白炭黑的改性原理及其应用
气相法白炭黑在塑料的用途
气相法白炭黑在塑料的用途白炭黑，是一种无色、松散、细微的粉末状物质，由于颗粒非常小且表面特殊，因此有较大的比表面积，极易起到填充剂的作用。
在气相法中生产的白炭黑，具有比表面积高、细粒度、极易分散、遮盖力强、增强物理性能等一系列优异特点，因此广泛应用于塑料制品中，主要具有如下几个方面的应用：一、改善塑料性能1.提高塑料硬度与韧度：白炭黑具有填充效果，同时也能作为加强剂进一步增强材料硬度和韧度，在塑料中添加适量的白炭黑可以使材料具有更好的机械强度和耐磨性。
2.提高塑料的导电性：在一些高科技领域的塑料中，需要具备导电性质，白炭黑则可以作为传导性填充剂进一步提高材料导电性。
3.改善耐紫外线性能：在室外环境中，因为紫外线能引起材料老化变性，而炭黑可以吸收紫外线，因此很多塑料中也会加入白炭黑以增强材料的耐紫外线性能。
二、提高塑料加工性能1.增加流变性：在塑料加工过程中，为了保证良好的流动性，需要添加流变助剂，而白炭黑可以起到增加塑料流变性的作用。
2.提高热稳定性与加工温度：白炭黑作为导热剂的作用，可以部分承担材料的传热功能，从而降低材料熔融温度，增加热稳定性，适当增加的白炭黑含量也可以提高塑料的加工温度范围。
三、提高塑料外观1.美观：白炭黑增强了塑料的遮盖力，能在一定程度上遮盖其他不均匀颜色或表面缺陷。
2.艳丽：白炭黑也是一种白色染料，可以作为添加剂调配上各种色彩来适应产品外观的需求。
四、应用案例1.PP材料的改善：PP（聚丙烯）是常用的塑料之一，常用于制作牙刷、瓶盖等制品，但它很容易因高温熔化而失去形状稳定性。
在PP中加入适量的白炭黑，可以增强其热稳定性，并且提高硬度、韧度和耐磨性。
2.PVC材料的改善：PVC材料在加工过程中容易断开，在加入白炭黑后，PVC材料的流动性有所改变，让他更加容易加工；同时，白炭黑也可以提高PVC材料的性能，使得PVC材料更加硬度，环保和耐磨性都得到了提高，可以用于制作电线、管道等。
白炭黑表面改性及应用研究进展
白炭黑表面改性及应用研究进展白炭黑是水合SiO2，外观呈白色，一次粒径为20～40nm，属于纳米材料。
做为橡胶工业用增强填料，2005年世界沉淀法白炭黑消耗70万t，2010年可能会超过80万t。
白炭黑能大幅度提高胶料的物理机械性能，减少胶料滞后、降低轮胎的滚动阻力受到广泛的关注[2]。
白炭黑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，广泛应用于橡胶、塑料、涂料、医药、日用化工诸多领域。
1.1 白炭黑的表面结构白炭黑是二氧化硅的无定形结构，系以Si原子为中心，O原子为顶点所形成的四面体不规则堆积而成的。
白炭黑表面存在三种羟基：一是孤立的自由羟基；二是连生的、彼此形成氢键的缔合羟基；三是双生的,即两个羟基连在一个Si原子上的羟基，孤立的和双生的羟基都没有形成氢键。
由于表面能较大，聚集体倾向于凝聚，产品的应用性能受到影响：如在橡胶硫化系统里不能与聚合物很好地相容和分散，在轮胎中大量使用需要同时加入硅烷偶联剂等等。
为了提高白炭黑与聚合物之间的相容性，提高炭黑粒子在胶料中的的分散能力，消除粒子表面电荷，需要对白炭黑进行表面改性，以改善其应用效果，提高产品的附加值，拓展产品的应用领域。
1.2 白炭黑表面改性方法白炭黑的表面改性就是利用一定的化学物质通过一定的工艺方法使其与白炭黑表面上的羟基发生反应，消除或减少表面硅醇基的量，接枝或包覆其他化学物质，使产品由亲水性变为疏水，以达到改变表面性质的目的[2]。
主要改性方法如下：（１）表面活性剂改性：采用钛酸酯偶联剂、硬脂酸或硬脂酸盐等覆盖在粒子表面，改变粒子的部分性能；（2）硅烷偶联改性：采用有机基团取代白炭黑的表面羟基，使其有机硅烷化。
（3）包覆改性：在粒子周围均匀地包覆一层其它物质的膜。
2.白炭黑改性研究现状2. 1表面活性剂改性国外白炭黑的表面改性研究起步于20世纪60~70年代，Thammathadanukul[3]等人比较了几种表面改性的沉淀SiO2对天然橡胶混合物的补强性能。
白炭黑为什么要进行表面改性？有哪些方法？效果如何评价？
白炭黑为什么要进行表面改性？有哪些方法？效果如何评价？白炭黑即水合二氧化硅，是橡胶工业中非常重要的补强剂，目前市场上主要是采用沉淀法进行生产。
白炭黑一次粒子粒径在30~50nm，呈近似球形，粒子之间有接触，一次粒子通过范德华力形成聚集体，聚集体之间相互连接形成附聚体，一次粒子表面丰富的氢键是其易于团聚的主要原因。
1、白炭黑为什么要进行表面改性？由于这种特殊的物理化学结构，普通白炭黑粒子在形成聚集体时易产生表面大量吸附水分子、分子间易发生二次聚集、比表面积过大等问题，从而影响其工业应用的效果，具体表现为：（1）表面呈亲水性由于白炭黑聚集体表面含有大量极性的羟基，会对外界水分子产生极强的吸附作用，使其表面吸附大量水分子。
在橡胶制品加工过程中白炭黑粒子表面吸附的大量水分子在混炼胶硫化时会使混炼胶体出现气泡和空洞从而影响胶体的性能。
同时，橡胶制品表面一般不具有极性，而白炭黑表面含有大量的极性羟基，导致两者的相容性较差，从而影响白炭黑的补强效果。
（2）分散性差白炭黑的结构是链枝状聚集体，沉淀法生产出的普通白炭黑在形成聚集体时易发生二次聚集且结构不易被破坏。
相比于气相法制备的白炭黑粒子，沉淀法生产的普通白炭黑粒子在聚集时经常交联成一个整体，从而导致白炭黑粒子的分散性变差。
作为工业补强剂使用时，分散性较差不利于白炭黑与补强基体结合，会降低其补强效果。
