影响沉淀白炭黑吸油值和比表面积的工艺因素

■
（ １ ） 制 作溶 胶 的稀 盐 酸 比重 （ 以渡 美 度 表
示）
根据 待研究的影 响 因素 ， 我们采 用正 交
（ ２ ） 制作溶胶的硅酸钠模数。 本实验采 用 南 京 化 工 大 学 应 用 化 学 实 验 厂 生 产 的 水 玻
璃， 模数为 ３ ． ３ ４ ， 比 重为 ３ ６ 。 Ｂ ｅ 。根 据 实 验 需
炭黑 吸油值有 明显差异 。 为判断上述 ｌ ０ 个因 素对产 品性 能影响的强 弱程度 ， 我们把 同一 因 素 同一 水 平 的九 个 样 品 的 吸 油 值 相 加 、 取 算术平均值 ， 并计算 出各水平下的极 差 。 为简
的十个影 响因素 ， 用 Ｉ ， ｌ， Ｉ依次 代表各 个 因素的三个 水平 ， 对正交 试验 的结果进行 分 析， 计算结 果见表 ３ 。
橡 胶 制 品的 物 理性 能 密 切相 关 ， 吸 油值 越 高 ，
其补强性能越好。 。 本 文 采 用 正 交试 验 法 ， 研 究 了多 种 反 应 条件 对 自炭黑 成 品 吸油 值 的 影 响， 并分 析 导 出 了最 佳 的 工 艺条 件 。 １ 实 验 部 分 １ ． Ｉ 溶 胶 法 制 备 白炭 黑 的 工 艺 流程 溶 胶 法制 备 沉淀 白炭 黑 的特 点 是 首 先制 备硅溶胶 ， 然 后 再 与 硅 酸钠 进行 合 成 反 应 ， 析 出 的水 合 二 氧 化 硅 经 分 离 、 干 燥 等 处 理 即得 成 品 白炭 黑 。其 工 艺过 程 示 于 图 １ 。
０ ２ ６
０ ． １ ３
０ ０ ７
０ １ ２
０ ． １ ０
０ － ｌ ５
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１ ８
无 机 盐 工 业
１ ９ ９ ６年
表３ 结果显示 ， 因素 ５ 即反 应终 止时 ｐ Ｈ
影 响作用 最强 ， Ｎａ ＣＩ 加入量 、 制 作 溶 胶 的 水
致 最 终 产 品质 量上 的 明显 优 劣 。影 响 沉淀 白 炭黑 质量的工艺 因素较多 ， 根 据 文 献 资 料 及 实 验探 索 ， 主 要 有 以下 十 个 影 响 因 素 ：
中加 入 的溶 胶 毫 升 数表 示 。 （ ８ ） 水玻璃底液的模数 。 （ ９ ） 水 玻 璃 底 液 的 比重 。 （ １ ０ ） Ｎａ Ｃ１ 的 加 入 量 。以稀 Ｎａ ＣＩ 溶 液 的 加 入体 积 与 底 液 体积 比表 示 。 ２ ． ２ 工艺 因 素对 产 品吸 油 值 的影 响
试验法来设计该项 多因素试验 。将每个因素
选 取三个水平 ， 选 用 ｋ （ ３ ） ” 正 交设计表 ， 共 需 完成 ２ ７次 实 验 。 正 交试 验 的 因素 水 平 表 见 表 ｌ ， 试 验结 果列 于 表 ２ 。
表 １ 正 吏设 计 的 因素水 平 表
要 用 Ｎａ Ｏ Ｈ 调整其模 数 ， 用于制 备硅溶胶韵 水 玻 璃 比重 均 调 整 在 ２ ０ 。 Ｂ ｅ 。 （ ３ ） 硅溶胶的浓度 （ 以 ０。 计） 。
表 ３ 正 吏 试验 结 果分 析 表
！
１ ２０ ６ ０ ２ １． ６ ７
！
２ ０ ．９ ＆ ２１ ． ５ １
！
． ！
！ ： ：！
２ ０ ． 々０ ２ １ ． ６ ８
！ ： １
２ Ｏ ４ ９ ２ Ｏ ． ９７
１９ ． ６ ４ ２０ ３ ５
表 中平 均 粒 径 系 根 据 比 表 面 积 计 算 所
程“ ， 加 入 量 过 多 或 过 少 均 影 响 产 品 的 吸 油 值， 且 加 入 方 式 也 有 明显 影 响 。反 应 前 加 入 Ｎａ ＣＩ 较 反 应 过程 中加 入 的 效 果 要 好
４ 结论
