CN113943006A - 高补强白炭黑及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及沉淀法白炭黑技术领域，尤其是涉及一种高补强白炭黑及其制备方法和应用。高补强白炭黑的制备方法，包括：(a)向水玻璃溶液中加入碱的水溶液和表面活性剂，保温；通入CO2，直至体系pH降至7.5～10.5时，混合30～60min，然后再通入CO2，直至体系pH降至5～6.5，陈化得浆料；将浆料固液分离并洗涤，得到白炭黑滤饼；将白炭黑滤饼进行干燥处理和粉碎处理，得到粒径为2～6μm的白炭黑；其中，水玻璃溶液的制备包括：生物质灰、氢氧化钠和水的混合物中0.7～1.5MPa压力和150～250℃温度下处理3～6h。本发明得到的白炭黑可用于硅橡胶产品的补强，能够显著提高硅橡胶产品的硬度和抗拉强度。
Description
技术领域
本发明涉及沉淀法白炭黑技术领域，尤其是涉及一种高补强白炭黑及其制备方法和应用。
背景技术
硅橡胶作为特种橡胶之一，具有许多普通橡胶不具备的特性，如耐臭氧性、耐热性、耐老化性、电气绝缘、耐油、耐溶剂等，其物理性能受环境影响较小，耐候性比较好。但是，单纯的有机硅橡胶分子呈螺旋状线性结构，分子间作用力弱，难以结晶，包括硬度、抗拉强度在内的物理机械性能较差，而填料补强材料可有效提高交联有机硅聚合物的硬度和硫化胶性能。
一般硅橡胶的补强是通过添加气相法白炭黑和沉淀法白炭黑来实现的。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。气相法白炭黑因其分散性好、纯度高，被广泛用于高档次的透明硅橡胶制品，而沉淀法白炭黑由于价格低廉，更加受到广大白炭黑厂家和普通硅橡胶制品用户的青睐。然而，现有的沉淀法白炭黑对硅橡胶的硬度及抗拉强度等物理机械性能的改善结果并不十分理想。
有鉴于此，特此出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供高补强白炭黑的制备方法，以解决现有技术中存在的沉淀法白炭黑对硅橡胶的补强效果差的技术问题。
本发明的第二目的在于提供高补强白炭黑。
本发明的第三目的在于提供高补强白炭黑在硅橡胶的补强中的应用。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
高补强白炭黑的制备方法，包括如下步骤：
(a)向40～95℃的水玻璃溶液中加入碱的水溶液和表面活性剂，保温30～60min；保持40～95℃，通入CO2，直至体系pH降至7.5～10.5时，混合30～60min，然后再通入CO2，直至体系pH降至5～6.5，陈化得浆料；
(b)将所述浆料固液分离并洗涤，得到固含量为20％～40％的白炭黑滤饼；将所述白炭黑滤饼进行干燥处理和粉碎处理，得到粒径为2～6μm的白炭黑；
其中，所述水玻璃溶液的制备包括：生物质灰、氢氧化钠和水的混合物中0.7～1.5MPa压力和150～250℃温度下处理3～6h，过滤得模数为1.5～3.5的水玻璃溶液。
本发明采用生物质灰作为制备水玻璃的原材料，不添加其它硅酸钠原料，大大的降低了原料成本，并缓解了环境压力。同时通过原位法降低了白炭黑表面的羟基含量，并通过采用一定的生产过程反应工艺，得到的白炭黑的表面物理化学性质与气相法白炭黑相似，可用于硅橡胶产品的补强，能够显著提高硅橡胶产品的硬度和抗拉强度。
在本发明的具体实施方式中，所述生物质灰、氢氧化钠和水的质量比为(1～5)﹕(2～4)﹕(3～10)。
在本发明的具体实施方式中，所述生物质灰包括玉米秸秆灰、小麦秸秆灰和水稻秸秆灰中的任一种或多种。
在本发明的具体实施方式中，所述碱包括碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠和氢氧化钾中的任一种或多种。进一步的，所述碱的水溶液中，所述碱的质量浓度为10wt％～12wt％。