（3）比表面积过大白炭黑粒子粒径较小比表面积大，虽然较大的比表面积在橡胶补强过程中通常起促进作用，但过大的比表面积会增强白炭黑粒子间内聚力，导致其在橡胶基体中不易分散，且在橡胶制品的加工过程中容易产生吸附大量促进剂、延迟硫化时间、产生过高的热量、烧焦基体等问题。
因此，白炭黑在工业应用前大多需要进行改性处理，以提高其工业应用性能。
2、白炭黑表面改性方法有哪些？化学改性法具有稳定性高、易于控制、产品性能好等特点，是目前白炭黑改性研究及工业应用的主要方向，主要包括：表面接枝改性、偶联剂改性、离子液改性、大分子界面改性及并用改性等。
硅烷偶联剂KH550_改性白炭黑及其在环氧树脂中的应用
硅烷偶联剂KH550改性白炭黑及其在环氧树脂中的应用赵志明，李文琼，靳朝辉，于朝生（东北林业大学化学化工与资源利用学院，东北林业大学森林植物生态学教育部重点实验室，黑龙江哈尔滨150040）摘要：利用硅烷偶联剂KH550对白炭黑纳米粉体进行表面接枝改性，并制备改性白炭黑（mSiO 2）/环氧树脂（EP ）浇铸体，利用傅里叶变换红外光谱（FTIR ）、X 射线衍射（XRD ）、粒度分析、拉伸性能测试、热重分析（TG ）、扫描电镜（SEM ）等手段对改性前后的白炭黑粒、mSiO 2/EP 浇铸体进行表征分析，探究了KH550对白炭黑的改性效果以及mSiO 2用量对浇铸体力学性能、耐热性和结构的影响。
结果表明：以异丙醇作为分散剂，当KH550质量分数为20%，反应温度为90℃，反应时间为5h ，在醇、水混合溶剂中可以实现KH550对白炭黑的表面改性；当改性白炭黑用量为8%(wt.)时，浇铸体综合性能最好，拉伸强度为41.29MPa ，较纯EP 提升了95.2%；其最大分解速率时的温度为377℃，较纯EP 提升了14℃。
关键词：KH550；白炭黑；改性；环氧树脂；拉伸强度中图分类号：TQ 127.2Study on Surface Modifi cation of Silica with KH550 and Its Application in Epoxy ResinZHAO Zhi-ming, LI Wen-qiong, JIN Zhao-hui, YU Chao-sheng（ College of Chemistry, Chemical Engineering and Resource Utilization, Northeast Forestry University; Key Laboratory of ForestPlant Ecology, Ministry of Education, Northeast Forestry University, Harbin 150040, Heilongjiang, China )Abstract: The silane coupling agent KH550 was used to modify the silica by surface grafting and to prepare modifi ed silica (mSiO 2)/epoxy resin (EP) casts. The silica pellets and mSiO 2/EP casts before and after modification were characterised by means of Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diff raction (XRD), particle size analysis, tensile properties testing, thermogravimetric analysis (TG) and scanning electron microscopy (SEM). The eff ect of KH550 on the modifi cation of silica and the eff ect of mSiO 2 dosage on the mechanical properties, heat resistance and structure of the cast body were investigated. The results show that the surface modifi cation of silica by KH550 can be achieved in a mixed solvent of alcohol and water when the mass fraction of KH550 is 20%, the reaction temperature is 90°C and the reaction time is 5h, using isopropanol as the dispersant. Furthermore, the mechanical properties and thermal stability of the mSiO 2/EP composites were improved by the KH550 modifi cation. When the amount of mSiO 2 was 8% (wt.), the tensile strength of the mSiO 2/EP composite exhibited 41.29MPa, which resulted in an increase of tensile strength by 95.2%, and a maximum decomposition rate temperature of 377°C, which is 14°C higher than that of pure EP materials.Key words: KH550; silica; modifi cation; EP; tensile strength 作者简介：赵志明，硕士研究生，主要从事功能材料研究工作。
