白炭黑及其应用介绍
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白炭黑的用途及作用橡胶概述白炭黑是一种由二氧化硅组成的无机化合物,其化学性质稳定,物理性质特殊。
在橡胶工业中,白炭黑被广泛应用于橡胶制品的填充剂和增强剂中,具有重要的作用。
本文将介绍白炭黑在橡胶中的用途及作用,旨在提供有关的科学知识和应用实例,以促进橡胶行业的发展和技术进步。
白炭黑的用途白炭黑在橡胶制品中有多种用途,主要包括以下几个方面:增强剂白炭黑的颗粒形状和表面积特性使其在橡胶制品中具有良好的增强作用。
它可以增加橡胶制品的强度、硬度和耐磨性,并能提高抗拉强度和疲劳寿命。
因此,白炭黑常被用作增强剂来改善橡胶制品的综合性能。
填充剂白炭黑的高比表面积和吸附性能使其成为一种优良的填充剂。
它可用于提高橡胶制品的体积和质量,并改善其加工性能。
通过添加适量的白炭黑,可以有效降低橡胶制品的成本,提高其性能和可靠性。
硫化活性促进剂白炭黑在橡胶的硫化过程中能够促进硫的分散,提高橡胶的硫化速度和程度。
这是因为白炭黑表面的氧化物可作为硫化反应的催化剂,促进硫化剂和橡胶之间的反应,并加速硫与橡胶的交联作用。
因此,白炭黑常被用作硫化活性促进剂,以提高橡胶制品的硫化效果和质量。
抗老化剂白炭黑在橡胶中的分散性能较好,能够有效分散并阻止橡胶中的氧气、光线和热能的深入渗透,从而减缓橡胶的老化过程。
因此,白炭黑常被用作抗老化剂,可以延长橡胶制品的使用寿命和稳定性。
导电填料白炭黑具有较高的导电性能,可用作橡胶导电填料。
通过添加适量的白炭黑到橡胶中,可以降低橡胶的电阻率,提高橡胶制品的导电性能。
这在一些特定的橡胶制品中十分重要,如防静电橡胶、导电密封圈等。
白炭黑的作用白炭黑在橡胶中的作用主要体现在以下几个方面:增强橡胶的物理性能白炭黑能够填充橡胶的空隙,增加橡胶的体积和质量,提高橡胶制品的硬度、强度和耐磨性。
通过调节白炭黑的用量和分散性能,可以有效控制橡胶制品的物理性能和力学性能。
促进橡胶的硫化反应白炭黑可促进橡胶的硫化反应,通过提高硫化速度和程度,加强橡胶的交联作用。
气相法白炭黑在塑料的用途白炭黑,是一种无色、松散、细微的粉末状物质,由于颗粒非常小且表面特殊,因此有较大的比表面积,极易起到填充剂的作用。
在气相法中生产的白炭黑,具有比表面积高、细粒度、极易分散、遮盖力强、增强物理性能等一系列优异特点,因此广泛应用于塑料制品中,主要具有如下几个方面的应用:一、改善塑料性能1.提高塑料硬度与韧度:白炭黑具有填充效果,同时也能作为加强剂进一步增强材料硬度和韧度,在塑料中添加适量的白炭黑可以使材料具有更好的机械强度和耐磨性。
2.提高塑料的导电性:在一些高科技领域的塑料中,需要具备导电性质,白炭黑则可以作为传导性填充剂进一步提高材料导电性。
3.改善耐紫外线性能:在室外环境中,因为紫外线能引起材料老化变性,而炭黑可以吸收紫外线,因此很多塑料中也会加入白炭黑以增强材料的耐紫外线性能。
二、提高塑料加工性能1.增加流变性:在塑料加工过程中,为了保证良好的流动性,需要添加流变助剂,而白炭黑可以起到增加塑料流变性的作用。
2.提高热稳定性与加工温度:白炭黑作为导热剂的作用,可以部分承担材料的传热功能,从而降低材料熔融温度,增加热稳定性,适当增加的白炭黑含量也可以提高塑料的加工温度范围。
三、提高塑料外观1.美观:白炭黑增强了塑料的遮盖力,能在一定程度上遮盖其他不均匀颜色或表面缺陷。