得， 并与 Ｈ－ －ｇ ０ ０ ０型透射 电镜的观 察结果相 吻 合 由表 ４看 出 ， 加 入 正 丁醇 的 Ｂ榉 ， 其 吸
２ 实验 结 果
图 １ 溶 胶 法 白 炭 黑 生 产 工 艺 流 程 示 意 图
２ ． １ 影 响产 品质 量 的 工 艺 因 素选 择
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第 ３ 期
无 机 盐工 业
ｌ ７
沉淀 白炭黑的质量 与其制备工艺有相 当 大的对 应关系 ， 工 艺条 件 的 微 弱 差 别 则 能 导
ｐ Ｈ８ ． ０ ； 陈化 ｐ Ｈ３ ． ５ ｝ 溶 胶 加 料 速率 为 每 升 底 液每分 钟 ５ ０毫 升 ； 水 玻 璃 底 液 比重 １ ３ 。 ；
Ｎａ Ｃ１ 加入 量为 ０ ． ２ ５ 。 生 产 出 的两 批 产 品 分
影响 ， 考虑到生产效率和涪 胶稳 定性 ， 溶胶的 合适浓度范围务 ７ ． ５ ～８ ． ５ 。根 据 上 述 实验
结果 ， 我 们选 取 了 一组 最 佳工 艺条 件 ， 并 进 行 了 中斌 生 产 。具 体 工 艺 参 数 为 ； 盐 酸 比 重
别 记 为 Ａ 和 Ｂ， 其 中 Ｂ样 在 反 应 时 加 入 了 少 量 正丁醇 ， 该 洗选 条 件 下 的样 品 检 验 结 果 列
于表 ４ 。
表 ４ 最 佳 Ｉ 艺 条件 下 所 得 白炭 黑 的 质量 检 验 结果
将 析 出的 沉 淀物 与溶 液 分
离， 并用 清水洗 涤过 滤， 直 至 洗 出 水 中 无
ｅ ． 干 燥 过 滤 后 的 滤 饼 经 １ ５ ０ ℃下 烘
干， 控 制 产 品 中 的水 分 ， 使 成 品 加 热 减 量 为
４． ０～ ８．０ 。
１ ． ３ 产 品质 量 检 验 本 实 验 以产 品 吸 收 邻 苯 二 甲酸 二 丁 酯 （ ＤＢ Ｐ） 的 吸 油 值 作 为 主要 质 量 要 求 ， 用 于 各 工 艺 因素 的 快速 对 比和筛 选 。所 制 备 的 沉淀 白 炭 黑 样 品 均 采 用 国 家 标 准 ＧＢ １ ０ ５ １ ７ ～ １ ０ ５ ３ ０ －８ ９ 进行质量检验 。
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无 机盐 工业
１ ９ ９ ６正
（ 一Ｉ ｉ
影响沉淀 白炭黑 吸油 值 和 比表 面积 的工 艺 因素 ‘
刘 正 宝 史 苑 芗 顾 雷 英 —猬 ｊ 讯． Ｉ 雨录８ ｉ ｏ ｏ ｏ ｇ ）
ｆ ２ ７ ． ／ ／
油值 和 比表 面 积均 高于 Ａ 样
３ 讨 论 ａ ． 温度的影响 反 应 温度 较 低 时不 易发 生Ｓ ｉ Ｏ。 的成 棱 、 聚合 ， 但 随 反 应 温 度 的升 高 ， 则 可 能 发 生 下列 离 子 交 换 ：
Ｓ ～ ＯＨ ＋ Biblioteka Baiduａ＋ ＝ Ｓ 一 ０Ｎａ ＋ Ｈ十
（ ４ ） 反 应 温度
！ ． ！ ． ！ ！ ！ ！ ！ ！ １
１ ２ ３ Ｂ ０ ２ ． ４ ０ ６ — ５ 舯 Ｃ ７ ０ ３ Ｏ ２ ０ ２ ． ４ ０ ７ ０ ５ １ ０ ２ ． ８ ０ ５ ７ ０Ｃ ８ １ ０ ５ Ｄ ３ ５ ２ ８ ０ｌ ０ ０ ． ３ ３ １ ２ ３ ３ ４ ８ ． ５ ８ ０Ｃ ９ ０ ７ ０ ５ Ｏ ３ － ３ ４１ ３ ０ ２ ５
ｃ】 一。
性 白炭 黑 ｎ 得 到 了 发 展 。该 方 法 首 先 用 稀 盐 酸 与硅酸钠 制备硅溶胶 ， 然 后 溶 胶 与 硅酸 钠 反 应 制 得 超 细 二 氧 化 硅 。因超 细 粒 子 具 有 较 大 的 比表 面 积 和 吸 附 特性 ， 使 其 具 备 相应 的应 用 特 性 ， 如作为橡胶增强剂 ， 其 吸油 值 与
Ｉ
ｌ