白炭黑补强硅橡胶机理
白炭黑补强硅橡胶机理白炭黑是一种常用的填料，可以用来补强硅橡胶材料。
它具有高比表面积、优异的增强效果和抗老化性能，因此被广泛应用于橡胶制品的生产中。
补强硅橡胶的机理主要包括物理机械作用和化学作用两个方面。
首先，白炭黑的高比表面积能够提供更多的接触面积，增加与硅橡胶的物理结合力。
其次，白炭黑的颗粒形状和尺寸能够增加硅橡胶的机械强度，提高其抗拉强度和耐磨性。
在物理机械作用方面，白炭黑填料与硅橡胶基体之间形成了一种物理上的键合关系。
白炭黑颗粒的高比表面积使其能够与硅橡胶分子链相互作用，形成一种物理上的吸附作用。
这种吸附作用能够增加硅橡胶的黏附能力和内聚力，使其具有更好的拉伸性能和耐磨性。
在化学作用方面，白炭黑填料还能与硅橡胶基体发生化学反应，增强其化学键合力。
白炭黑的表面含有许多活性基团，可以与硅橡胶中的官能团发生反应，形成化学键。
这种化学键能够提高硅橡胶的耐热性、耐油性和耐腐蚀性，使其在复杂的工作环境中具有更好的稳定性和耐用性。
除了物理机械作用和化学作用，白炭黑还能够通过改变硅橡胶的微观结构来提高其性能。
白炭黑填料的加入可以改变硅橡胶的晶粒尺寸和分布，使硅橡胶具有更细密的结构和更均匀的分布。
这种微观结构的改变能够提高硅橡胶的物理力学性能，使其具有更好的弹性和韧性。
总的来说，白炭黑补强硅橡胶的机理是通过物理机械作用、化学作用和微观结构调控三个方面来实现的。
白炭黑的高比表面积和颗粒形状能够增加硅橡胶的物理强度和黏附能力，而其表面的活性基团则能够与硅橡胶发生化学反应，增强其化学性能。
此外，白炭黑的加入还能够改变硅橡胶的微观结构，进一步提高其性能。
因此，白炭黑作为一种常用的填料，能够有效地补强硅橡胶材料，提高其综合性能，广泛应用于橡胶制品的生产中。
白炭黑的用途及作用是什么
白炭黑的用途及作用是什么白炭黑，即气相法产生的非晶无定形碳黑，在工业生产中被广泛使用。
它具有多种特性和用途，被广泛应用于化工、橡胶、油墨、涂料等领域。
本文将详细介绍白炭黑的用途及作用。
一、化学工业在化学工业中，白炭黑被用作染料和颜料的添加剂，可以调节颜色的深浅、鲜艳度和透明度。
其细粒度和高比表面积使得白炭黑能够有效地增加染料和颜料的分散性，提高着色力和遮盖力。
此外，白炭黑还可以用作催化剂的载体，在有机合成和化学反应中具有重要作用。
由于其高比表面积和活性表面官能团，白炭黑能够提供更多的反应活性位点，促进反应速率和选择性，提高化学反应的效率。
二、橡胶工业在橡胶工业中，白炭黑是一种常见的填充剂。
与传统的炭黑填料相比，白炭黑具有更小的粒径和更大的比表面积，能够提高橡胶的机械性能和加工性能。
它可以增加橡胶的硬度、强度和耐磨性，同时还能减少橡胶制品的粘度，提高流动性，便于加工成型。
此外，白炭黑还能够改善橡胶制品的物理性能，如拉伸强度、断裂伸长率和耐热性。
它能够有效地阻止橡胶老化和氧化，延长橡胶制品的使用寿命。
三、油墨工业白炭黑在油墨工业中是一种重要的填料和增粘剂。
由于其高比表面积和多孔性结构，白炭黑能够增加油墨的粘度和流动性，提高油墨的乳化稳定性和印刷质量。
同时，白炭黑还能够增加油墨的遮盖力和亮度，改善印品的色彩效果和质感。
它可以作为白色油墨的主要成分，用于印刷高要求的文字、图案和图像。
四、涂料工业在涂料工业中，白炭黑广泛应用于各类涂料中，如水性涂料、溶剂型涂料和粉末涂料等。
它可以起到增白剂、消光剂和填料的作用，使涂料具有更好的遮盖力、附着力和光泽度。
白炭黑还可以提供涂料的防腐性能和耐候性，使涂层具有更好的耐久性和抗老化性。
同时，白炭黑还具有一定的增稠效果，可以减少涂料的流动性，提高涂料的垂流性和涂覆性。
五、其他领域除了以上几个领域，白炭黑在其他许多领域也具有广泛的应用。
例如，白炭黑可以用作防腐剂和抗氧化剂，用于食品、医药、化妆品等领域，保护产品的质量和延长使用寿命。
白炭黑自动化包装系统的优化及应用
白炭黑自动化包装系统的优化及应用摘要：随着产品质量的提高，轮胎对环境可持续性的要求越来越严格，对二氧化碳排放的需求以一种功能强大和无害环境的补充剂的形式急剧增加。
白炭黑是一种无定形、有毒的白色纳米材料，也称为水文硅。
目前橡胶中使用的黑白边缘超过一半，从而提高了橡胶的强度、粘度和强度。
这是一种强有力的补充剂，比普通的黑色碳更适合。
白炭黑颗粒比普通的碳水化合物小和大，所以白炭黑与橡胶基本体充分互动，它们制造的化学物质更稳定、更有韧性。
由于CO2氧化硅平衡中存在多氧化物含量、水文硝酸盐含量高、表面可用性高、与橡胶的相容性差以及橡胶的应用性能受到影响。
关键词：白炭黑；自动化包装系统；优化；应用引言近年来轮胎行业发展迅速，中国的环保要求使绿色轮胎成为轮胎行业未来的重要一步。
为了提高绿色轮胎的整体性能，轮胎企业不仅要开发合理的轮胎设计，还要合理利用黑色碳，加快我国绿色轮胎在运输中的发展和应用。
1自动化包装机械控制系统的设计特点（1）单独计算机控制。
包装机械中要应用自动化技术，就离不开计算机系统对包装机械的控制，如此才能确保机械顺利完成自动包装工作。
除此之外，计算机系统还能对包装机械的操作情况进行实时监控，工作人员只需输入相应操作指令，就可以让包装机械根据指令完成相应的包装工作，大大降低了工作人员的工作强度和复杂程度。
