一种高结构高比表高分散白炭黑的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高结构高比表高分散白炭黑的制备方法，包括(1)配制硅酸钠溶液和稀硫酸溶液；(2)在相对较低温度下进行第一阶段反应，控制酸碱中和比70％～85％,结束加酸后继续搅拌15～30min；(3)在升温后继续进行第二阶段反应，控制酸碱中和比为70％～92％，反应结束后继续搅拌15min；最后加入过量硫酸至反应体系pH值为4，恒温老化30min；(4)将经过老化的物料转移至中间槽压滤洗涤，再制浆和喷雾干燥得到白炭黑产品。本发明专利技术不经过表面改性作用，通过两步沉淀法制备沉淀法白炭黑，制得的白炭黑产品具有高比表面积、高结构度和高分散的特性，生产成本低，可在高端橡胶轮胎制品中代替部分表面改性白炭黑产品。

A Method for Preparing Silica with High Structure, High Ratio and High Dispersion

【技术实现步骤摘要】
一种高结构高比表高分散白炭黑的制备方法
本专利技术涉及无机化工粉体材料白炭黑的生产方法，具体涉及一种高结构高比表高分散白炭黑的制备方法。
技术介绍
沉淀水合二氧化硅又称白炭黑，因其特殊的表面结构和独特的物理化学特性，广泛应用于橡胶、油漆、饲料等诸多领域。沉淀法白炭黑作为橡胶补强材料，主要用于鞋类、轮胎和其他浅色橡胶制品。在国内，橡胶制品使用沉淀法白炭黑的消费量占总沉淀法白炭黑消费量的比例高达81％，其中轮胎工业约占38％。白炭黑作为橡胶的主要补强材料之一，其微观结构的改变，如比表面积、粒径大小、孔结构、表面羟基含量等，对轮胎的物理机械性能影响很大。为了适应不同环境和应用场景，汽车行业对轮胎的性能提出了各种不同的要求，如低滚动阻力、高抗湿滑性、高耐磨性、以及低噪音、低废气排放量、耐侯性等。增大白炭黑产品的比表面积能够增强轮胎制品的抓地力、耐磨性等性能；但是随着白炭黑比表面积的提高，白炭黑表面能增大，表面羟基相互作用增强，当白炭黑比表面积处于较高水平时容易发生团聚，不利于白炭黑在橡胶中的分散，因而将降低橡胶抗撕裂强度等性能。为此，高比表白炭黑的分散性大都通过表面改性的方法来改善[陈南飞，卢爱平，王明贺/一种高分散白炭黑的制备方法[P].公开号108101068B；论文：伍小明，李明/白炭黑的改性及其应用研究进展[J].精细与专用化学品,2016,24(9):26-29.]，但是表面改性又将进一步增加白炭黑成本。然而，提高高比表沉淀法白炭黑产品的分散性，还可以通过提高白炭黑产品的结构度实现。因此，通过调整沉淀反应工艺，制备具有高结构、高比表、高分散特性的白炭黑产品，能够部分替代表面改性白炭黑产品应用于高性能橡胶轮胎。目前，市场上高结构、高比表、高分散白炭黑产品十分有限，该产品的开发有助于开拓高性能橡胶轮胎的应用与推广。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种无需表面改性、生产成本低的高结构高比表高分散白炭黑的制备方法。为实现以上目的，本专利技术一种高结构高比表高分散白炭黑的制备方法采用两步沉淀法制备工艺，具体操作步骤如下：(1)原料的准备配制硅酸钠溶液：将固体水玻璃与水按质量比约1:1.5投入静压釜或滚筒蒸球中，通入蒸汽加热溶解，得到的水玻璃溶液经稀释配制成目标浓度为当量浓度2.0～3.0N的硅酸钠溶液，再输送至高位碱槽；配制稀硫酸溶液：将质量分数为98％的浓硫酸稀释至18％～30％，并输送至高位槽；(2)第一阶段反应向预先加入水的反应釜中投入硅酸钠溶液，使溶液硅酸钠的当量浓度为0.30～0.50N，搅拌均匀