CN111592002B - 一种高补强高透明易分散白炭黑的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高补强高透明易分散白炭黑的制备方法，具体包括以下步骤：冰醋酸和氯气反应生成的氯化氢气体经降膜吸收塔被水吸收成为副产盐酸，将副产盐酸和水玻璃加入水玻璃与水混合的液碱溶液中，经过搅拌加热形成料液，将料液经过滤机过滤形成白炭黑料饼，将料饼放入打浆机中制成浆料，制好的浆料经喷雾干燥后制得成品；本发明中采用氯乙酸生产过程中产生的副产物副产盐酸为主要原料，代替盐酸和硫酸，节约了产品成本且保护了环境，实现了循环经济的概念，能够实现工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种白炭黑的制备方法，具体的说，涉及一种副产盐酸生产高强补、高透明且易分散的白炭黑制备方法，属于化工生产技术领域。
背景技术
白炭黑又名二氧化硅，其形状为白色无定形粉末，质轻而松散，能溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和酸。白炭黑耐高温、不燃、无味无嗅且具有很好的电绝缘性,白炭黑表面具有很强的吸水性，其表面积和分散能力都很大，机械强度和抗撕指标均很高，白炭黑高温不分解，绝缘性高，具有粒子小、比表面积大、结构高等特点。主要用作橡胶工业优良的浅色补强剂，润滑剂、绝缘材料等。
白炭黑的生产工艺可以分为气相法生产和沉淀法生产，其中气相法白炭黑在工业发展中有着不可缺失的作用，除了传统的应用行业外，还必将应用于新的领域，但由于其价格较高，往往限制了其更加广泛的应用，如在橡胶行业中，目前仍大量使用沉淀法白炭黑。
如申请号为CN201210476263.0的专利文献就公开了一种白炭黑的制备方法及白炭黑，该专利中将水玻璃与浓硫酸混合得到白炭黑合成液，由于硫酸的使用量较大，导致生产成本升高，不利于工业化的生产和使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种副产盐酸生产的高补强、高透明、易分散的白炭黑。
为了解决上述技术方案，本发明提供如下技术方案：
一种副产盐酸生产的高补强、高透明、易分散白炭黑的制备方法，具体包括如下步骤：
S1、将定量的冰醋酸加入反应釜中并通入定量的氯气，反应生成氯乙酸液体和氯化氢气体；
S2、将氯化氢气体经降膜吸收塔被水吸收成为副产盐酸；
S3、将水玻璃加入水中，制得液碱溶液；
S4、在搅拌状态下向液碱溶液中加入水玻璃和副产盐酸，在反应过程的最后阶段停止加入水玻璃并继续加入副产盐酸，得到料液；
S5、将料液经过板框过滤机过滤得到白炭黑料饼，白炭黑经工艺水洗涤去除氯化钠成分；
S6、将去除氯化钠成分的白炭黑料饼放入打浆机内得到浆料；
S7、将浆料经喷雾干燥后经包装机制成白炭黑成品。
以下是本发明对上述技术方案的进一步优化：
所述S1中冰醋酸与氯气在反应釜中反应的化学方程式为：
Cl2+CH3COOH→ClCH2COOH+HCl↑。
进一步优化：所述S1中冰醋酸与氯气在80-90℃的反应釜中反应30-35h。
进一步优化：所述S3中在水中反应的化学方程式为：
Na2O·mSiO2+2HCl→mSiO2·H2O↓+2NaCl。
进一步优化：所述水玻璃的模数为3.3-3.5，物质的量浓度（以Na2O计）为1.1-1.5mol/L，副产盐酸的质量浓度为18-31%。
进一步优化：所述S3中液碱溶液的PH值控制在9-11之间。
进一步优化：所述S4中反应过程中的搅拌速度为20-65r/min，反应温度为65-85℃。