（2）小批量和多品种生产。
不同的用户对于包装有着不同的需求，如建立多条生产线则花费成本过高而得不偿失。
为此，可通过模块化设计，让包装机械自动完成不同品种的小批量包装。
同时，模块化的设计可以让不同品种的小批量包装工序同时进行，有效减少了工作周期。
（3）分辨材质。
包装机械中应用自动化技术，就可以自动化收集和分析原材料材质的相关数据信息，与人工分析和识别相比，其对于材质的分析和识别更为精准高效，这一过程主要是通过借助探测器来实现的。
通过对材质的自动分析和识别，就可以及时发现材料是否发生变化或材料的变化情况，并将这一结果显示在人机界面当中。
白炭黑在橡胶中的应用
白炭黑在橡胶中的应用一、白炭黑对胶料工艺性能的影响（1）胶料的混炼与分散白炭黑由于比表面积很大，总趋向于二次聚集，加之在空气中极易吸收水分，致使羟基间易产生很强的氢键缔合，进一步提高了颗粒间的凝聚力，所以白炭黑的混炼与分散要比炭黑困难得多，而且在多量配合时，还容易生成凝胶，使胶料硬化，混炼时生热大。
为获得良好的分散，就要求初始混炼时，保持尽可能高的剪切力，以便使白炭黑的这些聚集体粒子尽可能被破坏，而又不致使橡胶分子链发生过多的机械降解。
为此，白炭黑应分批少量加入，以降低生热。
适当提高混炼温度，有利于除掉一部分白炭黑表面吸附水分，降低粒子间的凝聚力，有助于白炭黑在胶料中的分散。
（2）白炭黑补强硅橡胶混炼胶中的结构控制白炭黑，特别是气相法白炭黑是硅橡胶最好的补强剂，但有一个使混炼胶硬化的问题，一般称为“结构化效应”。
其结构化随胶料停放时间延长而增加，甚至严重到无法返炼、报废的程度。
对此有两种解释，一种认为是硅橡胶端基与白炭黑表面羟基缩合；另一方面认为硅橡胶硅氧链节与白炭黑表面羟基形成氢键。
防止结构化有两个途径，其一是混炼时加入某些可以与白炭黑表面羟基发生反应的物质，如羟基硅油、二苯基硅二醇、硅氮烷等。
当使用二苯基硅二醇时，混炼后应在160~200℃下处理0.5~1h。
这样就可以防止白炭黑填充硅橡胶的结构化。
另一途径是预先将白炭黑表面改性，先去掉部分表面羟基，从根本上消除结构化。
（3）胶料的门尼粘度白炭黑生成凝胶的能力与炭黑不相上下，因此在混炼白炭黑时，胶料的门尼粘度提高，以致于恶化了加工性能，故在含白炭黑的胶料配方中软化剂的选择和用量很重要。
在IIR中往往加入石蜡烃类、环烷烃类和芳香烃类，用量视白炭黑用量多少及门尼粘度大小而异，一般可达15-30%。
在NR中，以植物性软化剂如松香油、妥尔油等软化效果最好，合成的软化剂效果不大，矿物油的软化效果最低。
（4）胶料的硫化速度白炭黑粒子表面有大量的微孔，对硫化促进剂有较强的吸附作用，因此明显地迟延硫化。
白炭黑及其应用讲解
白炭黑白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅、超细二氧化硅凝胶和气凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。
白炭黑是多孔性物质，其组成可用SiO2·nH2O表示，其中nH2O是以表面羟基的形式存在。
能溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和酸（氢氟酸除外）。
耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性。
目录[隐藏]1 基本信息2 物化性质3 成分4 制备1. 4.1 新方法5 用途1. 5.1 橡胶制品2. 5.2 农业化学制品3. 5.3 日用化工制品4. 5.4 胶结剂5. 5.5 抗结块剂6. 5.6 造纸填料6 气相应用1. 6.1 电子封装材料2. 6.2 树脂复合材料3. 6.3 塑料4. 6.4 涂料5. 6.5 橡胶6. 6.6 颜（染）料7. 6.7 陶瓷8. 6.8 密封胶、粘结剂9. 6.9 玻璃钢制品10. 6.10 药物载体11. 6.11 化妆品12. 6.12 抗菌材料13. 6.13 其它白炭黑 - 基本信息中文名称：白炭黑图中文别名：白炭黑(燃烧法));气相白炭黑;造粒白炭黑;药用级白炭黑;GH-7型白炭黑;GH-1A 型白炭黑;GH-1B型白炭黑;水合二氧化硅;白碳黑;白烟;沉淀水合二氧化硅;纯乳胶;胶体二氧化硅;沉淀二氧化硅英文名称：Whitecarbonblack英文别名：whitecarbon;Whitecarbonblack,combustionmethod;PelletedHydratedSilica;HydratedSi lica;Silicondioxidehydrate;Silica,hydrate;SILICA;Precipitatedsilica;CAS号：10279-57-9EINECS号：238-878-4分子式：SiO2.x(H2O)白炭黑 - 物化性质熔点：1610°C(lit.)沸点：>100°C(lit.)密度：2.6g/mLat25°C(lit.)折射率：n20/D1.544(lit.)储存条件：2-8°Cformtablets(~0.5geach)白炭黑按生产方法大体分为沉淀法白炭黑和气相法白炭黑。
白炭黑的表面疏水改性及应用
８ ０ ｍｉ ｎ后 ， 白炭 黑 的 活 化 度 达 到 ９ Ｏ ％ 以上 并 趋 于 稳 定 。
如图 ３ 所 示 。 图 中谱 线 Ａ 为 改 性 前 白炭 黑 的 红 外 光 谱 图， 由谱 线 Ａ 可 以 看 出 ， １ １ ０ ７ ｃ ｍ＿ １ 处 出现 了 Ｓ ｉ — Ｏ～ Ｓ ｉ
Ｈ。 Ｏ
１
ｒ
Ｉ
（ １ ）