在本发明的具体实施方式中，所述碱的水溶液的加入量为所述水玻璃溶液的0.1wt％～10wt％。
在本发明的具体实施方式中，所述碱的水溶液的加入时间控制在10～60min。
在本发明的具体实施方式中，所述表面活性剂包括聚乙二醇6000、十二烷基磺酸钠、正辛醇、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物和十六烷基三甲基溴化铵中的任一种或多种。
在本发明的具体实施方式中，所述表面活性剂的加入量为所述水玻璃溶液的0.01wt％～2wt％。
在本发明的具体实施方式中，第一次通入CO2时，CO2流速为20～200mL/min；第二次通入CO2时，CO2流速为150～250mL/min。进一步的，第二次通入CO2的流速大于第一次通入CO2的流速。
在实际操作中，步骤(a)的反应在反应釜中进行。进一步的，所述陈化步骤，在保持压力的情况下，陈化30～60min。
在本发明的具体实施方式中，采用压滤的方式进行所述固液分离，如板框压滤。
在本发明的具体实施方式中，步骤(b)中，所述洗涤为洗涤至洗涤液电导率为200～800μS/cm。
在本发明的具体实施方式中，所述干燥处理为压力喷雾干燥，所述干燥的温度为450～600℃。
在本发明的具体实施方式中，所述粉碎处理为气流粉碎处理。进一步的，所述气流粉碎处理采用气流粉碎机进行的；所述气流粉碎机为扁平式气流磨、流化床对喷式气流磨、循环管式气流磨和靶式气流磨中的任一种。其中，所述扁平式气流磨还可以为高温蒸汽扁平式气流磨。
本发明还提供了采用上述任意一种所述高补强白炭黑的制备方法制备得到的高补强白炭黑。
本发明还提供了上述高补强白炭黑在硅橡胶的补强中的应用。
在本发明的具体实施方式中，所述高补强白炭黑的用量为所述硅橡胶生胶的20wt％～50wt％。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的白炭黑的制备方法，采用生物质灰作为制备水玻璃的原材料，不添加其它硅酸钠原料，大大的降低了原料成本，并缓解了环境压力；
(2)本发明的白炭黑的制备方法，通过原位法降低了白炭黑表面的羟基含量，并通过采用一定的生产过程反应工艺，使得到的白炭黑的表面物理化学性质与气相法白炭黑相似；
(3)本发明制得的白炭黑，可用于硅橡胶产品的补强，能够显著提高硅橡胶产品的硬度和抗拉强度。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
高补强白炭黑的制备方法，包括如下步骤：
(a)向40～95℃的水玻璃溶液中加入碱的水溶液和表面活性剂，保温30～60min；保持40～95℃，通入CO2，直至体系pH降至7.5～10.5时，混合30～60min，然后再通入CO2，直至体系pH降至5～6.5，陈化得浆料；
(b)将所述浆料固液分离并洗涤，得到固含量为20％～40％的白炭黑滤饼；将所述白炭黑滤饼进行干燥处理和粉碎处理，得到粒径为2～6μm的白炭黑；
其中，所述水玻璃溶液的制备包括：生物质灰、氢氧化钠和水的混合物中0.7～1.5MPa压力和150～250℃温度下处理3～6h，过滤得模数为1.5～3.5的水玻璃溶液。
本发明采用生物质灰作为制备水玻璃的原材料，不添加其它硅酸钠原料，大大的降低了原料成本，并缓解了环境压力。同时通过原位法降低了白炭黑表面的羟基含量，并通过采用一定的生产过程反应工艺，得到的白炭黑的表面物理化学性质与气相法白炭黑相似，可用于硅橡胶产品的补强，能够显著提高硅橡胶产品的硬度和抗拉强度。
如在不同实施方式中，步骤(a)中，所述水玻璃溶液的温度可以为40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃等等。在实际操作中，可将水玻璃溶液置于反应釜中，采用蒸汽加热的方式将水玻璃溶液加热至相应温度，再进行后续操作。
在本发明的具体实施方式中，所述生物质灰、氢氧化钠和水的质量比为(1～5)﹕(2～4)﹕(3～10)。