进一步优化：所述S4中加入水玻璃的流量与副产盐酸的流量之比为3-7:1，PH值为9-11。
进一步优化：所述S4中加入的水玻璃与S3中加入水玻璃的量之比为14-18:1。
进一步优化：所述S4中当PH为3-6时停止加入副产盐酸。
进一步优化：所述S5中料液在压力为0.7-0.8MPa的压滤机用水压为0.8-0.9MPa的工艺水洗涤60-90min，洗涤结束时的出液电导率4-8ms/cm。
进一步优化：所述S6中将白炭黑料饼放入打浆机中打浆90min，其中氯化钠的含量控制在＜1%。
进一步优化：所述S7中将打好的浆料送入转速为9000-11000r/min雾化机中，雾化器甩出的小水滴与通入温度为500-600℃天燃气的干燥塔的热空气接触，实现干燥，其中在干燥塔内的流速为0.2-0.3m/s。
进一步优化：所述S7中将干燥好的粉末以12-14m/s的流速进入入口压力为负压为500-800Pa的布袋除尘器经收集后进入料仓，经包装成为白炭黑成品。
本发明采用上述技术方案具有以下有益效果：
本发明采用副产品盐酸为原料，代替了盐酸或硫酸，副产盐酸为氯乙酸生产过程中产生的副产物，其用途较少，且对环境有一定的危害，而本发明中利用氯乙酸生产中的副产物为原料来制备白炭黑，利用此种副产物不仅有利于环境的保护，而且此产品成本较低，实现了循环经济概念，能够实现工业化生产。
本发明中所制备的白炭黑在橡胶胶料产品的使用中其拉伸强度较强，其拉伸强度可以达到23MPa，在橡胶产品中的透明度为2度，分散度可以达到9级，因此本发明中所制备的白炭黑具有高补强高透明易分散的特点。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：一种副产盐酸生产的高补强、高透明、易分散白炭黑的制备方法，具体包括如下步骤：
S1、将定量的冰醋酸放入反应釜中，向反应釜中通入定量的氯气，在80℃的反应釜中反应30h，生成氯乙酸液体和氯化氢气体，其中在反应釜中的反应时的化学方程式为：Cl2+CH3COOH→ClCH2COOH+HCl↑。
S2、氯化氢气体经降膜吸收塔被水吸收成为副产盐酸。
S3、将模数为3.3的水玻璃加入水中，调制成PH 为9的液碱溶液，其中在水中的反应的化学方程式为：Na2O·mSiO2+2HCl→mSiO2·H2O↓+2NaCl。
S4、开动搅拌反应物料，将并流的水玻璃和副产盐酸按照流量比为3:1加入到速度为20r/min反应温度为65℃的搅拌机中，其中PH值为9，并流的水玻璃与S1中加入的水玻璃的量比为14:1，在反应最后阶段只加入副产盐酸，当PH为3时停止加液，得到料液。
S5、料液经离心泵进入压力为0.7MPa压滤机滤室，用水压为0.8MPa的工艺水洗涤60min，洗至出液的电导率4ms/cm时洗涤结束，料液经板框过滤机过滤得到白炭黑料饼。
S6、将白炭黑料饼送入打浆机中打浆，打浆全过程在90min，当打浆机电机的电流降至最高电流的1/2时，打浆结束。
S7、将打浆好的浆料用螺杆泵送入转速为9000r/min的雾化器中，雾化器甩出的小液滴在干燥塔内与热空气接触，水分瞬间蒸发，实现干燥的目的，热空气有天燃气燃烧加热制得，温度为500℃，蒸发掉水分的粉末被空气流带到布袋除尘器收集后进入料仓，经包装机包装成为产品，蒸发掉水分的粉末在干燥塔内的流速为0.2m/s，进入布袋除尘器时的流速为12m/s，布袋除尘器入口压力表压为负压500Pa。
经布袋除尘器后收集进入料仓，经包装机成为高补强高透明易分散的白炭黑成品。