2.艳丽:白炭黑也是一种白色染料,可以作为添加剂调配上各种色彩来适应产品外观的需求。
四、应用案例1.PP材料的改善:PP(聚丙烯)是常用的塑料之一,常用于制作牙刷、瓶盖等制品,但它很容易因高温熔化而失去形状稳定性。
在PP中加入适量的白炭黑,可以增强其热稳定性,并且提高硬度、韧度和耐磨性。
2.PVC材料的改善:PVC材料在加工过程中容易断开,在加入白炭黑后,PVC材料的流动性有所改变,让他更加容易加工;同时,白炭黑也可以提高PVC材料的性能,使得PVC材料更加硬度,环保和耐磨性都得到了提高,可以用于制作电线、管道等。
白炭黑表面改性及应用研究进展白炭黑是水合SiO2,外观呈白色,一次粒径为20~40nm,属于纳米材料。
做为橡胶工业用增强填料,2005年世界沉淀法白炭黑消耗70万t,2010年可能会超过80万t。
白炭黑能大幅度提高胶料的物理机械性能,减少胶料滞后、降低轮胎的滚动阻力受到广泛的关注[2]。
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,广泛应用于橡胶、塑料、涂料、医药、日用化工诸多领域。
1.1 白炭黑的表面结构白炭黑是二氧化硅的无定形结构,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。
白炭黑表面存在三种羟基:一是孤立的自由羟基;二是连生的、彼此形成氢键的缔合羟基;三是双生的,即两个羟基连在一个Si原子上的羟基,孤立的和双生的羟基都没有形成氢键。
由于表面能较大,聚集体倾向于凝聚,产品的应用性能受到影响:如在橡胶硫化系统里不能与聚合物很好地相容和分散,在轮胎中大量使用需要同时加入硅烷偶联剂等等。
为了提高白炭黑与聚合物之间的相容性,提高炭黑粒子在胶料中的的分散能力,消除粒子表面电荷,需要对白炭黑进行表面改性,以改善其应用效果,提高产品的附加值,拓展产品的应用领域。
1.2 白炭黑表面改性方法白炭黑的表面改性就是利用一定的化学物质通过一定的工艺方法使其与白炭黑表面上的羟基发生反应,消除或减少表面硅醇基的量,接枝或包覆其他化学物质,使产品由亲水性变为疏水,以达到改变表面性质的目的[2]。
主要改性方法如下:(1)表面活性剂改性:采用钛酸酯偶联剂、硬脂酸或硬脂酸盐等覆盖在粒子表面,改变粒子的部分性能;(2)硅烷偶联改性:采用有机基团取代白炭黑的表面羟基,使其有机硅烷化。
(3)包覆改性:在粒子周围均匀地包覆一层其它物质的膜。
2.白炭黑改性研究现状2. 1表面活性剂改性国外白炭黑的表面改性研究起步于20世纪60~70年代,Thammathadanukul[3]等人比较了几种表面改性的沉淀SiO2对天然橡胶混合物的补强性能。
白炭黑
一、简介
,因其为白色,且主要物性及用途与炭黑相似而得名。
白炭黑的主要成份是SiO
2
白炭黑按生产方法的不同可分为沉淀白炭黑(沉淀水合二氧化硅)和气相法白炭黑(气相二氧化硅),两种产品的生产方法不同,性质及用途也有很大区别,以下介绍的产品是用硫酸沉淀法生产的,也即沉淀法白炭黑,以下所涉及的白炭黑均为沉淀法白炭黑。
白炭黑各指标在应用中的作用
1、比表面积
白炭黑补强作用的大小,主要取决于它的比表面一般随比表面积增大,橡胶制品的各项强度指标均增大,但回弹性降低,撕裂强度降低,且不耐磨,混炼时分散困难,生热高,胶料门尼粘度大,易焦烧,因此,不同配方,不同用途,要求比表面积也不一样,比表面积对硫化橡胶物理机械性能的影响不是始终如一的。
2、吸油值