后升温至70～82℃，恒温下按加酸时间为45～60min、酸碱中和比70％～85％的量加入稀硫酸溶液,结束加酸后继续搅拌15～30min；(3)第二阶段反应将第一阶段反应的悬浊液升温至80～88℃，再加入硅酸钠溶液和稀硫酸溶液，加入流速需使酸碱中和比控制在70％～92％，该阶段为酸碱并流沉淀反应，该阶段所加入的硅酸钠含量与第一阶段相当，并流反应时间为60～80min；并流反应结束后，继续搅拌15min；最后加入过量硫酸至反应体系的pH值为4，此时继续恒温老化30min；(4)洗涤、干燥将经过老化的反应体系转移至中间槽并进行压滤洗涤，最后将洗涤达标的滤饼制浆，经喷雾干燥得到的白色颗粒和细粉即为白炭黑产品。上述高结构高比表高分散白炭黑的制备方法具有以下技术特点和有益效果：采用两步沉淀法制备高结构、高比表、高分散沉淀法白炭黑，首先在相对较低温度下进行第一阶段的沉淀反应，接着在升温后继续进行第二阶段的沉淀反应。其原理在于：首先在适当的温度下进行晶核的生成与生长反应，该阶段主要关系到白炭黑的一次粒子大小，以及由一次粒子聚集而成的二次粒子的初始结构，该阶段反应温度相对晶种法更高并形成了明显的白炭黑悬浊反应体系；通过控制反应温度、反应体系硅酸钠浓度、硫酸速率和继续搅拌时间，改变体系中的二氧化硅的过饱和度及其沉淀生成速率和一次粒子的动能，使之形成一次粒子均匀、二次粒子结构度较高的白炭黑悬浊液,是制备高比表、高分散白炭黑的关键；接着在一定的温度下进行第二阶段的沉淀反应，该阶段是白炭黑晶核继续生长和反应体系中粒子间发生碰撞继续形成二次粒子和三次粒子的过程。本专利技术不经过表面改性作用，通过两步沉淀法制备沉淀法白炭黑，制得的白炭黑产品具有高比表面积、高结构度和高分散的特性，产品成本低，可在高端橡胶轮胎制品中代替部分表面改性白炭黑产品。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术一种高结构高比表高分散白炭黑的制备方法从
技术实现思路
与特征、所实现的目的与效果做进一步详细说明。以下列举两个实施例，每个实施例中总投料量体积记为100份。实施例1a.原料的准备硅酸钠溶液：将固体水玻璃与水按质量比约1:1.5投入静压釜或滚筒蒸球，接着通入蒸汽加热溶解，溶解得到的水玻璃溶液经稀释，配制成目标浓度的硅酸钠溶液，具体地，硅酸钠溶液当量浓度为2.03N，最后输送至高位碱槽。稀硫酸溶液：将质量分数为98％的浓硫酸稀释至18％，并输送至高位槽。b.第一阶段反应预先向反应釜中投入加入55.0体积份的水和14.0体积份的硅酸钠溶液，使溶液硅酸钠的当量浓度为0.41N，搅拌均匀后升温至78℃，恒温下,按加酸时间为50min、酸碱中和比约72％的量加入稀硫酸溶液,也即以6.00体积份/h的流速加入约为5.0体积份的稀硫酸，结束加酸后继续搅拌30min。c.第二阶段反应将第一阶段反应悬浊液升温至83℃，接着同时以11.20体积份/h的流速加入硅酸钠溶液和约3.86体积份/h的稀硫酸溶液，控制酸碱中和比为70％，该阶段为酸碱并流沉淀反应，并流反应时间为80min，该阶段所加入的硅酸钠含量约为第一阶段的1.07倍；并流反应结束后，继续搅拌15min；最后以3.35体积份/h的流速加入过量硫酸至反应体系的pH值为4，并继续恒温老化30min。d.洗涤、干燥将经过老化的反应体系转移至中间槽并进行压滤洗涤，最后将洗涤达标的滤饼制浆，经喷雾干燥得到的白色颗粒和细粉即为白炭黑产品。该实施例制得的白炭黑产品其主要物性参数见表1。实施例2a.原料的准备硅酸钠溶液：将固体水玻璃与水按质量比约1:1.5投入静压釜或滚筒蒸球，接着通入蒸汽加热溶解，溶解得到的水玻璃溶液经稀释，配制成目标浓度的硅酸钠溶液，具体地，硅酸钠溶液当量浓度为2.48N，最后输送至高位碱槽。