CN111137901A - 一种高性能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性能二氧化硅的制备方法，将配制得到的水玻璃溶液经过熟化，并加入复合螯合剂，合成反应采用硫酸和水为原料，分步加入水玻璃溶液的方式反应，先以一定较低流率往硫酸内注入水玻璃溶液，当快接近反应终点时，将水玻璃溶液以小流率缓慢滴加，能够准确控制终点pH，接着以较大的酸流率实现快速过酸，从碱性至酸性尽量减少物料处于中性时间，最后利用分散液对二氧化硅浓浆进行改性和干燥，得到二氧化硅产品，本发明提供了一种高性能二氧化硅的制备方法，制备得到高纯度、高吸油值和分散性好的二氧化硅，用于橡胶补强剂能够明显提高橡胶的性能。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化硅制备方法技术领域，具体为一种高性能二氧化硅的制备方法。
背景技术
目前常规生产二氧化硅的方法主要有气相法和沉淀法，而沉淀法二氧化硅因为生产工艺简单、成本低、产量大而被广泛使用。由于二氧化硅具有特殊的表面结构（带有表面羟基和吸附水）、特殊的颗粒形态（粒子小、比表面积大等）和独特的物理化学性能，使得二氧化硅广泛应用在橡胶、塑料、涂料、医药、日用化工等诸多领域。
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，将水玻璃、硫酸和稀释水直接混合进行反应，生产的二氧化硅内部的聚硅氧和外表面存在的活性硅醇基及其吸附水特性，使其呈亲水性，将二氧化硅添加入橡胶等材料后，二氧化硅难以在有机相中湿润和分散，造成橡胶产品补强效果不佳，性能不高等问题。
基于此，本发明设计了一种高性能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性能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：一种高性能二氧化硅的制备方法，包括如下步骤：
S1、水玻璃的配制：将一定量的固体硅酸钠和水加入到溶解装置后，密封溶解装置，加压至0.6~1.0Mpa，且温度保持在150~200℃，待固体硅酸钠完全溶解后，配制得到水玻璃溶液浓度为1.0~1.1mol/L；
S2、水玻璃的熟化：将配制好的水玻璃溶液输送至中转槽脱蒸汽，在水玻璃溶液中添加所加固体硅酸钠质量的0.1~0.2%的复合螯合剂，温度控制在100℃，熟化1h后得熟化后的水玻璃溶液。
S3、合成反应：将一定量的硫酸和水先加到反应釜中，以40转/分的转速混合搅拌30min后，升温至80~90℃，然后以1.0~1.5m3/h的流率向反应釜中加入水玻璃溶液，至反应体系的pH值为8.0~8.5，减小水玻璃溶液的滴加速度，控制以0.1~0.2m3/h的流率缓慢注入反应釜中，直至pH为9.5达到滴加终点，停止水玻璃溶液的加入，加大搅拌速率为100转/分，将硫酸以1.5m3/h的流率注入反应釜中，进行快速过酸，直至pH达5.0~5.5，反应结束；
S4、将反应得到的稀浆料经过过滤、洗涤得到滤饼，滤饼经打浆工艺得到二氧化硅浓浆；
S5、先将改性剂、分散剂和水按重量比为1：1：10的比例混合搅拌均匀得到分散液备用，将上述得到的二氧化硅浓浆送入离心干燥系统中干燥，同时，开启压力式雾化器，将配制好的分散剂以雾化的形式喷入干燥塔中，得高性能二氧化硅产品。
优选的，所述S2中复合螯合剂由柠檬酸钠和N-酰乙基乙二胺三乙酸按其质量比1:2组合而成。
优选的，所述S2中将配制好的水玻璃溶液输送至中转槽脱蒸汽，脱除的热蒸汽通过管道注入水槽，可直接对水槽内的水加热，使热量循环利用。
优选的，所述S5中的改性剂为乙醇，分散剂为正丁醇。
优选的，所述S5中干燥系统温度设置为300～400℃。