吸油值大小体现的是结构度的高低,吸油值大,结构度小,硫化胶的伸强度一般较大,抗张强度和硬度较大,特别是耐磨耗较小,但伸长率较低。
3、900℃灼烧减量
表现的是表面羟基过多时,易造成橡胶复合材料的结构化,使材料变脆。
影响加工性能,并且硫化胶易掉块,且表面羟基对硫化促进剂有强烈的吸附作用,延长硫化时间。
4、105℃加热减量
反映粒子空隙中自由水的多少,过少时,胶料结构化程度高炼胶变得困难,若加热减量为零,则白炭黑毫无用处,一般控制在6%左右较合适。
5、PH值
一般在7左右,PH值升高(酸性减小),胶料硫化速度加快。
、
6、可溶性盐
越少越好,但越少,成本越高。
白炭黑生产工艺及应用白炭黑即水合二氧化硅,是微细粉末状或超细粒子状的二氧化硅,高纯度者SiO2含量达99.8%,质轻,原始粒径<0.0003mm,比重 2.319~2.653,熔点1750℃。
白炭黑经典的制造方法分3类:气相法、沉淀法和离解法。
工业上的制备方法都是这3种方法的组合或改良。
1 气相法1.1 气相法白炭黑的生产气相法白炭黑是硅的氯化物四氯化硅或三氯一甲基硅烷在空气和氢气混合气流中经高温水解生成的一种无定型粉末,往往是球形颗粒,表面带有羟基和吸附水,粒径在7~40nm之间,比表面积大,化学纯度高,SiO2>99.8%。
气相法白炭黑根据是否进行过表面处理可分为亲水型和疏水型,根据比表面的大小又可分为不同的型号。
国内气相法白炭黑市场几乎被国外的几个大公司如德固萨、卡博特、瓦克所垄断,我国仅有几套小规模装置。
如广州吉必时科技实业有限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,单机年产量达到500t,目前有4个型号的亲水型产品;吉林化工研究院用有机硅单体副产品生产气相法白炭黑等。
国外气相法白炭黑单套装置能力都在年产4000t以上,美国卡博特公司单套装置规模最大可达年产9000t。
国外气相法白炭黑品种全、牌号多。
美国卡博特公司非处理型气相法白炭黑共有十多个品种(包括3个压缩品种),处理型白炭黑主要有TS- 720,TS-610,TS-530。
与之相比,我国亲水型白炭黑系列牌号少,改性白炭黑系列刚刚起步发展,气相法白炭黑单套装置能力和品种牌号与世界先进水平相比有差距。
但我国已攻克世界级化工课题——纳米白炭黑技术,打破了德、美、日等少数发达国家在这一领域的垄断地位。
华东理工大学的超细材料制备与应用重点实验室与上海氯碱股份公司共同承担完成的“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。
白炭黑的用途及作用是什么白炭黑,即气相法产生的非晶无定形碳黑,在工业生产中被广泛使用。
它具有多种特性和用途,被广泛应用于化工、橡胶、油墨、涂料等领域。
本文将详细介绍白炭黑的用途及作用。
一、化学工业在化学工业中,白炭黑被用作染料和颜料的添加剂,可以调节颜色的深浅、鲜艳度和透明度。
其细粒度和高比表面积使得白炭黑能够有效地增加染料和颜料的分散性,提高着色力和遮盖力。
此外,白炭黑还可以用作催化剂的载体,在有机合成和化学反应中具有重要作用。
由于其高比表面积和活性表面官能团,白炭黑能够提供更多的反应活性位点,促进反应速率和选择性,提高化学反应的效率。
二、橡胶工业在橡胶工业中,白炭黑是一种常见的填充剂。
与传统的炭黑填料相比,白炭黑具有更小的粒径和更大的比表面积,能够提高橡胶的机械性能和加工性能。
它可以增加橡胶的硬度、强度和耐磨性,同时还能减少橡胶制品的粘度,提高流动性,便于加工成型。