稀硫酸溶液：将质量分数为98％的浓硫酸稀释至28％，并输送至高位槽。b.第一阶段反应预先向反应釜中投入加入57.8体积份的水和14.5体积份的硅酸钠溶液，使溶液硅酸钠的当量浓度为0.50N，搅拌均匀后升温至70℃，恒温下,按加酸时间为60min、酸碱中和比约85％的量加入稀硫酸溶液,也即以4.45体积份/h的流速加入约为4.45体积份的稀硫酸，结束加酸后继续搅拌15min。c.第二阶段反应将第一阶段反应悬浊液升温至88℃，接着同时以15.75体积份/h的流速加入硅酸钠溶液和约5.10体积份/h的稀硫酸溶液，控制酸碱中和比为90％，该阶段为酸碱并流沉淀反应，并流反应时间为60min，该阶段所加入的硅酸钠含量约为第一阶段的1.09倍；并流反应结束后，继续搅拌15min；最后以4.50体积份/h的流速加入过量硫酸至反应体系的pH值为4，并继续本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高结构高比表高分散白炭黑的制备方法，采用两步沉淀法制备工艺，操作步骤包括(1)原料的准备、(2)第一阶段反应、(3)第二阶段反应、(4)洗涤、干燥；所述原料的准备包括配制硅酸钠溶液和稀硫酸溶液，配制硅酸钠溶液的操作是：将固体水玻璃与水按质量比约1:1.5投入静压釜或滚筒蒸球中，通入蒸汽加热溶解，得到的水玻璃溶液经稀释配制成目标浓度为当量浓度2.0～3.0N的硅酸钠溶液，再输送至高位碱槽；配制稀硫酸溶液的操作是：将质量分数为98％的浓硫酸稀释至18％～30％，并输送至高位槽；所述洗涤、干燥的具体操作步骤是：将经过老化的反应体系转移至中间槽并进行压滤洗涤，最后将洗涤达标的滤饼制浆，经喷雾干燥得到的白色颗粒和细粉即为白炭黑产品；其特征是：所述第一阶段反应的具体操作步骤是：向预先加入水的反应釜中投入硅酸钠溶液，使溶液硅酸钠的当量浓度为0.30～0.50N，搅拌均匀后升温至70～82℃，恒温下按加酸时间为45～60min、酸碱中和比70％～85％的量加入稀硫酸溶液,结束加酸后继续搅拌15～30min；所述第二阶段反应的具体操作步骤是：将第一阶段反应的悬浊液升温至80～88℃，再加入硅酸钠溶液和稀硫酸溶液，加入流速需使酸碱中和比控制在70％～92％，该阶段为酸碱并流沉淀反应，该阶段所加入的硅酸钠含量与第一阶段相当，并流反应时间为60～80min；并流反应结束后，继续搅拌15min；最后加入过量硫酸至反应体系的pH值为4，此时继续恒温老化30min。...

【技术特征摘要】
1.一种高结构高比表高分散白炭黑的制备方法，采用两步沉淀法制备工艺，操作步骤包括(1)原料的准备、(2)第一阶段反应、(3)第二阶段反应、(4)洗涤、干燥；所述原料的准备包括配制硅酸钠溶液和稀硫酸溶液，配制硅酸钠溶液的操作是：将固体水玻璃与水按质量比约1:1.5投入静压釜或滚筒蒸球中，通入蒸汽加热溶解，得到的水玻璃溶液经稀释配制成目标浓度为当量浓度2.0～3.0N的硅酸钠溶液，再输送至高位碱槽；配制稀硫酸溶液的操作是：将质量分数为98％的浓硫酸稀释至18％～30％，并输送至高位槽；所述洗涤、干燥的具体操作步骤是：将经过老化的反应体系转移至中间槽并进行压滤洗涤，最后将洗涤达标的滤饼制浆，经喷雾干燥得到的白色颗粒和细粉即为白炭黑...

【专利技术属性】
技术研发人员：任立荣，曾志恩，徐钰兴，田明，黄宇，刘安基，黄永生，罗明辉，谢志雄，檀东宇，王锦春，黄志盛，袁建平，
申请(专利权)人：福建正盛无机材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35