优选的，所述S5中压力式雾化器的雾化压力设置为0.2～0.5Mpa。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：复合螯合剂在水玻璃的熟化过程中，可与水玻璃中的杂质金属离子发生络合反应，生产的产物不易被二氧化硅粒子包覆，从而减少对二氧化硅沉淀纯度的影响，增大二氧化硅产品的纯度；合成反应采用硫酸和水为原料，分步加入水玻璃溶液的方式反应，先以一定较低流率往硫酸内注入水玻璃溶液，当快接近反应终点时，将水玻璃溶液以小流率缓慢滴加，能够准确控制终点pH，接着以较大的酸流率实现快速过酸，从碱性至酸性尽量减少物料处于中性时间，使产品分散性更好，二氧化硅粒子的比表面积和孔容分布更大，使二氧化硅的吸油值提高，最后利用分散液对二氧化硅浓浆进行改性，再次阻止二氧化硅粒子的相互接触和凝聚，调整粒径的分布，整个过程制备得到高纯度、高吸油值和分散性好的二氧化硅，用于橡胶补强剂能够明显提高橡胶的性能。
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为本发明各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。
实施例1
S1、水玻璃的配制：将一定量的固体硅酸钠和水加入到溶解装置后，密封溶解装置，加压至0.8Mpa，且温度保持在150℃，待固体硅酸钠完全溶解后，配制得到水玻璃溶液浓度为1.0mol/L；
S2、水玻璃的熟化：将配制好的水玻璃溶液输送至中转槽脱蒸汽，在水玻璃溶液中添加所加固体硅酸钠质量的0.1%的复合螯合剂，温度控制在100℃，熟化1h后得熟化后的水玻璃溶液，复合螯合剂由柠檬酸钠和N-酰乙基乙二胺三乙酸按其质量比1:2组合而成，脱除的热蒸汽通过管道注入水槽，可直接对水槽内的水加热，使热量循环利用。
S3、合成反应：将一定量的硫酸和水先加到反应釜中，以40转/分的转速混合搅拌30min后，升温至80~90℃，然后以1.0~1.5m3/h的流率向反应釜中加入水玻璃溶液，至反应体系的pH值为8.0~8.5，减小水玻璃溶液的滴加速度，控制以0.1~0.2m3/h的流率缓慢注入反应釜中，直至pH为9.5达到滴加终点，停止水玻璃溶液的加入，加大搅拌速率为100转/分，将硫酸以1.5m3/h的流率注入反应釜中，进行快速过酸，直至pH达5.0~5.5，反应结束；
S4、将反应得到的稀浆料经过过滤、洗涤得到滤饼，滤饼经打浆工艺得到二氧化硅浓浆；
S5、先将改性剂（乙醇）、分散剂（正丁醇）和水按重量比为1：1：10的比例混合搅拌均匀得到分散液备用，将上述得到的二氧化硅浓浆送入离心干燥系统中干燥，干燥系统温度设置为400℃，同时，开启压力式雾化器，压力式雾化器的雾化压力为0.3Mpa，将配制好的分散剂以雾化的形式喷入干燥塔中，得高性能二氧化硅产品。
实施例2
S1、水玻璃的配制：将一定量的固体硅酸钠和水加入到溶解装置后，密封溶解装置，加压至0.8Mpa，且温度保持在150℃，待固体硅酸钠完全溶解后，配制得到水玻璃溶液浓度为1.1mol/L；
S2、水玻璃的熟化：将配制好的水玻璃溶液输送至中转槽脱蒸汽，在水玻璃溶液中添加所加固体硅酸钠质量的0.2%的复合螯合剂，温度控制在100℃，熟化1h后得熟化后的水玻璃溶液，复合螯合剂由柠檬酸钠和N-酰乙基乙二胺三乙酸按其质量比1:2组合而成，脱除的热蒸汽通过管道注入水槽，可直接对水槽内的水加热，使热量循环利用。
S3、合成反应：将一定量的硫酸和水先加到反应釜中，以40转/分的转速混合搅拌30min后，升温至80~90℃，然后以1.0~1.5m3/h的流率向反应釜中加入水玻璃溶液，至反应体系的pH值为8.0~8.5，减小水玻璃溶液的滴加速度，控制以0.1~0.2m3/h的流率缓慢注入反应釜中，直至pH为9.5达到滴加终点，停止水玻璃溶液的加入，加大搅拌速率为100转/分，将硫酸以1.5m3/h的流率注入反应釜中，进行快速过酸，直至pH达5.0~5.5，反应结束；
S4、将反应得到的稀浆料经过过滤、洗涤得到滤饼，滤饼经打浆工艺得到二氧化硅浓浆；