此外,白炭黑还能够改善橡胶制品的物理性能,如拉伸强度、断裂伸长率和耐热性。
它能够有效地阻止橡胶老化和氧化,延长橡胶制品的使用寿命。
三、油墨工业白炭黑在油墨工业中是一种重要的填料和增粘剂。
由于其高比表面积和多孔性结构,白炭黑能够增加油墨的粘度和流动性,提高油墨的乳化稳定性和印刷质量。
同时,白炭黑还能够增加油墨的遮盖力和亮度,改善印品的色彩效果和质感。
它可以作为白色油墨的主要成分,用于印刷高要求的文字、图案和图像。
四、涂料工业在涂料工业中,白炭黑广泛应用于各类涂料中,如水性涂料、溶剂型涂料和粉末涂料等。
它可以起到增白剂、消光剂和填料的作用,使涂料具有更好的遮盖力、附着力和光泽度。
白炭黑还可以提供涂料的防腐性能和耐候性,使涂层具有更好的耐久性和抗老化性。
同时,白炭黑还具有一定的增稠效果,可以减少涂料的流动性,提高涂料的垂流性和涂覆性。
五、其他领域除了以上几个领域,白炭黑在其他许多领域也具有广泛的应用。
例如,白炭黑可以用作防腐剂和抗氧化剂,用于食品、医药、化妆品等领域,保护产品的质量和延长使用寿命。
什么是白炭黑?白炭黑在橡胶中的重要指标应用很多朋友们都知道白色的二氧化硅粉体有个俗名叫白炭黑,但你是否知道它这个称呼的缘由是什么呢?白炭黑与炭黑的关联在了解白炭黑“WhiteCarbonBlack”之前我们应该了解一下与它的名称来源密切相关的炭黑“CarbonBlack”。
人们早在3000多年前就掌握了烧烟制墨技术,但长期以来炭黑的生产技术发展缓慢,直到1872年,世界上才首次出现了炭黑工业的规模生产,同时产生了“CarbonBlack(炭黑)”这一术语,这就是近代炭黑工业的开端。
1912年英国人莫特(Mottee)发现了炭黑对橡胶的补强作用,特别是显著提高轮胎耐磨性能以后,自此炭黑的需求量迅速增长,并逐渐成为橡胶工业不可缺少的原材料。
炭黑作为橡胶工业的补强材料已有百来年历史在第一次世界大战期间,由于生产炭黑的能源材料紧缺,德国开始使用沉淀法生产的白色二氧化硅替代炭黑,而白色的无定型二氧化硅因物性及用途与炭黑相似而得名白炭黑(WhiteCarbonBlack)。
再后来,由于汽车及其运输业的高速发展、炭黑生产用原料的涨价和节能减排的要求,又使白炭黑成为橡胶行业补强材料的佼佼者。
目前,白炭黑用在彩色橡胶制品中可以完全替代炭黑进行补强,满足白色或半透明产品的需要。
轿车“绿色轮胎”及冬季轮胎的制造是白炭黑的拿手好戏,白炭黑用于轮胎,使其获得更低的滚动阻力和改善轮胎的抓地力,从而提高汽车燃油效率。
这些具有高燃油效能等的节能型轮也被称作“绿色轮胎”。
如今我们所说的白炭黑已经不单纯是一种在橡胶配方中用作炭黑的替代品,而是一种X-射线无定形的硅酸和硅酸盐的白色超细粉体的总称,这类粉体材料具有非常广泛的应用,根据制备路线不同,主要分为沉淀法白炭黑及气相法白炭黑两大类。
一.白炭黑的制造白炭黑的制备多采用两种方法,即煅烧法和沉淀法。
煅烧法制备的白炭黑又称为气相法白炭黑或干法白炭黑,它是以多卤化硅(SiClx)为原料在高温下热分解,进行气相反应制得。
白炭黑在橡胶中的应用一、白炭黑对胶料工艺性能的影响(1)胶料的混炼与分散白炭黑由于比表面积很大,总趋向于二次聚集,加之在空气中极易吸收水分,致使羟基间易产生很强的氢键缔合,进一步提高了颗粒间的凝聚力,所以白炭黑的混炼与分散要比炭黑困难得多,而且在多量配合时,还容易生成凝胶,使胶料硬化,混炼时生热大。
为获得良好的分散,就要求初始混炼时,保持尽可能高的剪切力,以便使白炭黑的这些聚集体粒子尽可能被破坏,而又不致使橡胶分子链发生过多的机械降解。
