一种新型白炭黑的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种新型白炭黑的制备的方法，本发明专利技术所涉及如下步骤：将一定模数，含有一定浓度季铵盐和淀粉的水玻璃溶液，在一定温度和搅拌下搅拌均匀，通入喷雾干燥塔中与二氧化碳原位反应，喷雾干燥得到白炭黑成品，将成品在一定温度下碳化，或者造粒后碳化。本发明专利技术所涉及的方法设备要求简单，原料简单易得，成本低廉，反应快速高效，环境友好，生成的新型白炭黑具有独特的特性，符合橡胶用白炭黑各项性能指标，具有较好的经济效益。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种新型白炭黑的制备的方法，本专利技术所涉及如下步骤：将一定模数，含有一定浓度季铵盐和淀粉的水玻璃溶液，在一定温度和搅拌下搅拌均匀，通入喷雾干燥塔中与二氧化碳原位反应，喷雾干燥得到白炭黑成品，将成品在一定温度下碳化，或者造粒后碳化。本专利技术所涉及的方法设备要求简单，原料简单易得，成本低廉，反应快速高效，环境友好，生成的新型白炭黑具有独特的特性，符合橡胶用白炭黑各项性能指标，具有较好的经济效益。【专利说明】
本专利技术涉及。本专利技术采用二氧化碳与含淀粉的水玻璃溶液在喷雾干燥机的反应塔中进行原位反应的方法制备新型白炭黑，喷雾干燥直接获得新型白炭黑成品，本专利技术方法反应迅速，效率高且满足节能环保需求。
技术介绍
目前，国内外白炭黑行业中，已经实现工业话的制备白炭黑工艺主要有气相法和沉淀法。通常国内高品质白炭黑的生产方法主要是使用气相法，但由于工艺复杂，设备投资大，原料不易得，成本高等缺点，限制了高品质的白炭黑大规模工业化。而通常的酸沉淀法虽然成本低廉，但是白炭黑品质大多达不到市场的需求。一般来说，白炭黑即水合二氧化硅，结构式为Si02.nH20，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。因而白炭黑具有多孔性、高分散性、质轻、化学稳定性好、耐高温、不燃烧、电绝缘性好等优异性能的重要无机硅化合物。这样的特性使得白炭黑广泛应用在橡胶、塑料、涂料、医药、日用化工等诸多领域。目前全世界70%的白炭黑用于橡胶工业，是优良的橡胶补强剂，能改善胶接性和抗撕裂性，其性能明显优于普通炭黑的。然而，由于传统的白炭黑内部的聚硅氧和外表面存在的活性硅醇基及其吸附水特性，使其呈亲水性，将白炭黑添加入橡胶等材料后，白炭黑难以在有机相中湿润和分散。而且，由于白炭黑表面存在羟基，表面能较大，聚集体总倾向于凝聚，因而产品的应用性能受到影响。工业上往往对白炭黑的要求是疏水性，但由于白炭黑表面含有大量的硅羟基而表现出很强的亲水性，因此改善其同聚合物胶料的界面结合力，需要对其进行表面改性。通常的方法是:利用合适的化学物质通过一定的工艺方法使之与白炭黑表面的羟基发生反应，消除与减少表面硅醇基的量，使产品的亲水性改变为疏水性，以达到改性的目的。目前，使用最为普遍的改性方法有醇酯化法、有机硅化合物反应法、粒子表面的聚合物接枝法，此外还有和重氮甲烷反应、和卤素反应、与氯化硅反应等。但这些化学方法原料昂贵，工艺复杂，反应不易控制，因此也限定了其实现工业化。中国专利一种淀粉/白炭黑复合填料的制备方法，涉及的白炭黑改性方法是将白炭黑混入预先糊化好的淀粉糊中的共混改性方法，此法工艺简单，易于实现，但仅仅是对白炭黑成品的改性处理，淀粉与白炭黑间的包覆为简单的吸附。淀粉是由a— D—葡萄糖组成的多糖高分子化合物，分子式为(C6HltlO5)n，其分子结构有直链状和支链状两种，它是一种强极性多羟基的结晶性物质。淀粉分子的每个葡萄糖结构单元中的2，3，6位碳上含有羟基，有这几个具有化学活性的羟基，所以可以与许多化合物发生接枝、交联反应，这使得对淀粉进行改性成为可能。因此，将淀粉引入到白炭黑的改性中，通过原位法，使得淀粉与白炭黑发生化学作用，制得新型白炭黑，这样的方法目前少有人研究。
技术实现思路