实施例2：一种副产盐酸生产的高补强、高透明、易分散白炭黑的制备方法，具体包括如下步骤：
S1、将定量的冰醋酸放入反应釜中，向反应釜中通入定量的氯气，在85℃的反应釜中反应33h，生成氯乙酸液体和氯化氢气体，其中在反应釜中的反应时的化学方程式为：Cl2+CH3COOH→ClCH2COOH+HCl↑。
S2、氯化氢气体经降膜吸收塔被水吸收成为副产盐酸。
S3、将模数为3.4的水玻璃加入水中，调制成PH 为10的液碱溶液，其中在水中的反应的化学方程式为：Na2O·mSiO2+2HCl→mSiO2·H2O↓+2NaCl。
S4、开动搅拌反应物料，将并流的水玻璃和副产盐酸按照流量比为5:1加入到速度为43r/min反应温度为75℃的搅拌机中，其中PH值为10，并流的水玻璃与S1中加入的水玻璃的量比为16:1，在反应最后阶段只加入副产盐酸，当PH为3时停止加液，得到料液。
S5、料液经离心泵进入压力为0.75MPa压滤机滤室，用水压为0.85MPa的工艺水洗涤75min，洗至出液的电导率6ms/cm时洗涤结束，料液经板框过滤机过滤得到白炭黑料饼。
S6、将白炭黑料饼送入打浆机中打浆，打浆全过程在90min，当打浆机电机的电流降至最高电流的1/2时，打浆结束。
S7、将打浆好的浆料用螺杆泵送入转速为10000r/min的雾化器中，雾化器甩出的小液滴在干燥塔内与热空气接触，水分瞬间蒸发，实现干燥的目的，热空气有天燃气燃烧加热制得，温度为550℃，蒸发掉水分的粉末被空气流带到布袋除尘器收集后进入料仓，经包装机包装成为产品，蒸发掉水分的粉末在干燥塔内的流速为0.25m/s，进入布袋除尘器时的流速为13m/s，布袋除尘器入口压力表压为负压650Pa。
经布袋除尘器后收集进入料仓，经包装机成为高补强高透明易分散的白炭黑成品。
实施例3：一种副产盐酸生产的高补强、高透明、易分散白炭黑的制备方法，具体包括如下步骤：
S1、将定量的冰醋酸放入反应釜中，向反应釜中通入定量的氯气，在90℃的反应釜中反应35h，生成氯乙酸液体和氯化氢气体，其中在反应釜中的反应时的化学方程式为：Cl2+CH3COOH→ClCH2COOH+HCl↑。
S2、氯化氢气体经降膜吸收塔被水吸收成为副产盐酸。
S3、将模数为3.5的水玻璃加入水中，调制成PH 为11的液碱溶液，其中在水中的反应的化学方程式为：Na2O·mSiO2+2HCl→mSiO2·H2O↓+2NaCl。
S4、开动搅拌反应物料，将并流的水玻璃和副产盐酸按照流量比为7:1加入到速度为65r/min反应温度为85℃的搅拌机中，其中PH值为11，并流的水玻璃与S1中加入的水玻璃的量比为18:1，在反应最后阶段只加入副产盐酸，当PH为3时停止加液，得到料液。
S5、料液经离心泵进入压力为0.8MPa压滤机滤室，用水压为0.9MPa的工艺水洗涤90min，洗至出液的电导率8ms/cm时洗涤结束，料液经板框过滤机过滤得到白炭黑料饼。
S6、将白炭黑料饼送入打浆机中打浆，打浆全过程在90min，当打浆机电机的电流降至最高电流的1/2时，打浆结束。
S7、将打浆好的浆料用螺杆泵送入转速为11000r/min的雾化器中，雾化器甩出的小液滴在干燥塔内与热空气接触，水分瞬间蒸发，实现干燥的目的，热空气有天燃气燃烧加热制得，温度为600℃，蒸发掉水分的粉末被空气流带到布袋除尘器收集后进入料仓，经包装机包装成为产品，蒸发掉水分的粉末在干燥塔内的流速为0.3m/s，进入布袋除尘器时的流速为14m/s，布袋除尘器入口压力表压为负压800Pa。
经布袋除尘器后收集进入料仓，经包装机成为高补强高透明易分散的白炭黑成品。
结论分析