如在不同实施方式中，所述生物质灰、氢氧化钠和水的质量比可以为1﹕2﹕3、1﹕2﹕4、1﹕2﹕5、2﹕3﹕7、2﹕3﹕7、2﹕3﹕10、5﹕4﹕10等等。
采用上述生物质灰、氢氧化钠和水的配比，能够制得模数相对较高的水玻璃溶液，以提高相应制得的白炭黑的性能。
在本发明的具体实施方式中，所述生物质灰包括玉米秸秆灰、小麦秸秆灰和水稻秸秆灰中的任一种或多种。在实际操作中，所述生物质灰为现有常规生物质灰。
在本发明的具体实施方式中，所述碱包括碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠和氢氧化钾中的任一种或多种。进一步的，所述碱的水溶液中，所述碱的质量浓度为10wt％～12wt％。
如在不同实施方式中，所述碱的水溶液中，所述碱的质量浓度可以为10wt％、10.5wt％、11wt％、11.5wt％、12wt％等等。
在本发明的具体实施方式中，所述碱的水溶液的加入量为所述水玻璃溶液的0.1wt％～10wt％。
如在不同实施方式中，所述碱的水溶液的加入量可以为所述水玻璃溶液的0.1wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％等等。
在本发明的具体实施方式中，所述碱的水溶液的加入时间控制在10～60min。
如在不同实施方式中，所述碱的水溶液在10～60min加完，如在10min、20min、30min、40min、50min或60min等等时间内加完。
在本发明的具体实施方式中，所述表面活性剂包括聚乙二醇6000、十二烷基磺酸钠、正辛醇、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物和十六烷基三甲基溴化铵中的任一种或多种。
在本发明的具体实施方式中，所述表面活性剂的加入量为所述水玻璃溶液的0.01wt％～2wt％。
如在不同实施方式中，所述表面活性剂的加入量可以为所述水玻璃溶液的0.01wt％、0.05wt％、0.1wt％、0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％等等。
在本发明的具体实施方式中，第一次通入CO2时，CO2流速为20～200mL/min；第二次通入CO2时，CO2流速为150～250mL/min。进一步的，第二次通入CO2的流速大于第一次通入CO2的流速。
如在不同实施方式中，第一次通入CO2时，CO2流速可以为20mL/min、30mL/min、40mL/min、50mL/min、60mL/min、70mL/min、80mL/min、90mL/min、100mL/min、110mL/min、120mL/min、130mL/min、140mL/min、150mL/min、160mL/min、170mL/min、180mL/min、190mL/min、200mL/min等等；第二次通入CO2时，CO2流速可以为150mL/min、160mL/min、170mL/min、180mL/min、190mL/min、200mL/min、210mL/min、220mL/min、230mL/min、240mL/min、250mL/min等等。
本发明通过分两步通入CO2的操作，白炭黑生成初期形成晶核是在弱碱条件下实现的，第一步通入少量CO2是为了在弱碱条件下生成晶核，而第二步快速通入CO2能够快速生成白炭黑。
在本发明的具体实施方式中，第一次通入CO2时的CO2流速与第二次通入CO2时的CO2流速的差值为50～100mL/min，如50～70mL/min、70～80mL/min、80～100mL/min等等。
在实际操作中，步骤(a)的反应在反应釜中进行。进一步的，所述陈化步骤，在保持压力的情况下，陈化30～60min。
在本发明的具体实施方式中，采用压滤的方式进行所述固液分离，如板框压滤。