本专利技术涉及，在喷雾干燥塔中，通入含有淀粉的水玻璃溶液与二氧化碳反应制备新型白炭黑，喷雾干燥得到淀粉包覆白炭黑成品。这样的方法从根本上解决了白炭黑易团聚，难分散等问题。采用二氧化碳与含有淀粉的水玻璃溶液通过喷雾干燥直接原位生成新型白炭黑的工艺，最终得到淀粉改性白炭黑。一种白炭黑的制备方法，其特征在于:将模数为2.4~3.8，质量浓度为5%~25%的水玻璃溶液，加入水玻璃溶液质量的0.01%~0.1 %的季铵盐以及水玻璃溶液质量的2%~25%的淀粉，在搅拌速度为50m/min~300m/min和温度为60~95°C条件下,搅拌与糊化均匀后通入进气温度为200~700°C，出口温度为70~140°C的喷雾干燥塔中与含有10~100%二氧化碳的气体原位反应，喷雾干燥得到新型白炭黑成品，在200~300°C下进行碳化，或造粒后在180~250°C下碳化。作为优选:所用淀粉为糯米淀粉，玉米淀粉，豌豆淀粉，木薯淀粉，红薯淀粉，大豆淀粉，高粱淀粉，淀粉用量为水玻璃质量的2%~25%。作为优选:所使用的季铵盐为主链含碳数为12至18的季铵盐，其与水玻璃溶液质量比为0.01%~0.1%ο作为优选:喷雾干燥的雾化粒径为5~100微米，进气温度为200~700°C，出口温度为70~140°C。使用原位法进行淀粉改性白炭黑，其机理在于:先将季铵盐充分溶解分散在水玻璃溶液中，在一定温度下使淀粉充分糊化在水玻璃溶液中。将糊化好的含淀粉的水玻璃通入一定温度的喷雾干燥塔中，在雾化盘高速离心作用下雾化成大量的细小雾滴，粒径为5~100微米，含淀粉的水玻璃溶液在季铵盐的作用下，雾滴中的淀粉和硅酸钠均匀分布，在浓密的二氧化碳氛围中，二氧化碳与硅酸钠的接触面积极大，容易使二氧化碳与含有淀粉的水玻璃发生原位反应，生成淀粉包覆白炭黑，最后干燥获得新型白炭黑成品，反应的过程中，淀粉中具有活性的羟基与白炭黑表面的羟基发生作用，使得淀粉与白炭黑发生反应，均匀地包覆在白炭黑表面，降低了白炭黑羟基含量，同时引入了淀粉的一些特性，从而形成了包覆有一层新结构的白炭黑，最后将淀粉包覆的白炭黑进行碳化或者造粒后碳化，从而使得这种白炭黑拥有更多特性。碳化后含碳结构的新型白炭黑，具有导电性，与橡胶有一定的相容性，又有一定的惰性，其结构与碳黑结构相似，在抗湿滑，起到白炭黑的作用。在混炼的时候，又和碳黑一样有相容性。有益效果本专利技术所涉及的方法制备白炭黑其优点在于:(I)设备要求简单，工艺特点适合大规模工业化生产。(2)原料简单易得，成本低廉。(3)生成产物尺寸小、分布均匀，符合橡胶用白炭黑各项性能指标。(4)反应速度极短，大大提高了效率。(5)节约水资源，充分利用二氧化碳废气，循环使用水资源和二氧化碳，具有较好的经济效益。(6)解决了白炭黑在聚合物中易团聚、扬尘等问题。(7)新型白炭黑具有独特的特性。【具体实施方式】实施例1:将模数为3.8的水玻璃溶液，加水配制成1000g质量分数为10%的水玻璃溶液，加入0.2g十二烷基三甲基溴化铵，加入2g糯米淀粉，在70°C加热下搅拌30min，搅拌速率为100m/min,充分搅拌后通入喷雾干燥塔中与含有50 %二氧化碳的气体(其他50 %成分为空气)发生原位反应，喷雾干燥机进口温度300°C，出口温度90°C，雾化粒径为5微米，喷雾干燥后得到淀粉改性白炭黑 成品在200°C硫化床上进行碳化，将新型白炭黑按指定配方与橡胶混炼并硫化后测其力学性能。实施例2:将模数为2.4的水玻璃溶液，加水配制成1000g质量分数为15 %的水玻璃溶液，加入0.5g十四烷基三甲基溴化铵，加入IOg玉米淀粉，在68°C加热下搅拌30min，搅拌速率为150m/min，充分搅拌通入喷雾干燥塔中与含有20%二氧化碳的气体(其他80%成分为氮气)发生原位反应，喷雾干燥机进口温度200°C，出口温度70°C，雾化粒径为10微米，喷雾干燥后得到淀粉改本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种白炭黑的制备方法，其特征在于：将模数为2.4～3.8，质量浓度为5％～25％的水玻璃溶液，加入水玻璃溶液质量的0.01％～0.1％的季铵盐以及水玻璃溶液质量的2％～25％的淀粉，在搅拌速度为50m/min～300m/min和温度为60～95℃条件下，搅拌与糊化均匀后通入进气温度为200～700℃，出口温度为70～140℃的喷雾干燥塔中与含有10～100％二氧化碳的气体原位反应，喷雾干燥得到新型白炭黑成品，在200～300℃下进行碳化，或造粒后在180～250℃下碳化。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王益庆，沈家锋，邓斯奇，张立群，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11