S5、先将改性剂（乙醇）、分散剂（正丁醇）和水按重量比为1：1：10的比例混合搅拌均匀得到分散液备用，将上述得到的二氧化硅浓浆送入离心干燥系统中干燥，干燥系统温度设置为400℃，同时，开启压力式雾化器，压力式雾化器的雾化压力为0.3Mpa，将配制好的分散剂以雾化的形式喷入干燥塔中，得高性能二氧化硅产品。
对比例
S1、水玻璃的配制：将一定量的固体硅酸钠和水加入到溶解装置后，密封溶解装置，加压至0.8Mpa，且温度保持在150℃，待固体硅酸钠完全溶解后，配制得到水玻璃溶液浓度为1.0mol/L；
S2、合成反应：将所需硫酸和水加到反应釜中，以40转/分的转速混合搅拌30min后，升温至80~90℃，然后以1.0~1.5m3/h的流率向反应釜中加入水玻璃溶液，直至pH为9.5达到滴加终点，停止水玻璃溶液的加入，将硫酸以1.5m3/h的流率注入反应釜中，进行快速过酸，直至pH达5.0~5.5，反应结束；
S3、将反应得到的稀浆料经过过滤、洗涤得到滤饼，滤饼经打浆工艺得到二氧化硅浓浆；
S4、将得到的二氧化硅浓浆送入离心干燥系统中干燥，干燥系统温度设置为400℃，得二氧化硅产品。
实施例1-2和对比例中二氧化硅产品的综合指标对比表如图1所示。
从图1可以看出，实施例1-2的粒径均比对比例的小，且吸油值更高，制备得到的橡胶性能也更加优异，说明本发明制备得到高吸油值和分散性好的高性能二氧化硅，用于橡胶补强剂能够明显提高橡胶的性能。
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 (7)
1.一种高性能二氧化硅的制备方法的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、水玻璃的配制：将一定量的固体硅酸钠和水加入到溶解装置后，密封溶解装置，加压至0.6~1.0Mpa，且温度保持在150~200℃，待固体硅酸钠完全溶解后，配制得到水玻璃溶液浓度为1.0~1.1mol/L；
S2、水玻璃的熟化：将配制好的水玻璃溶液输送至中转槽脱蒸汽，在水玻璃溶液中添加所加固体硅酸钠质量的0.1~0.2%的复合螯合剂，温度控制在100℃，熟化1h后得熟化后的水玻璃溶液。
2.S3、合成反应：将一定量的硫酸和水先加到反应釜中，以40转/分的转速混合搅拌30min后，升温至80~90℃，然后以1.0~1.5m3/h的流率向反应釜中加入水玻璃溶液，至反应体系的pH值为8.0~8.5，减小水玻璃溶液的滴加速度，控制以0.1~0.2m3/h的流率缓慢注入反应釜中，直至pH为9.5达到滴加终点，停止水玻璃溶液的加入，加大搅拌速率为100转/分，将硫酸以1.5m3/h的流率注入反应釜中，进行快速过酸，直至pH达5.0~5.5，反应结束；
S4、将反应得到的稀浆料经过过滤、洗涤得到滤饼，滤饼经打浆工艺得到二氧化硅浓浆；
S5、先将改性剂、分散剂和水按重量比为1：1：10的比例混合搅拌均匀得到分散液备用，将上述得到的二氧化硅浓浆送入离心干燥系统中干燥，同时，开启压力式雾化器，将配制好的分散剂以雾化的形式喷入干燥塔中，得高性能二氧化硅产品。
3.根据权利要求1所述的一种高性能二氧化硅的制备方法，其特征在于：所述S2中复合螯合剂由柠檬酸钠和N-酰乙基乙二胺三乙酸按其质量比1:2组合而成。
4.根据权利要求1所述的一种高性能二氧化硅的制备方法，其特征在于：所述S2中将配制好的水玻璃溶液输送至中转槽脱蒸汽，脱除的热蒸汽通过管道注入水槽，可直接对水槽内的水加热，使热量循环利用。
5.根据权利要求1所述的一种高性能二氧化硅的制备方法，其特征在于：所述S5中的改性剂为乙醇，分散剂为正丁醇。
6.根据权利要求1所述的一种高性能二氧化硅的制备方法，其特征在于：所述S5中干燥系统温度设置为300～400℃。
7.根据权利要求1所述的一种高性能二氧化硅的制备方法，其特征在于：所述S5中压力式雾化器的雾化压力设置为0.2～0.5Mpa。
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