为此,白炭黑应分批少量加入,以降低生热。
适当提高混炼温度,有利于除掉一部分白炭黑表面吸附水分,降低粒子间的凝聚力,有助于白炭黑在胶料中的分散。
(2)白炭黑补强硅橡胶混炼胶中的结构控制白炭黑,特别是气相法白炭黑是硅橡胶最好的补强剂,但有一个使混炼胶硬化的问题,一般称为“结构化效应”。
其结构化随胶料停放时间延长而增加,甚至严重到无法返炼、报废的程度。
对此有两种解释,一种认为是硅橡胶端基与白炭黑表面羟基缩合;另一方面认为硅橡胶硅氧链节与白炭黑表面羟基形成氢键。
防止结构化有两个途径,其一是混炼时加入某些可以与白炭黑表面羟基发生反应的物质,如羟基硅油、二苯基硅二醇、硅氮烷等。
当使用二苯基硅二醇时,混炼后应在160~200℃下处理0.5~1h。
这样就可以防止白炭黑填充硅橡胶的结构化。
另一途径是预先将白炭黑表面改性,先去掉部分表面羟基,从根本上消除结构化。
(3)胶料的门尼粘度白炭黑生成凝胶的能力与炭黑不相上下,因此在混炼白炭黑时,胶料的门尼粘度提高,以致于恶化了加工性能,故在含白炭黑的胶料配方中软化剂的选择和用量很重要。
在IIR中往往加入石蜡烃类、环烷烃类和芳香烃类,用量视白炭黑用量多少及门尼粘度大小而异,一般可达15-30%。
在NR中,以植物性软化剂如松香油、妥尔油等软化效果最好,合成的软化剂效果不大,矿物油的软化效果最低。
(4)胶料的硫化速度白炭黑粒子表面有大量的微孔,对硫化促进剂有较强的吸附作用,因此明显地迟延硫化。
白炭黑在食品中的应用
白炭黑在食品中多用作乳化剂、稳定剂,被广泛应用于制作面包、糖果等食品中,能有效地抑制食品中的腐败细菌,提高食品的安全性,降低食品的污染物含量,防止营养素的流失,保持食品的颜色、香味、口感等特征,还可以提高食品添加剂的分散性。
白炭黑是经科学验证后被认定为安全的食品添加剂,可以令非乳类奶油粉的结块现象和低流动性的问题得到显著改善。
白炭黑的主要特性是它具有极高的吸收和分散性能,对各种有机物有很强的处理效果,可以与所有类型的有机物混合,是十分有效的耐热材料。
白炭黑也具有优异的抗老化性能,在室温下可维持其功能和结构质量,可以长期保持出色的性能,抗老化能力非常强,抗氧化能力也非常强,可以有效抑制有机物的破坏作用,对于金属等材料具有非常明显的抗腐蚀性能。
白炭黑在建筑材料领域应用主要是防潮、防水、防滑和绝缘等,用于制造陶瓷材料、石材表面处理剂、复合材料、涂料等,可以帮助陶瓷材料具有更强的抗腐蚀性、耐高温性和使用寿命更长。
它在涂料领域的应用是提高涂料的厚度、抗拉性、耐热性和耐腐蚀性,改善涂料的性能,使涂料的施工性能更加稳定,从而提高涂料的使用性能和耐用性。
白炭黑也可以用于电子元器件的制造,例如变压器、电池、放大器、开关、控制器等,它能有效地减少电子元器件的故障,增强电子元器件的可靠性和热稳定性,保护电子元器件免受温度变化的影响。
白炭黑还常用于轮胎、橡胶制品的制造,它可以增加橡胶制品的柔韧性,提高其耐磨性、耐冲击性和使用寿命,使橡胶制品抗破壊能力更强,更耐久。
白炭黑的用途和作用极其广泛,它的应用范围有日化、建材、涂料、橡胶、电子等,由于其独特的特性,白炭黑被广泛应用于各行各业,具有极大的应用前景。
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,主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅、超细二氧化硅凝胶和气凝胶,也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。
