白炭黑的表面改性技术
硅烷偶联剂及其对白炭黑的改性研究进展
硅烷偶联剂及其对白炭黑的改性研究进展摘要：介绍硅烷偶联剂的作用机理及其对白炭黑的改性效果。
硅烷偶联剂与白炭黑表面的羟基发生反应，使白炭黑由亲水性变为疏水性，从而增大其与橡胶的相容性，改善白炭黑的分散性，提高填充硫化胶的物理性能和动态力学性能。
最后提出了目前改性存在的问题及对未来的研究的展望。
关键词：硅烷偶联剂；白炭黑；改性；作用机理白炭黑是橡胶工业中一种重要的补强填料,同炭黑比较, 白炭黑的粒径小、比表面积大，填充硫化胶的拉伸强度、撕裂强度和耐磨性均较高；但它与烃类橡胶的相容性较差，大量填充胶料的粘度较大，加工性能随贮存时间的延长而变差，贮存后胶料存在硬化、挤出困难以及成型粘性差等问题，填充胶料还易产生静电积累，加工性能较差, 在橡胶工业中的应用受到限制。
使用硅烷偶联剂对白炭黑进行改性, 解决了白炭黑与胶料的亲和性, 改善了胶料的加工性能。
同时可使胶料的定伸应力、拉伸强度、撕裂强度及耐磨性提高。
轮胎使用白炭黑补强时加入硅烷偶联剂, 可以获得滚动阻力( 生热) , 抓着性能和耐磨耗性能三者之间的最佳平衡。
本文主要对硅烷偶联剂及其对白炭黑作用机理进行了介绍。
1硅烷偶联剂硅烷偶联剂的通式为RSiX。
，式中R为有机基团，如乙烯基、环氧基、氨基、甲基丙烯酰氧基、巯基等，它能与树脂反应形成牢固的化学结合；X为能够水解的有机基团，如甲氧基、乙氧基、氯等，其水解副产物在低温下可以挥发，而异丙基、异丁基则需要较长的反应时间，且反应副产物也难以从处理的无机填料中去除，X基团能与白炭黑表面的活性羟基缩合形成硅氧烷键。
在橡胶工业中使用较多的是含硫硅烷偶联剂，如TESPT、双一[(三乙氧基硅烷基)一丙基]二硫化物(TESPD或Si75)、r巯基丙基三甲氧基硅烷(A一189)等，而在轮胎工业中使用最多的是硅烷偶联剂TESPT。
一般选用硅烷偶联剂的原则是：聚烯烃橡胶多选用乙烯基硅烷；硫黄硫化胶多选用含硫硅烷偶联剂，如Si69和Si75等；环氧树脂一般选用端基是环氧基或氨基的硅烷；不饱和聚酯多用乙烯基、环氧基硅烷。
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。
白炭黑表面处理除去羟基的方法
白炭黑表面处理除去羟基的方法白炭黑，作为一种重要的工业填料，广泛应用于橡胶、塑料、涂料等领域。
其表面的羟基对其应用性能具有重大影响。
在某些应用场合，需要降低或除去白炭黑表面的羟基含量，以改善其与其他材料的相容性。
本文将介绍几种白炭黑表面处理除去羟基的方法。
1.硅烷偶联剂处理法硅烷偶联剂是一种常用的白炭黑表面处理剂，可以通过与表面羟基反应，形成硅氧键，从而降低表面羟基含量。
具体步骤如下：（1）将白炭黑与硅烷偶联剂混合，搅拌均匀；（2）在一定的温度和湿度条件下，硅烷偶联剂与表面羟基发生反应；（3）反应结束后，通过过滤、洗涤、干燥等步骤，得到表面羟基含量较低的白炭黑。
2.硅油处理法硅油可以与白炭黑表面的羟基发生反应，形成硅氧键，从而降低羟基含量。
具体步骤如下：（1）将白炭黑与硅油混合，搅拌均匀；（2）在一定的温度和压力条件下，硅油与表面羟基反应；（3）反应结束后，通过过滤、洗涤、干燥等步骤，得到表面羟基含量较低的白炭黑。
3.磷酸酯处理法磷酸酯可以与白炭黑表面的羟基反应，形成磷酸酯键，从而降低羟基含量。
具体步骤如下：（1）将白炭黑与磷酸酯混合，搅拌均匀；（2）在一定的温度和湿度条件下，磷酸酯与表面羟基反应；（3）反应结束后，通过过滤、洗涤、干燥等步骤，得到表面羟基含量较低的白炭黑。
4.高温热处理法高温热处理法是通过高温条件下，使白炭黑表面的羟基发生热分解，从而降低羟基含量。
