白炭黑介绍与制造方法

白炭黑

来源:世界化工网

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一.概述

白炭黑属硅系白色补强型粉体材料,是合成水和硅酸和硅酸盐的总称,包括沉淀二氧化硅,气相二氧化硅,硅酸钙,硅酸镁,硅酸铝等.由于它们都具有能与炭黑媲美的对橡胶补强性能,外观呈白色,故统称白炭黑.但通常讲的白炭黑,则指二氧化硅而言.白炭黑的生产方法归纳起来有两大类:沉淀法和气相法.生产方法不同,产品性能和用途不同.为了满足更多方面使用,可以通过控制工艺条件及表面处理,从而改变产品的颗粒大小,表面积,吸附性能等来满足各种用途白炭黑性能要求.

白炭黑又称水和硅酸,轻质二氧化硅,化学表达式一般写成

m SiO2·n H2O.随着石油化工的发展,,人造合成橡胶大量温室,而合成橡胶的比较突出的不足之处是强度低于天然橡胶,因此必须用优良的补强填充剂加以补强,才能使之符合使用要求.炭黑是橡胶的优良补强填充剂,然而炭黑有两个不可改变的缺点:第一,生产炭黑的能耗较高,达24~37kW/kg,而沉淀白炭黑为8~9kW/kg,而且炭黑的主要原料是天然气或石油,由于能源因素其发展和使用受到限制;第二,人民生活

的日益提高,对各种各样的橡胶制品除要求坚固耐用外,对色调不仅趋向浅色透明,而且需要多种不同色彩的,基于这两个原因,炭黑已不能胜任,因此,近些年来白炭黑的生产和应用不断得到发展,它不仅成为橡胶和塑料的重要补强填充材料,而且是造纸,染料,涂料,油墨,油漆等工业不看人缺少的添加剂.

二,白炭黑的应用

1.橡胶制品

气相白炭黑属于高补强填充材料,由于成本较高等原因,除特殊场合如硅橡胶补强用外,一般不采用.沉淀白炭黑是橡胶补强广泛使用的材料,一般说来,又有沉淀白炭黑(超细的,表面处理的例外)补强效果还不及炭黑好,故属半补强填充材料.因此要根据使用场合决定代替炭黑的百分数.沉淀白炭黑用于橡胶制品的有:汽车,翻斗车,卡车,拖拉机,叉车,自行车等内外胎;工业用皮带,胶管,衬垫,粮食加工用脱谷胶棍,以及胶鞋等各种橡胶工业制品或多或少的腰用到白炭黑.在普通轮胎内添加一定量的白炭黑能提高轮胎的使用寿命.据原西德一家公司轮胎配方研究试验结果表明,若能增配10~20份白炭黑就可以改善胶接性和抗撕裂性,使轮胎的形式里程提高,同时还能增强轮胎对路面的抓着力,以利于安全行车.此外,由于炭黑发热量大,国外用于高速公路的汽车轮胎也趋向于添加白炭黑.目前国内外市场对自行车车胎的要求也日

益多样化,如轮胎胎边彩色化及闪光圈等花式新品种,都是用白炭黑替代炭黑生产的.上海某橡胶厂专门生产彩色边自行车胎,销往香港等地,目前年产60~70万条,不能满足需要,正准备扩大生产能力达到年产350万条.若开放国内市场,需求量将更大.在胶鞋生产过程中,人们对胶鞋,雨鞋,运动鞋,旅游鞋,健身鞋,芭蕾鞋等,不但要求牢固,而且要求色调美观,舒适轻便.白炭黑既具有良好的补强性,耐磨性,防滑性和鞋面粘着性,又是一种良好的浅色补强材料,因此在胶鞋的发展中为提高鞋的质量和增加款式起着重要作用.

2.塑料工业

白炭黑在聚乙烯,聚丙烯,环氧树脂等塑料工业中都可作为填充材料,可以提高塑料的弹性强度,耐磨性和硬度,并提高塑料的热稳定性能.用于电缆还可以提高电缆的电绝缘性.如甲基乙烯基硅橡胶高压线就要用气相白炭黑或高质量的沉淀白炭黑.在两层塑料薄膜之间往往笔记分开,装袋时袋口很难打开,则白炭黑就是很顺利的开口剂.当用聚氯乙烯作家庭地板材料时,如若加入了一定的白炭黑,则可改进产品的硬度,弹性,热变性等性能.

3.造纸工业

用白炭黑作纸张的上胶剂,可提高纸张的白度和不透明度,改进印刷性,耐磨性,耐油性,手感性和光泽性.用于晒图纸,可使纸面质量好,油墨稳定,背面无裂隙;用于叠氮纸中,可生产优异的蓝图纸;用于铜版纸

中可替代钛白;特别是用于新闻纸,加入1%~2%的白炭黑,可使纸的重量减轻10%,不仅纸薄,而且能提供强度,除能防止油墨渗透,使印刷文字清晰外,还可以增加不透明度.

4.涂料,油墨

白炭黑具有触变性能,在涂料中添加少量白炭黑,能使涂料消除液滴沉降现象.在不饱和聚酯涂料中,只要添加0.5%~2%浓度的白炭黑,就能使这种涂料在垂直表面上每次涂500g/㎡也不会发生液滴和皱折.在颜料中添加白炭黑,不仅能防止颜料的沉淀,且能提高对颜料,染料的吸附性,改进分散性.当用作乳化涂料的填料时,可提高热稳定性.为了满足涂料和油墨消光剂对白炭黑要求,国外研制并生产了消光剂专用品.当硝基清漆以及类似涂料还有沉淀白炭黑消光剂,可改进油漆非沉淀性能,并能使涂料易分散,仅有少量的增稠影响,悬浮性好,有极好的消光特性,高透明度和好的耐磨性.自印刷油墨中加入0.5%的白炭黑,印刷效果好,可消除未分散油墨渗透的影响,改进印刷材料的耐洗性,增加颜色的光泽度.

此外,白炭黑在农药,医药,粘合剂,牙膏及日常化妆品中也有各种不同程度的使用和发挥各种有益的功能.

由此可见,白炭黑的用途是很广的,功能是很多的!

三,白炭黑的生产工艺简介

根据国内外现有资料表明,白炭黑的生产方法主要是沉淀法和气相法两大类型.由于沉淀法所用原料便宜,易得,生产工艺和设备较为简单,产品售价低,因而目前占主导地位.

1.沉淀法

沉淀法又称湿法,主要原料为石英砂,纯碱,工业盐酸或硫酸或硝酸或二氧化碳.其工艺路线是:先采用燃油或优质煤在高温下将石英砂于纯碱反应的得到工业水玻璃,工业水玻璃用水配置成一定浓度的稀释液,然后在一定条件下加入某种酸,使二氧化硅沉淀出来,即得产品白炭黑.沉淀法又称酸法,溶胶法,碳化法等许多不同的具体方法.

(1)酸法酸法是将可溶性硅酸盐于硫酸(或其他酸)一起反应,当反

应液到达一定ph值时停止加酸反应,进行陈化,然后过滤并用水反复清洗,脱除硫酸钠后,经干燥,粉碎后得到产品.

反应式为:

Na2O·m SiO2+H2SO4→m SiO2·n H2O+Na2SO4

m SiO·n H2O→m SiO2·n’H2O+(n-n’)H2O↑

工业流程图如图所示