白炭黑是多孔性物质,其组成可用SiO2·nH2O表示,其中nH2O是以表面羟基的形式存在。
能溶于苛性碱和氢氟酸,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。
目录[隐藏]1 基本信息2 物化性质3 成分4 制备1. 4.1 新方法5 用途1. 5.1 橡胶制品2. 5.2 农业化学制品3. 5.3 日用化工制品4. 5.4 胶结剂5. 5.5 抗结块剂6. 5.6 造纸填料6 气相应用1. 6.1 电子封装材料2. 6.2 树脂复合材料3. 6.3 塑料4. 6.4 涂料5. 6.5 橡胶6. 6.6 颜(染)料7. 6.7 陶瓷8. 6.8 密封胶、粘结剂9. 6.9 玻璃钢制品10. 6.10 药物载体11. 6.11 化妆品12. 6.12 抗菌材料13. 6.13 其它白炭黑 - 基本信息中文名称:白炭黑图中文别名:白炭黑(燃烧法));气相白炭黑;造粒白炭黑;药用级白炭黑;GH-7型白炭黑;GH-1A 型白炭黑;GH-1B型白炭黑;水合二氧化硅;白碳黑;白烟;沉淀水合二氧化硅;纯乳胶;胶体二氧化硅;沉淀二氧化硅英文名称:Whitecarbonblack英文别名:whitecarbon;Whitecarbonblack,combustionmethod;PelletedHydratedSilica;HydratedSi lica;Silicondioxidehydrate;Silica,hydrate;SILICA;Precipitatedsilica;CAS号:10279-57-9EINECS号:238-878-4分子式:SiO2.x(H2O)白炭黑 - 物化性质熔点:1610°C(lit.)沸点:>100°C(lit.)密度:2.6g/mLat25°C(lit.)折射率:n20/D1.544(lit.)储存条件:2-8°Cformtablets(~0.5geach)白炭黑按生产方法大体分为沉淀法白炭黑和气相法白炭黑。
气相法白炭黑常态下为白色无定形絮状半透明固体胶状纳米粒子(粒径小于100nm),无毒,有巨大的比表面积。
气相法白炭黑全部是纳米二氧化硅,产品纯度可达99%,粒径可达10~20nm,但制备工艺复杂,价格昂贵;沉淀法白炭黑又分为传统沉淀法白炭黑和特殊沉淀法白炭黑,前者是指以硫酸、盐酸、CO2与水玻璃为基本原料生产的二氧化硅,后者是指采用超重力技术、溶胶-凝胶法、化学晶体法、二次结晶法或反相胶束微乳液法等特殊方法生产的二氧化硅。
沉淀白炭黑主要用作天然橡胶和合成橡胶的补强剂、牙膏摩擦剂等。
气相白炭黑主要用作硅橡胶的补强剂、涂料和不饱和树脂增稠剂,超细二氧化硅凝胶和气凝胶主要用作涂料消光剂、增稠剂、塑料薄膜开口剂等。
白炭黑作为一种环保、性能优异的助剂,主要用于橡胶制品(包括高温硫化硅橡胶)、纺织、造纸、农药、食品添加剂领域。
从白炭黑2004-2008年这四年产量的增速来看,四年复合增长率13.3%。
2009年我国共有白炭黑生产企业超过60家,产能约100万吨,产量75万吨,中国产销量居全球首位。
得益于轮胎制造业、硅橡胶产业、涂料工业、新能源等领域的需求增长,预计未来我国沉淀法白炭黑(二氧化硅)的年均需求增长速度约为10%。
2015年,亚洲将成为高分散白炭黑最大市场,其需求增速将远高于全球平均9%的增速,达到15%或更高。
