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，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。

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。