由于 一Ｏ—Ｃ Ｈ 。 基 团本 身 具 有 疏 水 性 ， 因 而 白炭 黑
疏 水 性 增 加 。 随着 取 代 过 程 的 进 行 ， 白 炭 黑 分 子 表 面 的
白炭 黑 具 有 质 轻 、 化学稳定性好 、 电绝 缘 性 好 等 优 异
２ ． ２ ． ２ 反 应 时 间 对 白炭 黑 改 性 的 影 响
仪器： Ｊ Ｊ 一１型数 显 电动搅拌 器 、 Ｂ Ｓ 一３ ０ ０ ＋型 电子
天平 、 Ｓ Ｙ Ｐ型智 能 恒 温 水 浴 、 Ｑ Ｚ ７ ７ —１ ０ ２型 干 燥 箱 、 Ｓ ＨＺ
一
Ｉ １ １ ） 型真 空 泵 、 Ｔ Ｅ Ｎ Ｓ Ｏ Ｒ ２ ７型 红外 光 谱 仪 。
振动 ， ３ ４ ２ １ ｃ ｍ 处 为 Ｏ— Ｈ 基 的 伸 缩 振 动 ， ９ ５ ７ ｃ ｍ～ 处 为 Ｓ ｉ 一０Ｈ 的弯 曲振 动 吸 收 ， ７ ９ ９ ｃ ｍ－ １ 处为 Ｓ ｉ —Ｏ— Ｓ ｉ 键
白炭黑分 子表 面， 当白炭黑被疏水 的烷氧基基本 包覆时 ，
表 １ 正 交 实验 结果
实 验 号
十八 醇
／ ｇ
催 化剂 反 应 温 度 反 应 时 间
／ ｇ
０ ． ４
活 化 度
｝ ｅ
气相法白炭黑表面化学改性及其改性效果的表征
服 有 硅 行 开 信 传 新 地 务 机 氟 业 创 息 播 天
ＧＢ 专 栏 Ｓ
气相法自发黑表面化学改性及其改性效果的表征
冯钦邦 刘莉 龙成坤
（ 州吉 必盛科技 实 业有 限公 司 ，广州 ５ ０５ ） 广 １４０
气 相法 自炭黑 为无 定 形 白色 粉末 ，是一 种 无
ｓ—一 ＋ ｃ×—４ — — ｏＨ ｌ Ｒ． ｓ
一 Ｓ ｉ Ｏ－ ＳＲ． ｌ ＋ Ｈ － － ｉ４ｃ× ｘ ． １ ｃ
ｓ 一 ｏＨ ＋ （ ’ 一一 Ｒ。） Ｒ ｓ
．
—
Hale Waihona Puke —一Ｓ ｉ
。 Ｏ＿ ｓ （ ＇４ ＋ Ｒ’ Ｈ ｉ ）Ｒ ＯＲ ｘ
．
ｓ． 。 Ｈ ＋ Ｒ。 Ｈ 一 ＿
电作用等通常是引起气相法 自炭黑团聚的因素 ； ） （ ２
由于气 相法 自炭 黑粒 子 的量 子 隧道 效应 和界 面 原 子 的相互 耦 合 ，使得 气 相法 自炭 黑 粒子 极 易通 过 界 面 发 生相 互作 用而 团聚 ；（） ３由于气 相法 白炭 黑
粒子 比表面积 巨大及其表 面含有数量较 多的羟
气相 法 白炭 黑 经过 表 面 改性 后 ，通 过 测 量 其 与介 质 的接 触 角 ，评价 其 与介 质 之 间 的润 湿性 ， 反映 气相 法 白炭 黑 亲 油 的程 度 ，从 而判 断 气相 法 白炭黑 改性 效果 。 （ ）粘 度法 ２
果 的好 坏 。对 于 比表 面 积 相 同 的亲 水型 气相 法 白
（ ）接 触 角法 １
（ ）比表 面积法 ３ 由于 气相 法 白炭 黑 经 过表 面 改性 后 ，改性 剂 和 气 相法 白炭 黑表 面 的硅 羟基 发 生 化学键 合 ，从 而 屏 蔽气 相法 白炭 黑表 面 的一 部 分微 孔 ，从 而 导 致 改性 后 的气相 法 白炭 黑 的 比表 面积 下 降 ， 因此 通 过 测定 气 相法 白炭黑 改 性 后 比表 面积 的 大小 ， 可 以在 一 定程 度上 判 别气 相法 白炭 黑表 面 改性 效
白炭黑的改性原理及其应用
白炭黑干法表面改性工艺流程
N2 白炭黑 600~1000℃ 600~1000 预活化 ℃ 预活化
改性剂、蒸汽 25~650℃ 25~650℃硫 硫化床反应 化床反应
N2
500~250 ℃ 500~250 ℃吹扫 吹扫
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
改性产品 改性产品
湿法改性主要有两种。其一，将干燥的白炭黑与改性剂及一种有机溶剂（苯， 甲苯等）组成的溶液加热煮沸，回流反应，然后分离、干燥。该法的主要特点 是工艺简单，产品质量容易控制，改性剂耗量小。缺点是其产品后处理过程复 杂，且造成有机溶剂污染，较难实现规模化工业生产。其二，将干燥的白炭黑 或洗涤后的沉淀白炭黑滤饼配制成水溶液浆料，加入水溶性有机溶剂如醇类或 表面活性剂等，然后加入改性剂进行有机硅烷反应；再合成沉淀反应完成后的 悬浮液中加入改性剂。该法的主要特点是工艺简单，补助设备少，可以对沉淀 白炭黑尤其是沉淀白炭黑的半成品进行改性，有利于降低成本。例如，在硅酸 钠和硫酸沉淀反应后的悬浊液中加入醋乳浊液，得到的改性白炭黑用于涂料消 光剂，其工艺流程如下: 蜡处理的沉淀白炭黑 改性剂 硅酸钠 反应 硫酸 改性 洗涤 干燥 粉碎 成品
白炭黑的改性原理及其应用
白炭黑的改性原理
白炭黑的表面改性是利用一定的化学物质通过一定的工 艺方法使白炭黑的表面烃基与化学物质发生反应，消除或减少其表面 活性硅醇基的量，已达到改变表面性质的目的。 白炭黑的表面改性又分为无机物改性和有机物改性。无机物改 性，如用Tio2包裹Si02.有机物改性是白炭黑改性的主要方法，该改性方 法的技术关键在于有机基团取代白炭黑的表面烃基，这一步称为有机 硅烷化。 有机物改性常用的方法分为干法、湿法和压热法。干法是应用 干燥的白炭黑与改性剂（有机物）、蒸汽在固体反应器或流化床反应 器中于高温条件下接触反应。目前世界发达国家的气相法白炭黑的表 面改性工艺如下图流程 国外，白炭黑的表面改性研究起步于20世纪60~70年代，研究工作的重 点包括改性的方法、改性工艺、改性剂的选择等。德国、日本、美国 有大量专利问世。
一种改性白炭黑介绍
改性白炭黑
白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，用生产工艺分类可以分为沉淀二氧化硅和气相二氧化硅。
