白炭黑表面改性的研究

1、白炭黑表面改性的研究白炭黑表面改性的研究摘 要：白炭黑是现在重耍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sio2nh20。nh20是表面径基形式 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

2、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loonm,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si02, 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 为复朵，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品法等方法生 产出来的二氧化硅。沉淀白炭黑普遍用于合成橡胶与天然

3、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+02si02+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了。在将 四氯化硅的原材料经过精憾塔进行精

4、憾。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。四氯化硅经过高温气化，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pii值达到4-6z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、燉烧等方式最后得到口炭黑，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：na2si03+2 口炭黑+2n&+h203、新方法新方法大多是利用非金属矿和延伸物作

5、为硅源，然后在利用沉淀法制取口炭黑。新方法的主要技术就 是把结晶的si02和硅酸钠转变为非晶态的si02o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，口炭黑表面积大，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，这严重影响着产品的应用性。所以 要对白炭黑的表面进行改性处理，提高口炭黑的应用效果，增加附加 值，扩大口炭黑的使用范围。对口炭黑表面改性就是减少或者消除表面存在活性硅醇基的数量，使用化学物质，经过工艺改

6、变口炭 黑表面的化学物质，从而实现对白炭黑表面的改变。（一）口炭黑表面改性剂一般情况來说，改性剂可以是任何能够与白炭黑表面氢氧基发生化学反应的比较容易挥发的物质。目前比较常见的 改性剂有硅氮烷、有机卤化硅烷、醇类以及硅氧烷类等。（二）白炭黑表面改性方法白炭黑表面改性有两种方法，第一种事无机物改性，第二种是有机会改性。在白炭黑表面改性屮，最主要的是 使用有机物改性，因为有机会改性能够使有机团取代白炭黑表面的氢 氧基。有机物改性也有干法和湿法两种常用的方式。1、干法干法是在高温的条件下，将干燥的口炭黑和改性剂蒸汽利用固体感应 器进行接触反应。目前，大部分的发达国家都采用干法工艺进行口炭黑表面改性。

7、干法工艺过程比较简单，后期工序也比较少，可以实现 批量生产。但是对改性剂要求量大，关键设备需求高，操作极为严格， 所以产品的成本非常高。2、湿法湿法工艺主要有两种，第一是把干燥的白炭黑和改性剂以及有机溶剂混合成液体，然后对混 合成的液体进行加热处理，经过回流反应，最后进行分离和干燥。这 种方法非常简单，很容易控制产品的质量，对改性剂的消耗非常小, 但是这种方法的后面工序比较复杂，而且会造成污染，所以不能大规 模的生产。第二种是先把干燥的口炭黑调配成水溶液料浆，加入醇类 后，接着加入改性剂，完成硅烷化学反应。这种方法的工艺简单，所 需要的设备少，可以将成木降到最低。三、改性后口炭黑的实际应用改性

8、口炭黑最普遍用于涂料中，因为拥有非常好的疏水性，能够提高防腐性、触变性以及悬浮性。将硅烷偶联剂tespt改性 的口炭黑用于车的轮胎中，可以降低阻力，见效轮胎表面胶的磨损。 在非橡胶领域中，白炭黑的用量也是十分巨大，它被不断的用于农药、 医药以及造纸等口用品行业。白炭黑用于医药行业能够制成药品消毒的包装膜，是将聚乙烯包装材料的配方加入口炭黑就可以。口 炭黑因为木身具有增稠性、高吸收性、和生理惰性，所在普遍的用于 药品的制作中。在法国，一些研究人员发现，将口炭黑加入阿司匹林、 灰黄霉素等药品中，就可以改变药品内部的流动性。口炭黑还可以吸 收土壤中的污染物。口炭黑能够防止除草剂和尿素的结块，控制有害 集体的产生，吸收农药，在慢慢发挥农药的药性，这样就可以增加农 药的有效期限，起到最大的杀虫效果。口炭黑用于造纸行业中，可以 极大的提高纸张的口度与硬度，增加渗透性，提升纸张的手感以及光 泽，增加打印效果，提升打印清晰度等。四、结语 口炭黑因为本身特殊的结构，所以被广泛的应用与各个行业，拥有不同的特 殊功能，是一种极具有前景的产品，所以对白炭黑表面改性的研究工 作，要深入持续进行下去，不断创新提高，将白炭黑产品li益完善, 存进各个行业的经