中国占亚洲市场的40%,将成为全球最大的单一市场。
制备白炭黑的传统方法是利用硅酸钠、四氯化硅、正硅酸乙酯做硅源,除硅酸钠以外,其它成本都很高。
新方法采用廉价的非金属矿作为硅源,大大降低了白炭黑的生产成本。
传统方法(1)气相法主要为化学气相沉积(CAV)法,又称热解法、干法或燃烧法。
其原料一般为四氯化硅、氧气(或空气)和氢气,高温下反应而成。
反应式为:SiCl4+2H2+O2—>SiO2+4HCl空气和氢气分别经过加压、分离、冷却脱水、硅胶干燥、除尘过滤后送入合成水解炉。
将四氯化硅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1000~1800℃)后,与一定量的氢和氧(或空气)在1800℃左右的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,故使其先在聚集器中聚集成较大颗粒,然后经旋风分离器收集,再送入脱酸炉,用含氮空气吹洗气相二氧化硅至PH值为4~6即为成品。
德国迪高沙(Degussa)公司和美国卡伯特(Cabot)公司的气相法生产技术全球领先。
他们的生产装置规模大,自动化程度高,产品成本低,牌号(尤其是应用于特殊领域的功能性专用产品牌号)多,品质好,如表面积分布均匀、含水量低。
我国沈阳化工股份有限公司及上海氯碱化工股份有限公司也采用气相法生产,但在生产规模、生产技术、自动化程度及产品牌号等方面远不及国外大公司。
广州吉必盛科技实业有限公司是目前国内产量最大,牌号最全,技术最先进的气相二氧化硅供应商,是气相二氧化硅国家标准GB20020-2005负责起草单位。
(2)沉淀法沉淀法又叫硅酸钠酸化法,采用水玻璃溶液与酸反应,经沉淀、过滤、洗涤、干燥和煅烧而得到白炭黑。
反应式为:Na2SiO3+2H+—>白炭黑+2Na++H20国内大部分生产企业采用沉淀法。
新方法新方法主要以非金属矿及其延伸物为硅源,采用沉淀法制备白炭黑。
其技术关键是将结晶的二氧化硅和硅酸盐转变成非晶态二氧化硅。
原料主要有硅灰石、蛋白石、埃洛石、橄榄石、蛇蚊石、高岭土、硬质高岭土、煤矸石、粉煤灰等。
着重介绍以高岭土或硬质高岭土、煤矸石或粉煤灰为原料制备白炭黑的工艺技术。
(1)以高岭土或硬质高岭土为原料先将高岭土或硬质高岭土粉碎至50~60目,然后在500~600℃高温下焙烧2小时,再将焙烧土与浓度30%的工业盐酸按1:2.5(重量)配料,在90℃左右酸浸7小时,经中和、过滤、洗涤、干燥得到白炭黑,产品质量符合GB10507-89标准;同时得到高效净水剂聚合氯化铝。
焙烧及酸浸反应式如下:焙烧:Al2O3·2Si02·2H20—>Al2O3·2Si02+2H20酸浸:Al2O3·2Si02+6HCl+9H20—>2AlCl3·6H20+2SiO2(2)以煤矸石或粉煤灰为原料先将煤矸石或粉煤灰粉碎至粒度小于120目,然后分两步:第一步生产硅酸钠:将粉碎的煤矸石或粉煤灰与纯碱按重量比1:50混合均匀,经高温冶融(1400~1500℃,1小时)、水萃浸溶(100℃以上,4~5小时)、过滤去杂质、浓缩滤液到45~46波美度即得到硅酸钠。
第二步生产白炭黑:先将硅酸钠配成水玻璃溶液(模数为2.4~3.6,SiO2含量为4~10%),然后在5~20%的硫酸中酸浸(28~32℃,8~16小时),再升温至80℃,搅拌,调节PH值为5~ 7,熟化20分钟,再经过滤洗涤、干燥、分选,得到白炭黑。
该白炭黑为活性,纯度高。
