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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***酸除外)和溶剂,但是能够溶于氢***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***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***化硅、氧气和***气反应而成,化学方程式为:
SICL4+2H2+O2SIO2+4HCL,将***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。在将四***化硅的原材料经过精馏塔进行精馏。并在蒸发器中蒸发,以过滤干燥后的空气做载体,送进合成水解炉。四***化硅经过高温气化,在1800摄氏度左右和氢、氧进行气相水解。因为这样形成的气相二氧化硅的颗粒还特别细小,不容易采集,所以要等到在聚集器重形成大颗粒,在经过旋风分离器进行收集,脱去酸炉,含氮的空气对二氧化硅进行吹洗,当PH值达到4-6之间就做成了成品。
2、沉淀法
沉淀法利用水玻璃溶液和酸进行化学反应,经过沉淀、过滤、洗涤、干燥、煅烧等方式最后得到白炭黑,也叫硅酸钠酸化法,目前,我国大部分的企业都是采用沉淀法。化学方程式为:
Na2SiO3+2白炭黑+2Na+H2O
3、新方法
新方法大多是利用非金属矿和延伸物作为硅源,然后在利用沉淀法制取白炭黑。新方法的主要技术就是把结晶的SiO2和硅酸钠转变为非晶态的SiO2。新方法的主要原材料有粉煤灰、橄榄石、蛇纹石、蛋白石、硬质高岭土以及硅灰石等。
二、白炭黑表面改性技术的探索
白炭黑的表面结构、形态颗粒和化学物理性能都极为特殊,白炭黑表面积大,粒子微笑,表面吸附水。因为白炭黑亲水性,所以难以分散和湿润,又因为表面积大,存有吸附水,所以在聚集时总凝聚,这严