在本发明的具体实施方式中，步骤(b)中，所述洗涤为洗涤至洗涤液电导率为200～800μS/cm。通过洗涤降低白炭黑中可溶性盐的含量，洗涤液电导率降至上述范围内即可保证用于硅橡胶中的效果。
在本发明的具体实施方式中，所述干燥处理为压力喷雾干燥，所述干燥的温度为450～600℃。
在本发明的具体实施方式中，所述粉碎处理为气流粉碎处理。进一步的，所述气流粉碎处理采用气流粉碎机进行的；所述气流粉碎机为扁平式气流磨、流化床对喷式气流磨、循环管式气流磨和靶式气流磨中的任一种。其中，所述扁平式气流磨还可以为高温蒸汽扁平式气流磨。
本发明还提供了采用上述任意一种所述高补强白炭黑的制备方法制备得到的高补强白炭黑。
本发明还提供了上述高补强白炭黑在硅橡胶的补强中的应用。
在本发明的具体实施方式中，所述高补强白炭黑的用量为所述硅橡胶生胶的20wt％～50wt％。
实施例1
本实施例提供了高补强白炭黑的制备方法，包括如下步骤：
(1)按质量比为1﹕2﹕5称取水稻秸秆灰、氢氧化钠和水置于高温高压反应釜中混合，然后在0.9MPa的压力和150℃的温度下处理6h，然后压滤制得模数为1.8～2.2的水玻璃溶液。
(2)将步骤(1)得到的水玻璃溶液加入碳化反应釜中，蒸汽加热至75℃，开启搅拌后向反应釜中加入12wt％碳酸钠水溶液(碳酸钠水溶液的加入量为所述水玻璃溶液的5wt％，60min内加完)，然后加入聚乙二醇6000，75℃保温60min；温度保持在75℃，向反应釜中通入CO2气体，流速控制在80～100mL/min，直至体系pH降至7.5～8时，停止通气，搅拌混合60min，然后再向反应釜中通入CO2气体，流速控制在150mL/min，直至体系pH降至5时，保持压力陈化30min，得到浆料。其中，聚乙二醇6000的加入量为所述水玻璃溶液的0.1wt％。
(3)将步骤(2)得到的浆料打入板框压滤中，并用清水洗涤至洗涤液电导率为200～300μS/cm，得到固含量为20％～30％的白炭黑滤饼。
(4)将步骤(3)得到的白炭黑滤饼进行压力喷雾干燥，干燥温度为450℃，然后再通过靶式气流磨粉碎得到粒径为2～6μm的超细白炭黑。
实施例2
本实施例提供了高补强白炭黑的制备方法，包括如下步骤：
(1)按质量比为2﹕3﹕7称取水稻秸秆灰、氢氧化钠和水置于高温高压反应釜中混合，然后在1.0MPa的压力和180℃的温度下处理5h，然后压滤制得模数为2.0～2.5的水玻璃溶液。
(2)将步骤(1)得到的水玻璃溶液加入碳化反应釜中，蒸汽加热至80℃，开启搅拌后向反应釜中加入12wt％氢氧化钠水溶液(碳酸钠水溶液的加入量为所述水玻璃溶液的5wt％，20min内加完)，然后加入十二烷基磺酸钠，80℃保温60min；温度保持在80℃，向反应釜中通入CO2气体，流速控制在80～100mL/min，直至体系pH降至8～8.5时，停止通气，搅拌混合60min，然后再向反应釜中通入CO2气体，流速控制在180mL/min，直至体系pH降至5时，保持压力陈化50min，得到浆料。其中，十二烷基磺酸钠的加入量为所述水玻璃溶液的0.3wt％。
(3)将步骤(2)得到的浆料打入板框压滤中，并用清水洗涤至洗涤液电导率为200～300μS/cm，得到固含量为20％～30％的白炭黑滤饼。
(4)将步骤(3)得到的白炭黑滤饼进行压力喷雾干燥，干燥温度为500℃，然后再通过靶式气流磨粉碎得到粒径为2～3μm的超细白炭黑。
实施例3
本实施例提供了高补强白炭黑的制备方法，包括如下步骤：
(1)按质量比为2﹕3﹕7称取水稻秸秆灰、氢氧化钠和水置于高温高压反应釜中混合，然后在1.0MPa的压力和200℃的温度下处理6h，然后压滤制得模数为2.0～2.5的水玻璃溶液。
