中国白炭黑生产现状及规划建议

中国白炭黑生产现状和规划建议

杜孟成李剑波

（国家橡胶助剂工程技术研究中心山东•阳谷252300）

摘要：就国内白炭黑发展现状及改善其应用性能做了介绍，对白炭黑行业存在的问题进行了分析并对今后的发展提出了建议。

关键词：白炭黑绿色轮胎表面改性纳米技术

1、序言

白炭黑是一种填充补强材料，添加白炭黑制成的轮胎具有良好的抓地力、耐磨性和抗湿滑性能，滚动阻力较一般轮胎减少30%,节省燃油4〜6%,有很好的操纵安全性和经济性，被称为“绿色轮胎”或“生态轮胎” 。近年来，受能源紧缺、环保政策以及炭黑应用领域的限制,高能耗、高物耗及高污染的炭黑正呈现逐渐被白炭黑所取代的趋势,白炭黑及其制品越来越受到人们的青睐和竞相研究开发。

虽然白炭黑作为弹性体的补强填料具有优秀的性能，但存在如下问题：①多段混炼、耗能大；②粘度随着胶料储存时间延长而增加，导致加工更加困难；③焦烧时间短，加工性能差。另外，新型炭黑及炭黑改性技术的研究开发对白炭黑发展形成了潜在的竞争。因此，开发高品质白炭黑及改善其应用性能的研究工作具有十分重要的社会和经济意义。

2、国内白炭黑的发展现状

白炭黑按其制备方法可分为物理法和化学法。用物理法制备的白炭黑产品档次不高，而橡胶行业所需的白炭黑填充剂通常是采用化学法生产的，本文仅介绍其化学法生产工艺。化学

法可分为干法热解法和湿法，湿法按其生成特征又可分为沉淀法和凝胶法。目前，国内外白炭黑的主流生产工艺是气相法和酸法沉淀法两种。

2.1气相法白炭黑发展现状

2.1.1 制备原理

该法工艺原理是采用四氯化硅或甲基三氯化硅等硅的卤化物在氢氧焰中水解，产生的二氧化硅分子凝集成颗粒。这些颗粒互相碰撞，熔结成一体，形成三维、有分支的键状聚集体。一旦这些聚集体温度低于二氧化硅熔点，则进一步碰撞，引起键的机械缠绕，生成附聚物。

2.1.2 产品特点及应用范围

气相法生产的白炭黑粒子凝聚少，原生粒子为7〜20nm呈无定形态。表面有残留的硅羟基及硅氧基，有较强的极性，二氧化硅的含量＞99.8%，比表面积＞300 cm/g，是纯度高、粒径小的高品质产品，主要用于室温硫化硅橡胶（RTV）、热硫化硅橡胶（HTV）领域和高档橡塑制品。

2.1.3 工艺特点及存在的问题

气相法白炭黑的生产工艺比较简单，但生产过程中具体操作控制比较困难，特别是生产高牌号产品（高比表面积的产品），最难控制的是系统的气相平衡和气固相平衡。合成炉的散热、高效分离器操作控制及氯化氢解吸等是气相法工艺存在的技术难点。在表面改性方面，国际性大公司都是采用在线连续化干法表面改性工艺，而且都朝着高效、节能和环保方向发展。国内在这方面的研究处于落后状态，但是近年来也取得了较大的进步。

2.1.4 生产现状近年来国内气相法白炭黑的生产工艺和规模有了很大的

发展，产品质量有了较大的提高，部分可替代进口产品，但与国外气相法白炭黑公司相比存在单套生产装置生产规模小，产品品种少等问题，生产规模还不到5000吨，远低于美国卡博特公司单套年产9000 吨装置规模，市场几乎被国外的卡博特等公司所垄断。近年来国内气相法白炭黑发展较为迅速，产能也逐步增大。如广州吉必时公司在吸收消化国外先进技术的基础上，进行大胆的技术创新，率先在国内建成了一条利用有机硅副产物生产气相法白炭黑的生产线；双吉化工公司关键设备全部实现了国产化，能生产亲水型和疏水型专用系列化产品，产品质量达到国外同类产品水平，满足了市场不同客户的需求。吉必时公司与浙江新安化工集团出资共同组建了浙江新吉新材料有限公司，分期建设年产5000 吨的气相法白炭黑项目，新吉新材料公司成为国内具有规模经济的气相法白炭黑生产基地。广州吉必时公司亲水型气相法白炭黑年生产能力突破8000 吨，表面处理型产品达到年产1000 吨，成为在世界上有一定影响力的气相法白炭黑供应商。面对中国气相法白炭黑市场巨大的发展潜力，国外几大公司纷纷增加了在中国的投资，以强化和扩大在中国的业务，国内一些大企业也纷纷新增设备，扩大产能。美国卡博特公司和中国蓝星（集团）总公司合资成立了卡博特蓝星（江西）化工公司，该公司将成为国内规模最大、技术世界一流的气相法二氧化硅生产企业。日本德山公司投资6000 万美元在浙江嘉善港建设年产5000 吨气相法二氧化硅生产装置。

华东理工大学与上海氯碱股份公司共同攻克了纳米白炭黑技术的

世界级化工课题，打破了德、美、日等少数发达国家在这一领域的垄断地位。“纳米二氧化硅气相燃烧制备技术与设备研制”的成功开发和推

广将形成10 亿元的产值，有效地推动我国有机硅等行业的发展，硅橡胶使用的广度和深度直接影响气相法白炭黑的市场需求。据不完全统计，尽管近几年我国气相法白炭黑的市场保持年均高达32%增长率，但仍然无法满足国内高端客户的要求。国家应制定相关措施，鼓励和引导企业调整产品结构，加快增加气相法白炭黑产能，避免陷于无序竞争。

2.2沉淀法白炭黑发展现状

2.2.1 制备原理

沉淀法白炭黑通常是硅酸钠和无机酸反应生成。由于该反应是可逆反应，在制备过程中需要控制好PH温度、物料浓度、反应时间及混合效率等操作条件，以提高其转化率和品质。2.2.2 产品特点及应用范围

传统产品Si O2含量在90%左右，产品活性不高，亲和力差，补强性能低，颗粒表面亲水性基团键合严重，削弱了产品的结合力；二次结晶生产的超细产品的Si O2含量在94%以上，比表面积达269—

320m/g，粒径最大为1000目，最细可达纳米级。目前，沉淀法自炭黑已经发展了三代产品，第一代是传统的或被称为“标准”的白炭黑，第二代被称为高分散性白炭黑（简称HDS或易分散性白炭黑（简称EDSy第三代被称为“独特结构的离分散性白炭黑”，其分散性和补强性更好，目前处于研究开发或推广应用阶段。沉淀法白炭黑主要用于制鞋、和普通轮胎等橡塑制品行业。

2.2.3 工艺特点及存在的问题沉淀法生产工艺技术设备简单、原料易得，投资规模不大，但能耗高，操作工艺需要严格，颗粒不易控制。