由于白炭黑产品的一系列优越性,使它能够广泛应用于许多领域。
橡胶制品白炭黑用在彩色橡胶制品中以替代炭黑进行补强,满足白色或半透明产品的需要。
白炭黑同时具有超强的粘附力、抗撕裂及耐热抗老化性能,所以在黑色橡胶制品中亦可替代部分炭黑,以获得高质量的橡胶制品,如越野轮胎、工程轮胎、子午胎等。
农业化学制品在农业化学制品中,如农药、高效喷施肥料等,使用白炭黑作载体或稀释剂、崩解剂,做崩解剂在水分散粒剂wdg中使用可提高悬浮率,建议使用含量10%左右。
能保持持久效力,因为它的超高表面积具有极高吸附力,易于悬浮,有良好的亲和性及化学稳定性。
即使在雨水、冲洗和炎热条件下,仍能长期保持不变。
日用化工制品用白炭黑作填料和磨蚀剂的透明彩色及不透明牙膏,这类牙膏具有良好的柔韧性、分散性,膏体光滑、柔软、磨蚀性好,不磨蚀牙膏管体;它能使药物牙膏保持药性的稳定。
特别是与氟化物具有良好的配伍性,可避免钙盐作磨料产生难溶盐的弊端。
胶结剂用在天然橡胶或合成橡胶制成的胶粘剂中,提供了触变性和补强性,同时由于其伸展性还可以提高粘着力,质高价廉。
抗结块剂白炭黑可用在一些产品中来提高自由流动性,如草地肥料、杀真菌剂、磨轮研磨剂、洗衣漂白剂、酚醛注塑乌洛托品、酚和尿素的塑料制品、制造橡胶硫磺及抗结块混合物。
造纸填料用白炭黑做纸张填料可提高纸张抗油墨透过性能及机械强度,增加白度,减少单位重量。
能有效实现纸张轻量化、降低生产成本、提高纸张使用性能。
此外还可用在消防剂、饲料、化妆品、消光剂、颜料、油漆等许多行业气相白炭黑是极其重要的高科技超微细无机新材料之一,由于其粒径很小,因此比表面积大,表面吸附力强,表面能大,化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻等方面具有特异的性能,以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性,在众多学科及领域内独具特性,有着不可取代的作用。
气相白炭黑俗称“纳米白炭黑”,广泛用于各行业作为添加剂、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、医药、环保等各种领域。
并为相关工业领域的发展提供了新材料基础和技术保证。
由于它在磁性、催化性、光吸收、热阻和熔点等方面与常规材料相比显示出特异功能,因而得到人们的极大重视。
以下是气相白炭黑在各行业的应用[2]电子封装材料有机物电致发光器材(OELD)是目前新开发研制的一种新型平面显示器件,具有开启和驱动电压低,且可直流电压驱动,可与规模集成电路相匹配,易实现全彩色化,发光亮度高(> 105cd/m2)等优点,但OELD器件使用寿命还不能满足应用要求,其中需要解决的技术难点之一就是器件的封装材料和封装技术。
目前,国外(日、美、欧洲等)广泛采用有机硅改性环氧树脂,即通过两者之间的共混、共聚或接枝反应而达到既能降低环氧树脂内应力又能形成分子内增韧,提高耐高温性能,同时也提高有机硅的防水、防油、抗氧性能,但其需要的固化时间较长(几个小时到几天),要加快固化反应,需要在较高温度(60℃至100℃以上)或增大固化剂的使用量,这不但增加成本,而且还难于满足大规模器件生产线对封装材料的要求(时间短、室温封装)。
将经表面活性处理后的气相白炭黑充分分散在有机硅改性环氧树脂封装胶基质中,可以大幅度地缩短封装材料固化时间(为2.0-2.5h),且固化温度可降低到室温,使OELD器件密封性能得到显著提高,增加OELD器件的使用寿命。