(2)将步骤(1)得到的水玻璃溶液加入碳化反应釜中，蒸汽加热至85℃，开启搅拌后反应釜中加入10wt％碳酸钾水溶液(碳酸钾水溶液的加入量为所述水玻璃溶液的5wt％，10min内加完)，然后加入正辛醇，85℃保温60min；温度保持在85℃，向反应釜中通入CO2气体，流速控制在120～130mL/min，直至体系pH降至8～8.5时，停止通气，搅拌混合60min，然后再向反应釜中通入CO2气体，流速控制在200mL/min，直至体系pH降至5时，保持压力陈化50min，得到浆料。其中，正辛醇的加入量为所述水玻璃溶液的0.3wt％。
(3)将步骤(2)得到的浆料打入板框压滤中，并用清水洗涤至洗涤液电导率为500～600μS/cm，得到固含量为20％～30％的白炭黑滤饼。
(4)将步骤(3)得到的白炭黑滤饼进行压力喷雾干燥，干燥温度为500℃，然后再通过靶式气流磨粉碎得到粒径为2～3μm的超细白炭黑。
实施例4
本实施例提供了高补强白炭黑的制备方法，包括如下步骤：
(1)按质量比为5﹕4﹕10称取玉米秸秆灰、氢氧化钠和水置于高温高压反应釜中混合，然后在1.2MPa的压力和190℃的温度下处理6h，然后压滤制得模数为2.8～3的水玻璃溶液。
(2)将步骤(1)得到的水玻璃溶液加入碳化反应釜中，蒸汽加热至85℃，开启搅拌后向反应釜中加入10wt％氢氧化钾水溶液(氢氧化钾水溶液的加入量为所述水玻璃溶液的5wt％，12min内加完)，然后加入正辛醇和十六烷基三甲基溴化铵，85℃保温60min；温度保持在85℃，向反应釜中通入CO2气体，流速控制在120～130mL/min，直至体系pH降至8～8.5时，停止通气，搅拌混合60min，然后再向反应釜中通入CO2气体，流速控制在200mL/min，直至体系pH降至5时，保持压力陈化60min，得到浆料。其中，正辛醇的加入量为所述水玻璃溶液的0.3wt％，十六烷基三甲基溴化铵的用量为所述水玻璃溶液的0.1wt％。
(3)将步骤(2)得到的浆料打入板框压滤中，并用清水洗涤至洗涤液电导率为300～400μS/cm，得到固含量为20％～30％的白炭黑滤饼。
(4)将步骤(3)得到的白炭黑滤饼进行压力喷雾干燥，干燥温度为550℃，然后再通过靶式气流磨粉碎得到粒径为3～4μm的超细白炭黑。
实施例5
本实施例提供了高补强白炭黑的制备方法，包括如下步骤：
(1)按质量比为2﹕3﹕7称取玉米秸秆灰、氢氧化钠和水置于高温高压反应釜中混合，然后在1.0MPa的压力和180℃的温度下处理5h，然后压滤制得模数为2.0～2.5的水玻璃溶液。
(2)将步骤(1)得到的水玻璃溶液加入碳化反应釜中，蒸汽加热至80℃，开启搅拌后向反应釜中加入10wt％碳酸钠水溶液和1wt％氢氧化钠水溶液(碳酸钠水溶液和氢氧化钠水溶液的总加入量为所述水玻璃溶液的5wt％，10min内加完)，然后加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，80℃保温60min；温度保持在80℃，向反应釜中通入CO2气体，流速控制在80～100mL/min，直至体系pH降至8～8.5时，停止通气，搅拌混合60min，然后再向反应釜中通入CO2气体，流速控制在180mL/min，直至体系pH降至5时，保持压力陈化50min，得到浆料。其中，γ-氨丙基三乙氧基硅烷的加入量为所述水玻璃溶液的0.3wt％。
(3)将步骤(2)得到的浆料打入板框压滤中，并用清水洗涤至洗涤液电导率为200～300μS/cm，得到固含量为20％～30％的白炭黑滤饼。
(4)将步骤(3)得到的白炭黑滤饼进行压力喷雾干燥，干燥温度为500℃，然后再通过靶式气流磨粉碎得到粒径为2～3μm的超细白炭黑。
实施例6
本实施例提供了高补强白炭黑的制备方法，包括如下步骤：
(1)按质量比为5﹕4﹕10称取小麦秸秆灰、氢氧化钠和水置于高温高压反应釜中混合，然后在1.2MPa的压力和190℃的温度下处理6h，然后压滤制得模数为2.8～3.0的水玻璃溶液。