具体步骤如下：（1）将白炭黑置于高温炉中；（2）在一定的温度和时间内，使表面羟基发生热分解；（3）热处理结束后，冷却、收集得到表面羟基含量较低的白炭黑。
综上所述，以上四种方法均可用于白炭黑表面处理除去羟基。
在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的方法。
炭黑改性工艺技术
炭黑改性工艺技术炭黑是一种广泛应用于橡胶、塑料、涂料、墨水等行业的黑色颜料，其改性工艺技术的研发和应用已经成为炭黑行业的关键发展方向之一。
改性工艺技术可以通过表面处理、控制疏水性、改善分散性等手段，提高炭黑的增强性能和应用领域，使之更好地满足市场需求。
一种常见的炭黑改性工艺技术是表面处理。
炭黑的表面吸附有大量的杂质和氧化物，对其物理和化学性能产生了一定的影响。
通过表面处理，可以去除或转化这些吸附物，提高炭黑表面的纯净度，进而改善其增强性能和分散性。
常见的表面处理方法有酸洗、热处理、化学改性等。
例如，可以使用硫酸、硝酸等酸洗炭黑，去除表面的金属离子和有机杂质，提高炭黑的增强效果和增塑性能。
另一种常见的炭黑改性工艺技术是控制炭黑的疏水性。
炭黑的颗粒表面具有亲水性，易于与橡胶、塑料等基体相结合，但这种亲水性也使得炭黑在加工时易聚集成团，难以有效分散。
通过控制炭黑的疏水性，可以减少炭黑粒子之间的吸引力，提高炭黑的分散度和增强性能。
常见的控制炭黑疏水性的方法有表面改性、润湿剂添加等。
例如，可以使用硅烷类化合物对炭黑进行表面改性，增加其疏水性，从而减少炭黑之间的吸引力，有利于炭黑的分散和增强效果的提升。
此外，还有一种常见的炭黑改性工艺技术是改善炭黑的分散性。
炭黑粒子之间的吸引力和相互作用力往往使得炭黑在加工过程中难以均匀分散于基体中，影响其增强性能。
通过改善炭黑的分散性，可以使炭黑更均匀地分散在基体中，提高增强效果和力学性能。
常见的改善炭黑分散性的方法有增湿剂添加、分散剂使用等。
例如，可以使用表面活性剂作为分散剂，降低炭黑之间的相互吸引力，增加炭黑与基体的相容性，从而改善炭黑的分散性和增强效果。
综上所述，炭黑改性工艺技术的研发和应用可以提高炭黑在橡胶、塑料、涂料、墨水等行业的增强性能和应用领域，推动炭黑行业的发展。
通过表面处理、控制疏水性、改善分散性等手段，可以实现炭黑的优化改性，使其更好地满足市场需求。
随着炭黑改性工艺技术的不断创新和应用，相信炭黑在各个领域中的应用前景将更加广阔。
白炭黑产品致密技术原理
白炭黑产品致密技术原理白炭黑是一种常见的黑色粉末，由于其高比表面积和微细颗粒大小，被广泛应用于化妆品、油墨、涂料、橡胶等行业。
白炭黑产品的致密技术是指通过一系列的工艺和步骤，使得白炭黑的颗粒更加均匀、紧密地堆积在一起，以达到更高的比表面积和更好的使用效果。
白炭黑产品致密技术的原理主要包括以下几个方面：1. 粉体处理：白炭黑产品在生产过程中需要进行粉体处理。
首先，通过物理或化学方法对原始白炭黑进行处理，去除其中的杂质和不纯物质，以确保产品的质量。
然后，利用适当的设备和工艺将处理后的白炭黑粉末进行进一步的细化，使其颗粒更加细小均匀。
2. 颗粒形态控制：颗粒形态的控制是白炭黑产品致密技术的关键。
通过合理的工艺和设备，可以控制白炭黑颗粒的大小、形状和分布。
一般来说，较小的颗粒大小和较大的比表面积可以增加产品的活性和吸附性能。
因此，通过调整工艺参数，如温度、压力、搅拌速度等，可以实现对颗粒形态的精确控制。
3. 紧密堆积：为了实现白炭黑产品的致密化，颗粒之间需要紧密堆积在一起。
在生产过程中，可以通过添加适量的助剂或调整工艺参数，使得白炭黑颗粒之间的黏性增加，从而促进颗粒的紧密堆积。