２ ０ ５ ６ ２ ｏ ． ７ １ ２ ０ ８ ｓ ２ ｏ ． Ｂ ４ ２ １ ９ ３ ２ １ ． ５ １ 南． ｚ ６ ２ ０ ６ ７ ２ ｏ ． ８ ９－ ｚ ０ ． ２ １
２１ ６２ ２ ０ ．４ １ ２ ０ ９ ７ ２ ０． ４ ３ ２ １ ２１ ２ ０． ９ ２ ２ １ ． ３２ ２ ０ ４ ８ ２ １ ４０ ２ １． ６ Ｏ
Ａ 摘 要采 用 正 交 试 验 法 研 究 了 反 应 物 浓 度 、 温 度 、 时 间 等 多 种 工 艺 因 素 对 沉 淀 自 炭 黑 吸 油 值
的影响 ， 得 到制备 沉淀 自炭 黑 的最佳 工艺 条件 。氮 吸 附实验 结果 表 明该工 艺条 件 下制 得的 自炭黑 具 有较 高的 比表面 积 。
侣 黑 制 蕾
白 炭黑 是 一 种 重 要 的无 机 化 工 产 品 ， 为 提 高 沉 淀 白炭 黑 的 活性 及 应 用性 能 ， 在 传 统
的酸 性 一 步 法 基 础 上 ， 溶 胶 法 因 其 能 获 得 活
１ ． ２ 实 验 步 骤 ａ ． 硅溶胶制 备 以稀盐酸 为底液 ， 在 搅 拌 下 加入 硅酸 钠 稀 溶 液 ， 待溶液 中 Ｓ ｉ Ｏ 含 量 达 到 一定 值 时停 止 加 料 ； 便 得 所 需 的硅 溶 胶 。 ｂ ． 合 成 反应 在 反 应 器 中 加 入 计 量 的 硅酸 钠 溶 液 ， 加 热 至预 定温 度 后 ， 开 动搅 拌机 并加 入 配 制 的溶 胶 。在 氯 化钠 存在 下进 行 恒 温反 应 。当体 系 的 ｐ Ｈ 值 达 到 预 定值 时 ， 停 止 加入 溶 胶 ， 进 行 陈 化处 理 。 ｃ ． 陈化 在反应 末期 ， 向反 应 器 中 加 入 浓盐 酸 调 整 溶 液 的 ｐ Ｈ值， 停 止搅 拌 。 保 温 陈 化 ３ ０分 钟左 右 ， 然后出料 。 ｄ ． 漂洗过滤
白炭 黑 的 Ｄ Ｂ Ｐ 吸 油 值 与 反 应 条 件 密 切相关 ， 影 响 最大 的因 素 为反 应 终 止 ｐ Ｈ值 ， 其 次 为 Ｎａ ＣＩ 的加 入 量 、 反应 温 度 ， 而 反 应 所 用 的 硅 溶 胶 浓 度 对 产 品 的 吸 油 值 几 乎 无 影
】 ／ ９
Ｉ／９
２ ． ２ ９
２ ． ２８
２ ４ １
２ ．３ ０
２ ３ ３
２ ３ ２
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２ ３ ２
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２ ３ ９
２ ． ３ ０
２ ． ３ １
２ ． ４ ０
２ ３ ０
２ ． ２ ８
（ ５ ） 反应 终止 ｐ Ｈ 值 （ ６ ） 陈化 ｐ Ｈ值。 （ ７ ） 溶 胶 加 入速 度 ， 以 每 分钟 在 ｌ升底 液
表 ２ 由正 交试 验 得 到 的样 品吸 油 值 （ ＤＢ Ｐ）
由表 ２看 出 ， 不 同 工 艺 条 件 下 得 到 的 白
便起见 ， 用 １ ， ２ ， ３ ……ｌ ０依 次 代 表 表 １所 列
盘 ３２
２ ． ３ ３
２ ２ ５
Ｉ， ９
２ ４ Ｏ
２ ２ ７
２ ． ３ ３
２ ２ ７
２ ． ３ ６
２ ３ ２
２ ． ３ ７
２ ２ ８
２ ． ３８
． ４ Ｏ
极 差
０ １ ２
０ １ ４
０ ． ０ １
０ １ ２
１ ２ ． ２ 。 Ｂ ｅ ｛ 水玻 璃 的模 数 ２ ４ ； 溶 胶 浓 度 为
８ ． ３ ；反 应 温 度 ５ ８～ ６ ２ ℃ ；反 应 终 止
玻璃模 数、 陈化 ｐ Ｈ、 反 应温度等均 明显 影响
自炭 黑 的吸 油值 。 溶胶 的 加 入 速 度 有 一 定 的 影响作用 ， 相 比之 下 ＋ 硅溶 胶 的 浓 度 则 几 乎 无