(2)将步骤(1)得到的水玻璃溶液加入碳化反应釜中，蒸汽加热至90℃，开启搅拌后向反应釜中加入12wt％碳酸钠水溶液(碳酸钠水溶液的加入量为所述水玻璃溶液的5wt％，10min内加完)，然后加入双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物，90℃保温50min；温度保持在90℃，向反应釜中通入CO2气体，流速控制在150mL/min，直至体系pH降至8～8.5时，停止通气，搅拌混合60min，然后再向反应釜中通入CO2气体，流速控制在200mL/min，直至体系pH降至6时，保持压力陈化50min，得到浆料。其中，双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物的加入量为所述水玻璃溶液的0.3wt％。
(3)将步骤(2)得到的浆料打入板框压滤中，并用清水洗涤至洗涤液电导率为500～600μS/cm，得到固含量为20％～30％的白炭黑滤饼。
(4)将步骤(3)得到的白炭黑滤饼进行压力喷雾干燥，干燥温度为600℃，然后再通过靶式气流磨粉碎得到粒径为2～4μm的超细白炭黑。
实施例7
本实施例提供了高补强白炭黑的制备方法，包括如下步骤：
(1)按质量比为2﹕3﹕10称取水稻秸秆灰、氢氧化钠和水置于高温高压反应釜中混合，然后在1.5MPa的压力和220℃的温度下处理6h，然后压滤制得模数为2.0～2.5的水玻璃溶液。
(2)将步骤(1)得到的水玻璃溶液加入碳化反应釜中，蒸汽加热至80℃，开启搅拌后向反应釜中加入12wt％碳酸钠水溶液(碳酸钠水溶液的加入量为所述水玻璃溶液的5wt％，12min内加完)，然后加入聚乙二醇6000和γ-氨丙基三乙氧基硅烷，80℃保温60min；温度保持在80℃，向反应釜中通入CO2气体，流速控制在150～170mL/min，直至体系pH降至8～8.5时，停止通气，搅拌混合60min，然后再向反应釜中通入CO2气体，流速控制在250mL/min，直至体系pH降至5时，保持压力陈化50min，得到浆料。其中，聚乙二醇6000的加入量为所述水玻璃溶液的0.3wt％，γ-氨丙基三乙氧基硅烷的加入量为所述水玻璃溶液的0.2wt％。
(3)将步骤(2)得到的浆料打入板框压滤中，并用清水洗涤至洗涤液电导率为200～300μS/cm，得到固含量为20％～30％的白炭黑滤饼。
(4)将步骤(3)得到的白炭黑滤饼进行压力喷雾干燥，干燥温度为600℃，然后再通过靶式气流磨粉碎得到粒径为4～5μm的超细白炭黑。
实施例8
本实施例参考实施例1的制备方法，区别仅在于：步骤(2)中，先加入聚乙二醇6000后，再加入碳酸钠水溶液。
比较例1
比较例1提供了白炭黑的制备方法，参考实施例1，区别在于：步骤(2)中，未添加表面活性剂。
比较例2
比较例2提供了白炭黑的制备方法，参考实施例1，区别在于：步骤(2)中，不分次通入CO2气体；具体的，温度保持在75℃，向反应釜中通入CO2气体，流速控制在80～100mL/min，直至体系pH降至5时，保持压力陈化30min，得到浆料。
比较例3
比较例3提供了白炭黑的制备方法，参考实施例1，区别在于：步骤(1)中，水玻璃溶液的制备方法不同；具体的，参考202011108448.7中实施例4的步骤(1)和(2)制备得到水玻璃溶液。
比较例4
比较例4提供了白炭黑的制备方法，参考实施例1，区别在于：步骤(2)中，不通入CO2气体反应；具体的，步骤(2)为：将步骤(1)得到的水玻璃溶液加入碳化反应釜中，蒸汽加热至75℃，开启搅拌后向反应釜中加入12wt％碳酸钠水溶液(碳酸钠水溶液的加入量为所述水玻璃溶液的5wt％，60min内加完)，然后加入聚乙二醇6000，75℃保温60min；温度保持在75℃，加入质量浓度为8％的硫酸溶液进行沉淀，直至体系pH降至5时，保持压力陈化50min，得到浆料。
实验例1
