后，将硫酸和稀释水分别以0.5份m3/h和3份m3/h的流率加入到反应釜中，同时加入钠盐溶液，流率设置为1份m3/h，钠盐溶液加入完毕后，硫酸和稀释水继续加入，并维持硫酸流率为0.5份m3/h，稀释水流率为3份m3/h，直至体系pH达4.5~4.9，停止硫酸的加入，化学合成完成；
S3、料浆老化：料浆后酸化完成后，保持40转/分的搅拌速度继续搅拌30min，不升温，再次检测料浆pH值，微调料浆pH值至4.5~4.9即可；
S4、将老化后所得的料浆通过板框压滤机进行压滤洗涤，得到二氧化硅湿滤饼，将二氧化硅湿滤饼分散于正丁醇中，进行加热共沸干燥，除去水分后，即得到二氧化硅产品。
2.根据权利要求1所述的一种高分散二氧化硅的制备方法，其特征在于：所述水玻璃的模数为3.20~3.60，摩尔浓度1.20~1.26mol/L，透明度>120cm、且无杂质，可溶性铁<250ppm，可溶性铝<6000ppm。
3.根据权利要求1所述的一种高分散二氧化硅的制备方法，其特征在于：所述S2化学合成过程始终保持40转/分的搅拌速度。
4.根据权利要求1所述的一种高分散二氧化硅的制备方法，其特征在于：所述S2的钠盐溶液中硫酸钠的含量在15.0+2.0%范围内。
5.根据权利要求1所述的一种高分散二氧化硅的制备方法，其特征在于：经过所述S4的经过干燥后所得二氧化硅产品的含水量为5～7％。
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