白炭黑是多孔性物质，其组成可用·n H2O表示，其中n H2O是以表面羟基的形式存在。
能溶于苛性碱和氢氟酸，SiO
2
不溶于水、溶剂和酸（氢氟酸除外）。
耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性。
本文介绍的改性白炭黑主要是应用在橡胶中，是指在沉淀法白炭黑的生产基础上，为提升分散性能再采用化学手段进行改性的白炭黑品种，让白炭黑由亲水性变成疏水性。
防止白炭黑颗粒之间过度团聚，影响橡胶制品的物理机械性能。
作用机理：
白炭黑的表面化学改性是采用可以与白炭黑的表面活性基团发生化学反应的化学品，消耗表面大量的自由羟基，以防止羟基互相结合形成团聚体。
目前比较常用的改性剂包括偶联剂Si69，Si75和甲基三甲氧基硅烷等。
这里我们采用常州五洲化工的一款专利橡胶活化剂，在反应中吸收二氧化硅的表面结晶水。
相比于硅烷系列改性剂又具有耐高温的优势，在500℃下才分解。
因此在高温高压的制品加工过程中也能保持有效性，不像硅烷系列会部分失效。
产品特点：
1. 超细粒径，提高胶料的物理机械性能
2. 低门尼粘度，带来更高的生产效率
技术指标：。
白炭黑补强原理
白炭黑补强原理
白炭黑是一种常用的填充剂，其具有良好的增强效果。
白炭黑的增强原理可以归纳为以下几点：
1. 填充效应：白炭黑填充在聚合物基础体系中，可以增加复合
材料的体积，从而提高其硬度、强度和刚度等力学性能。
2. 表面修饰效应：白炭黑表面通过物理吸附或化学反应等方式
与聚合物基体表面相互作用，在界面处形成一层薄膜，可以改善界面的相容性和黏着性，提高复合材料的承载能力。
3. 阻隔效应：白炭黑具有较高的比表面积和孔隙率，可以有效
地阻隔氧气和水分的渗透，从而提高聚合物基体的抗氧化和耐水性能。
4. 热稳定效应：白炭黑具有较好的热稳定性能，在高温下不易
分解，可以降低复合材料在高温条件下的脆化和老化现象。
综上所述，白炭黑的增强原理主要包括填充效应、表面修饰效应、阻隔效应和热稳定效应等多个方面，这些效应相互作用，使得白炭黑成为一种有效的增强剂。
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白炭黑的改性及其工艺研究现状
白炭黑的改性及其工艺研究现状摘要：本文简述了白炭黑的结构性能，重点介绍了目前白炭黑改性的改性剂及改性方法，提出了白炭黑以后的研究发展方向。
关键词：白炭黑改性剂改性工艺现状白炭黑的化学式为SiO2·nH2O，是白色粉末状无定型的硅酸和硅酸盐产品的总称。
白炭黑溶于氢氟酸和强碱，但不溶于水、溶剂和酸（除氢氟酸以外），其化学性质十分稳定，无气味、耐高温、不燃烧，具有很好的电绝缘性，及很好的分散性、补强增粘性。
广泛应用于橡胶、轮胎、涂料、印刷、化妆品等工业领域。
由于白炭黑具有比较特殊的表面结构，带有大量的表面羟基及特殊的颗粒形态，粒径小但比表面积大等，白炭黑在有机相中难以分散，且聚集体常为凝聚态，与有机基体之间易造成界面缺陷，使其应用性能受到很大的影响。
所以在实际的应用中，需要对白炭黑进行改性。
一、改性剂一般通过一定的工艺能与白炭黑的表面羟基发生反应，减少或消除活性羟基的量，达到改变其亲水性的物质均可用作改性剂。
目前常用的白炭黑改性剂主要有几类。
1.偶联剂李静，赵秀英，曹亚君[1]等将Si-69改性的白炭黑和受阻酚AO-80加入到丁腈橡胶（NBR）中，制备出了与纯NBR和NBR/AO-80复合材料相比，具有良好的阻尼性能的NBR/AO-80/白炭黑/Si-69复合材料，且其复合材料力学性能也得到了大幅度的提高。
李建芳[2]以六甲基二硅胺烷（J简称HMDS）作为改性剂，对超细沉淀法白炭黑进行了表面改性的研究，探索出了在100℃下，改性剂用量为12mL时，白炭黑的改性效果最好。
陈义唐[3]通过采取连续的方式，用六甲基二硅氮烷（简称HMDS）在气相法白炭黑的表面改性，较大程度上提高了填充热硫化硅橡胶性能，同时缩短了制备的工艺流程。
时志权，宋洪昌，吴贻珍[4]等利用自制的铝锆偶联剂AZ-M采用湿法工艺对纳米白炭黑进行表面改性，并将其应用在CR/BR胶料中，不仅增大了CR/BR 胶料的ML和MH，而且还缩短焦烧和正硫化时间,明显的提高了硫化胶的撕裂强度和耐疲劳性能。
白炭黑的表面改性技术
白炭黑的表面改性是利用一定的化学物质通 过一定的工艺方法使白炭黑的表面羟基与化学物
质发生反应 ,消除或减少其表面活性硅醇基的量 , 以达到改变表面性质的目的.
国外 ,白炭黑的表面改性研究起步于 20 世纪 60～70 年代 ,研究工作的重点包括改性的方法 、改 性工艺 、改性剂的选择等方面 ,其中 ,德国 、日本 、美 国有大量专利发表[7～9] . 例如 ,1975 年德国在日本 申请了专利“疏水白炭黑的制备方法”[10] ,该方法 首先在反应器中将聚乙烯醇溶解于水中 ,加入硅酸 钠 ,升温到 82 ℃,然后同时加入硫酸和硅酸钠 ,得 到 pH 值为 2. 5 的悬浊液 ,通过过滤 、洗涤 、干燥和 粉碎得到有机改性产品 ,该产品可用作油漆消光 剂 、增稠剂等. 1982 年日本专利通过对改性剂的不 断研究 ,推出一种新型的制备方法[11] ,该方法用有 机卤化硅烷对沉淀白炭黑进行处理 ,把常规所制备 的沉淀白炭黑悬浊液加热到 50～90 ℃,然后加入 有机卤化硅烷 , 再对生成物过滤 、洗涤 、干燥 , 在 300～600 ℃进行热处理 ,得到疏水性沉淀白炭黑产 品 ,该产品可用作橡胶填充剂 、消泡剂助剂等. 1988 年欧洲专利介绍了一种改进的处理工艺[12] ,该工 艺是将 100 质量份的气相白炭黑[ 比表面积 200 m2 ·g - 1 ,含水量 4 %] ,在室温下连续通有机卤化硅烷 [10 份 Me2SiCl2 和 10 份 Me3SiCl ] ,然后在 150 ℃下 保持 3 h ,赶除盐酸后 ,得到疏水气相白炭黑 ,该产 品可用作硅橡胶补强剂. 另外 ,1985 年美国专利[13] 介绍将白炭黑置于流化床中 ,在 300～600 ℃下 ,使 用 Me2SiCl2 、HCl 及表面活性剂配成的混合改性剂 , 得到 Si-OH 含量低于 5. 3 个·nm- 2的疏水白炭黑. 此外 ,若用低聚硅氧烷在加热加压下处理白炭黑 ,