此外，也可以利用机械力或压力将颗粒压实，使得颗粒之间的间隙减少，从而增加产品的致密度。
4. 表面改性：为了进一步提高白炭黑产品的使用效果，可以对其表面进行改性处理。
通过表面改性可以增加白炭黑颗粒与其他物质的相互作用力，提高产品的分散性和稳定性。
常见的表面改性方法包括物理吸附、化学修饰等，通过这些方法可以使白炭黑颗粒在使用过程中更好地展现出其特性和功能。
通过以上的致密技术，白炭黑产品可以实现更高的比表面积和更好的使用效果。
具体来说，致密的颗粒结构使得白炭黑具有更好的吸附能力，可以吸附和催化其他物质，从而实现更好的功能和效果。
此外，致密的颗粒结构还可以增加白炭黑产品的稳定性和耐久性，延长其使用寿命。
白炭黑产品致密技术通过粉体处理、颗粒形态控制、紧密堆积和表面改性等工艺和步骤，使得白炭黑颗粒更加均匀、紧密地堆积在一起，以实现更高的比表面积和更好的使用效果。
橡胶填充剂白炭黑的生产及改性技术进展
不燃烧， 具有很高的电绝缘性， 优越的稳定性， 补 强性， 增稠性和触变性。 气相法 白炭黑的生产工艺
主要为化学气相沉积 （Ａ ） Ｃ Ｖ 法， 该工艺又称热解
沉淀法 白炭黑普遍采用硅酸盐 （ 主要为硅酸 钠） 与无机酸 （ 通常使用硫酸或者盐酸 ） 中和沉淀 反应的方法来制备， 生成的水合二氧化硅沉淀后，
技术。 浙江广科化工有 限公司、 吉林省临江市业柱 化工有限公司用硅藻土生产 白炭黑 。 膨润土 主要成份蒙脱石 的化学式为 Ａ ， １０ ・ ４ ｉ 。 ３ 。， Ｓ Ｏ ・ Ｈ０ 蒙脱石受 热后在活化剂作用下层状 结构易被破坏 ， 将晶态硅转变为具有活性的非晶态 二 氧化 硅 （ｉ 。・ Ｈ０ 。膨 润 土经 活 化处 理 等一 Ｓ Ｏ ｎ 。）
原料送至精馏塔精馏后，在蒸发器中加热蒸发，并 以干燥、 过滤后的空气为载体， 送至合成水解炉。 四 氯化硅在高温下气化 （ 火焰温度 １ ０ ０ １ ８ ０ ０ － ０ ℃）
后，与一定 量 的氢和 氧 （ 或空气 ） １０ ℃左 右 的 在 ８０
高温下进行气相水解，此时生成的气相二氧化硅 颗粒极细， 与气体形成气溶胶， 不易捕集 ， 故使其
法、 干法 或燃烧 法 。 制备原 理是 硅 卤化合 物在 氢 其
气氧气燃烧生成的水 中进行高温 （ 高于 １ ０ ℃） ００
水解反 应 ， 然后骤 冷 ， 过 聚集 、 酸 等后处 理工 经 脱
它能大幅提高胶料的物理性能、 减少胶料滞后、 降
序而得到产品。生产工艺主要为化学气相沉积法， 又称为热解法、 干法或燃烧法。 其原料一般为四氯
１ １ 气相 法 ．
高纯白炭黑的合成。气相法制备 白炭黑的缺点是
表面存在活性硅羟基、吸附水及 制备工艺导致其 表面出现酸区， 使白炭黑呈亲水性， 在有机相中难
【炭黑篇】六甲基二硅胺烷对气相法白炭黑的表面改性
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mS
3 -
01 × A N VC
= N
r etli f r et a W— 01 ;r ot c ell oC
— 9 ; el pu oc omr eh T— 8 ;r ot c aer deb dezidi ul F— 7 ;r ekn at
S D MH— 6 ; r ot a ci dni wol F— 5 ;r e t aeh e r p n egor ti N—4 ; r et ae H— 3 ;r ey rd l eg acilis — 2 ; n egor ti n f o r edni ly c—1
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