为了进一步验证不同实施例和比较例的白炭黑对硅橡胶的补强效果，分别对甲基乙烯基硅橡胶进行补强实验，每组具体称量为：甲基乙烯基硅生胶100份、白炭黑40份(每组分别对应称量相应实施例或比较例的白炭黑，对照组1为二氧化硅NS175，对照组2为福建远翔新材料股份有限公司的YX-90白炭黑，对照组3为黑猫气相法白炭黑)、羟甲基硅油3.5份、双二五硫化剂1份，进行常规炼胶，分别得到相应试样。
根据ASTM D2240测试硬度，按照ASTM D412测试拉伸强度，各试样测试结果如下表1。
表1不同白炭黑对硅橡胶补强效果测试结果
备注：对照组1的二氧化硅NS175在甲基乙烯基硅橡胶中炼胶时胶片碎裂，故无相应测试数据。
从上述测试结果可知，本发明实施例制备得到的白炭黑能够有效提高甲基乙烯基硅橡胶的硬度和拉伸性能，综合性能较好，适于推广使用。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.高补强白炭黑的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)向40～95℃的水玻璃溶液中加入碱的水溶液和表面活性剂，保温30～60min；保持40～95℃，通入CO2，直至体系pH降至7.5～10.5时，混合30～60min，然后再通入CO2，直至体系pH降至5～6.5，陈化得浆料；
(b)将所述浆料固液分离并洗涤，得到固含量为20％～40％的白炭黑滤饼；将所述白炭黑滤饼进行干燥处理和粉碎处理，得到粒径为2～6μm的白炭黑；
其中，所述水玻璃溶液的制备包括：生物质灰、氢氧化钠和水的混合物中0.7～1.5MPa压力和150～250℃温度下处理3～6h，过滤得模数为1.5～3.5的水玻璃溶液。
2.根据权利要求1所述的高补强白炭黑的制备方法，其特征在于，所述生物质灰、氢氧化钠和水的质量比为(1～5)﹕(2～4)﹕(3～10)；
优选的，所述生物质灰包括玉米秸秆灰、小麦秸秆灰和水稻秸秆灰中的任一种或多种。
3.根据权利要求1所述的高补强白炭黑的制备方法，其特征在于，所述碱包括碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠和氢氧化钾中的任一种或多种；
优选的，所述碱的水溶液中，所述碱的质量浓度为10wt％～12wt％；
优选的，所述碱的水溶液的加入量为所述水玻璃溶液的0.1wt％～10wt％。
4.根据权利要求1所述的高补强白炭黑的制备方法，其特征在于，所述碱的水溶液的加入时间控制在10～60min。
5.根据权利要求1所述的高补强白炭黑的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂包括聚乙二醇6000、十二烷基磺酸钠、正辛醇、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物和十六烷基三甲基溴化铵中的任一种或多种；
优选的，所述表面活性剂的加入量为所述水玻璃溶液的0.01wt％～2wt％。
6.根据权利要求1所述的高补强白炭黑的制备方法，其特征在于，第一次通入CO2时，CO2流速为20～200mL/min；第二次通入CO2时，CO2流速为150～250mL/min；
优选的，第二次通入CO2的流速大于第一次通入CO2的流速。
7.根据权利要求1所述的高补强白炭黑的制备方法，其特征在于，所述陈化的步骤，在保持压力的情况下，陈化30～60min。
8.根据权利要求1所述的高补强白炭黑的制备方法，其特征在于，所述干燥处理为压力喷雾干燥，所述干燥的温度为450～600℃；
所述粉碎处理为气流粉碎处理。
9.采用权利要求1-8任一项所述的高补强白炭黑的制备方法制备得到的高补强白炭黑。
10.权利要求9所述的高补强白炭黑在硅橡胶的补强中的应用；
优选的，所述高补强白炭黑的用量为所述硅橡胶生胶的20wt％～50wt％。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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