气相法白炭黑的表面改性
生 产过 程 中 引入表 面处 理剂 ，直接 出 来 的就是 表 面 处理 型 产品 。这 种工 艺 的特 点处 理效 率 高 ，产
品处 理均 匀而 反应尾气 循 环利 用 ，没有 环境污 染 。
复 杂 ，控制 比较 困难 ，但 是它 容 易 与生 产装 置相 连 接 ，易于 实现 工业 化连 续 生产 。气 相法 白炭 黑
气相 法 白炭 黑经 过 表面 处 理 后 ，大大 拓 宽 了
矍嚣
誉煮霁 蔷 曩墨萎
增强 了气 相 法 白炭 黑 的功 能性 、可 设计 性 。表 １
（ 广州吉必盛科技实业有限公司，广州）
气 相法 白炭 黑 （ 学名 气相 二氧 化 硅 ）是一 种
要对 其进 行表 面 改性 ，以拓宽 气相法 白炭黑 的应
用领 域 。表 面改性 就 是使 二氧 化硅粒 子表 面 的活
白色 、无定 形 的无机 超微 颗粒 ，通 常 是利 用氯 硅 烷 在氢 氧焰 中高 温水 解制 得 。气相 法 白炭 黑 的特
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３水相自黑应 疏气法炭的用
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—
白炭黑 表面硅羟基
白炭黑表面硅羟基
白炭黑表面的硅羟基是一种活性基团，具有亲水性，使得白炭黑具有较高的表面能，容易发生凝聚，从而影响产品的性能。
在生产过程中，白炭黑容易团聚、亲水，导致成本偏高、效率低且能源消耗严重。
为了改善这些问题，通常需要对白炭黑的表面进行改性。
白炭黑表面改性的方法主要包括硅烷偶联剂改性、醇酯法改性、聚合物接枝法改性和聚合物包覆改性等。
这些方法可以消除或减少表面硅醇基的数量，使产品由亲水性变为疏水性，以达到改变表面性质的目的。
例如，利用硅烷偶联剂的双反应功能，有机基团的一端与白炭黑表面的羟基反应，另外一端与橡胶等聚合物大分子链发生反应，使得白炭黑表面特性得以改变。
纳米白炭黑粉体表面改性的研究
纳米白炭黑粉体表面改性的研究1 研究目的和意义白炭黑是一种超细微具有活性的二氧化硅粒子，是一种白色、无毒、无定形微细粉状物，具有多孔性、高分散性、质轻、化学稳定性好、耐高温、不燃烧、电绝缘性好等优异性能的重要无机硅化合物。
其相对密度为2.319～2.653，熔点为1750℃，是一种重要的精细无机化工产品。
化学名称为水合无定形二氧化硅或胶体二氧化硅，分子式为SiO2 .nH2O，系以Si原子为中心，O原子为顶点所形成的四面体不规则堆积而成的。
它表面上的Si原子并不是规则排列，连在Si原子上的羟基也不是等距离的，它们参与化学反应时也不是完全等价的[1]。
和其他氧化物相似，一旦白炭黑(SiO2)和湿空气接触，表面上的Si原子就会和水"反应"，以保持氧的四面体配位，满足表面Si原子的化合价，也就是说，表面有了羟基。
白炭黑对水有相当强的亲和力，水分子可以不可逆或可逆地吸附在其表面上。
所以SiO2表面通常是由一层羟基和吸附水覆盖着，前者是键合到表面Si原子上的羟基，也就是化学吸附的水；后者是吸附在表面上的水分子，也就是物理吸附的水。
已有的研究成果表明白炭黑表面存在羟基官能团，其羟基主要划分为三种类型[2]：(1)孤立单羟基， SiOH；(2)孤立双羟基，=Si(OH)2；(3)在羟基相互之间有氢键存在的邻位羟基。
当表面硅醇基浓度足够大时白炭黑表面是亲水的。
水分子可以和白炭黑表面的羟基群形成氢键。
白炭黑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, 白炭黑微粉能提高材料和产品固有的物理属性和化学性能，广泛应用于催化剂、催化剂载体、石油化工、脱色剂、消光剂、橡胶补强剂、塑料充填剂、油墨增稠剂、金属软性磨光剂、绝缘绝热填充剂、高级日用化妆品填料及喷涂材料等各种领域，是橡胶、化工、电子、医药等行业提高产品质量所需要的“工业味精”。
然而，由于白炭黑内部的聚硅氧和外表面存在的活性硅醇基及其吸附水，使其呈亲水性，在有机相中难以湿润和分散，与有机基体之间结合力差, 易造成界面缺陷, 使复合材料性能降低；而且由于其表面存在羟基，表面能较大，聚集体总倾向于凝聚，因而产品的应用性能受到影响。
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白炭黑的改性原理
白炭黑的表面改性是利用一定的化学物质通过一定的工 艺方法使白炭黑的表面烃基与化学物质发生反应，消除或减少其表面 活性硅醇基的量，已达到改变表面性质的目的。 白炭黑的表面改性又分为无机物改性和有机物改性。无机物改 性，如用Tio2包裹Si02.有机物改性是白炭黑改性的主要方法，该改性方 法的技术关键在于有机基团取代白炭黑的表面烃基，这一步称为有机 硅烷化。 有机物改性常用的方法分为干法、湿法和压热法。干法是应用 干燥的白炭黑与改性剂（有机物）、蒸汽在固体反应器或流化床反应 器中于高温条件下接触反应。目前世界发达国家的气相法白炭黑的表 面改性工艺如下图流程 国外，白炭黑的表面改性研究起步于20世纪60~70年代，研究工作的重 点包括改性的方法、改性工艺、改性剂的选择等。德国、日本、美国 有大量专利问世。