白炭黑表面改性的研究
白炭黑表面改性的研究摘要：白炭黑是现在重要的一种无机化工产品，被大量的用于造纸、橡胶制品、涂料、油漆等多个行业。
本文针对白炭黑的制备方法、表面改性技术以及改性白炭黑的应用作了详细的介绍。
关键词：白炭黑表面改性研究白炭黑是白色的粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐的总称，主要就是二氧化硅、超细二氧化硅凝胶和气凝胶、气相二氧化硅，还有粉末状合成硅酸钙和硅酸铝等。
白炭黑为多孔性的物质，化学公式为SiO2·nH2O。
nH2O是表面羟基形式存在的。
白炭黑不溶于水、酸（氢氟酸除外）和溶剂，但是能够溶于氢氟酸与苛性碱。
具有无味，耐高温的特点，同时具有非常好的绝缘性，所以广泛用于轻工业和化工业中。
一、白炭黑解析白炭黑按照生产方法又分为沉淀法白炭黑与气相法白炭黑。
直径颗粒小于100nm，常态时白色无定形的絮状半透明固体胶状纳米粒子就是气相法白炭黑，有巨大的表面积，无毒。
气相法白炭黑就是纳米SIO2，产品纯度能够达到99%，颗粒直径能达到10-20nm，因为制作工艺极为复杂，所以价格比较昂贵。
沉淀法白炭黑分为传统和特殊沉淀法白炭黑，传统沉淀白炭黑主要是盐酸、硫酸、二氧化碳和水玻璃。
最为基本原材料生产出的二氧化硅，特殊沉淀白炭黑是利用超重力技术、化学晶体法、反橡胶束微乳液法、溶胶凝胶法和二次结晶法等方法生产出来的二氧化硅。
沉淀白炭黑普遍用于合成橡胶与天然橡胶的补强剂，气相白炭黑用于硅橡胶的补强剂。
（一）白炭黑的制备制备白炭黑有两种方法，是传统的制备方法和新方法。
传统的制备方法就是利用四氯化硅、硅酸钠和正硅酸乙酯做硅源，这样能够降低成本。
而新的方法是采用价格便宜的非金属矿做硅源，这样就将白炭黑的生产成本降到最低。
传统的制备方法又分气相法和沉淀法。
1、气相法气相法又叫热解法、燃烧法或者干法，主要是化学气相沉积法。
一般是在高温条件下，四氯化硅、氧气和氯气反应而成，化学方程式为：SICL4+2H2+O2SIO2+4HCL，将氯气和氧气经过加压、分离、冷却脱水、硅胶干燥，然后除尘过滤送入合成水解炉子。
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
＼
—
Ｓｌ
Ｈ ＋
（ ｌ ｉ４ — —一 Ｒｏ） Ｒ ． Ｓ
—
／ （ ）醇类处理 ２
ｓｉ 。Ｈ ＋ Ｒ。Ｈ 一 一
ｓ－ 。Ｒ ＋ ＿
（）胺类 处理 ３
Ｓｉ ＯＨ ＋ ＨＯＮＲ１ Ｒ３ — － Ｒ２ — ｓｔ ——。ＮＲ’ Ｒ Ｒ。＋ Ｈ 。
，
３水相自黑应 疏气法炭的用
硅 氧烷 、三 甲基 氯烷 ，有 机 硅氧 烷 、有机 硅 氮烷 和 有机 卤硅烷 等 ） ，胺 类化合 物和 醇类化 合物 Ｒ４ × Ｓｉ
一
—
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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白炭黑的表面改性技术
作者：于欣伟， 陈姚， YU Xin-wei， CHEN Yao
作者单位：广州大学,生物与化学工程学院,广东,广州,510405
刊名：
广州大学学报（自然科学版）
英文刊名：JOURNAL OF GUANGZHOU UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION)
年，卷(期)：2002,1(6)
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