对本发明的方法所生产的白炭黑进行质量指标检测分析结果，检测结果如下表所示：
根据上表所述的检测指标可知本发明中生产的白炭黑质量要优于现有技术中生产的白炭黑质量，尤其是本发明方法所制备的白炭黑的比表面积的检测结果明显优于现有技术，因此本发明所生产的白炭黑具有高补强的特点。
以下对本发明中所生产的白炭黑进行产品特征检测，与现有技术检测结果进行对比。
拉伸强度：使用橡胶拉力试验机对填充白炭黑的橡胶硫化胶胶片进行检测。
分散度：切割填充有白炭黑的橡胶胶料，观测放大的新鲜暴露面，使用目视显微镜放大100X进行检测，其中10级表示最佳的分散状态，1级表示最差的分散状态。
透明度：填充有白炭黑的橡胶胶料，经硫化机硫化制成厚度2mm的胶片，经胶片遮挡后观察不同大小的字母，字母大小共分为7级，能清晰辨别哪一级即对应透明度几级，其中1级表示透明度最佳，7级表示透明度最差。
根据上表可知，本发明所述生产的白炭黑与现有技术中的白炭黑对比结果，本发明中白炭黑所制备产品的拉伸强度、分散度和透明度明显优于现有技术生产的白炭黑，尤其是本发明中实施例2生产的白炭黑更优于其他实施例的白炭黑。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种高补强高透明易分散白炭黑的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：
S1、将定量的冰醋酸加入反应釜中并通入定量的氯气，冰醋酸与氯气在80-90℃的反应釜中反应30-35h，生成氯乙酸液体和氯化氢气体；其中冰醋酸与氯气在反应釜中反应的化学方程式为：Cl2+CH3COOH→ClCH2COOH+HCl↑；
S2、将氯化氢气体经降膜吸收塔被水吸收成为副产盐酸；其中副产盐酸的质量浓度为18-31%；
S3、将水玻璃加入水中，制得液碱溶液；液碱溶液的p H值为9-11；
所述S3中水玻璃的模数为3.3-3.5，以Na2O计物质的量浓度为1.1-1.5mol/L，其中水玻璃在水中的化学反应方程式为：Na2O·mSiO2+2HCl→mSiO2·H2O↓+2NaCl；
S4、在搅拌状态下向液碱溶液中加入水玻璃和副产盐酸，反应过程的搅拌速度为20-65r/min，反应温度为65-85℃；水玻璃的流量与加入副产盐酸的流量之比为3-7:1，p H控制在9-11，在反应过程的最后阶段停止加入水玻璃并继续加入副产盐酸，至p H为3-6时停止加液，得到料液；
所述S4中的水玻璃加入量与S3中水玻璃加入量之比为14-18:1；
S5、将料液经过板框过滤机过滤得到白炭黑料饼，白炭黑经工艺水洗涤去除氯化钠成分；
所述S5为，将料液在压力为0.7-0.8MPa的压滤机中用水压为0.8-0.9MPa的工艺水洗涤60-90min，洗涤结束时的出液电导率为4-8ms/cm；
S6、将去除氯化钠成分的白炭黑料饼放入打浆机内得到浆料；
所述S6为，将白炭黑料饼放入打浆机中打浆90min,其中氯化钠的含量控制在＜1%；
S7、将浆料经喷雾干燥进入布袋除尘器后经包装机制成白炭黑成品；
所述S7中将打好的浆料送入转速为9000-11000r/min雾化器中，雾化器甩出的小水滴与通入温度为500-600℃天燃气的干燥塔的热空气接触，实现干燥，其中在干燥塔内的流速为0.2-0.3m/s,将干燥好的粉末以12-14m/s的流速进入入口压力为负压为500-800Pa的布袋除尘器经收集后进入料仓，经包装成为白炭黑成品。
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