（2）在油漆和涂料中的应用
在液态涂料和油漆中，气相白炭黑兼有流变助剂、防沉剂、助分散剂、 消光剂的功能。在配方中加入气相白炭黑，可以控制体系的流变性和触变 性，既防此涂料和油漆在施工过程中的流挂现象，又可保证涂层厚薄均匀， 获得高品质的涂刷效果。气象白炭黑在液态涂料和油漆中，能够提高颜料 盒填料的悬浮性，改善颜色的分散性，从而有效地防此颜料和填料在体系 中沉降，使其具有良好的储藏性。颜料绝大多数是以粒子的附聚体和聚集 体混合形式存在的，在体系中加入气象白炭黑能将这些大小不一的颜料粒 子分散为更细小的粒子或原生粒子，使他们不在聚集或絮凝形成的分散体 系，这样就不会出现絮凝、返粗、沉降、颜色漂移、光泽降低、着色力及 遮盖力下降等缺陷。气象白炭黑作为消光剂，其作用是调整漆膜的表面光 泽，并赋予漆膜表面良好的油腻感。例外，气象白炭黑用于油漆和涂料体 系中，能够提高涂层的抗刮擦和耐磨性能，加强了防腐蚀的作用。 粉末涂料中也常常用到气象白炭黑。在粉末涂料中，气象白炭黑可以 改善粉末涂料的自由流动、防结块和硫化特性。这是由于气象白炭黑的超 细粒子能够在粉末涂料相对较大的粒子之间自如移动，在粉末粒子的表面 好似形成了一层“涂层”，这层气象白炭黑具有润滑作用，通过物理间隔 使得粉末粒子能够灵活的移动。由于水的表面张力能在粉末粒子相互接触 时，依靠水分子间的微弱作用力使粉末团聚结块，加入亲水型的气象白炭 黑就能够吸收粉末粒子表面的水分，防此粉末涂料团块的出现。气象白炭 黑的这种自由流动和结块特点可以提高粉末涂料喷涂的硫化性能。
（5）在黏结剂中的应用
在黏结剂中加入白炭黑，能防止填料沉淀，提高黏滞度，增强附着力 和加快凝固速度，因此，适用于棉花和橡胶、尼龙和橡胶、皮革和脚底、 塑料和钢板及各种合金板材间黏接。
（6）在造纸业中的应用
白炭黑不仅能使纸张轻量化，事宜高速印刷，而且还能提高纸张的强 度，改善油墨的渗透性。此外，白炭黑还可用作分散染料、覆盖层纸浆 的增光剂。 另外，白炭黑在饲料工业、化肥工业、化学工业、国防工业等领域也 有许多用途。
白炭黑的应用
气相白炭黑广泛应用于硅橡胶、油漆涂料、油墨和复印机墨粉、胶 黏剂、电缆料与不饱和聚酯树脂、植物保护、食品和化妆品，可起到补强、 增凋、看结块、控制体系流变和触变等作用。
（1）在硅橡胶中的应用
气相白炭黑大量运用于室温硫化硅橡胶和高温硫化硅橡胶，他们 往往是以附聚体的形式分散在基体中形成二维的网纵结构，和硅橡 胶基料的接触面大，在流化过程形成的交联点多，从而对硅橡胶起 到增凋和补强作用。气相白炭黑形成的三维网纵结构只具有相对稳 定性，处于一种“弹性”的状态，在外力的作用下，会暂时受到破 坏，使体系的黏度降低，呈现良好的流动性。当外界的剪切力撤出 后，三维网状结构会迅速恢复，保持住受力前的状态，使体系具有 良好的触变性。例外，由于粒径很小，颗粒又呈球形，气相白炭黑 分散在基料中形成均匀的体系时，往往具有良好的光学性能，可生 产白色透明的硅橡胶制品。用气相白炭黑为填料生产的温室硫化酸 性硅酮胶，具有宽广的碉度范围和有效的硫化性能，对各种涂有低 漆或不涂底漆的基材均呈现优良的黏结能力，在常温下具有优异的 储藏稳定性，广泛应用于建筑业。
（4）在农药、药品和化妆品中的应用
活性白炭黑具有很大的内、外比表面积，是理想的农药载体。白炭 黑用作各种农药的乳药分散剂、颗粒剂时，能大量吸收杀虫剂，然后缓 慢释放出来，这样杀虫时间长，效果好。由于具有触变性、增凋性、生 理惰性、高吸水性和分散性，白炭黑在药物制剂和化妆品也得到了广泛 的应用。白炭黑可改善药粉的流动性和分散性，是液体或粘性物质变为 自由流动的粉末，在药粉中加入可增进对皮肤的粘附性。
（3）在塑料和不饱和聚酯树脂中的应用
气象白炭黑也常常应用于塑料盒弹性体以及不饱和聚酯树脂中。在 塑料的混炼中除加入传统填料外，还加入少量的气象白炭黑，就会产生明 显的补强作用，大大提高材料的硬度和机械性能，从而改善加工工艺和制 品的性能。在不饱和聚酯树脂中加入少量的气象白炭黑可以赋予树脂极佳 的透明度和优异的物理性能，这些特征都有助于提高下游制品的质量。
白炭黑干法表面改性工艺流程
ห้องสมุดไป่ตู้
N2 白炭黑 600~1000℃ 600~1000 预活化 ℃ 预活化
改性剂、蒸汽 25~650℃ 25~650℃硫 硫化床反应 化床反应
N2
500~250 ℃ 500~250 ℃吹扫 吹扫
改性产品 改性产品
湿法改性主要有两种。其一，将干燥的白炭黑与改性剂及一种有机溶剂（苯， 甲苯等）组成的溶液加热煮沸，回流反应，然后分离、干燥。该法的主要特点 是工艺简单，产品质量容易控制，改性剂耗量小。缺点是其产品后处理过程复 杂，且造成有机溶剂污染，较难实现规模化工业生产。其二，将干燥的白炭黑 或洗涤后的沉淀白炭黑滤饼配制成水溶液浆料，加入水溶性有机溶剂如醇类或 表面活性剂等，然后加入改性剂进行有机硅烷反应；再合成沉淀反应完成后的 悬浮液中加入改性剂。该法的主要特点是工艺简单，补助设备少，可以对沉淀 白炭黑尤其是沉淀白炭黑的半成品进行改性，有利于降低成本。例如，在硅酸 钠和硫酸沉淀反应后的悬浊液中加入醋乳浊液，得到的改性白炭黑用于涂料消 光剂，其工艺流程如下: 蜡处理的沉淀白炭黑 改性剂 硅酸钠 反应 硫酸 改性 洗涤 干燥 粉碎 成品