白炭黑的应用与制备方法
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王p宝君 张,萍等培:白 炭的应黑用-备方法 制 . 一b
3
白炭黑 的应 用与 制 方 备法 .
● ●
王 宝君 1张培,萍 1李,法书2,马 艳1 ,田莉 丽1. . 玉
( . 大 . 学吉 长林 春1 02 ; 1 2吉林 036 . 机电 业工校 .河北学张 口家0 5 2) 方 7北0 3
摘
要:炭白作 黑许为多H新~重要组 .元经破广已研泛究 : WJ, 文本统地系
描 述
了自 炭黑 在工 业l的应 ,并川 绍介了 现有的 白炭 制黑 缶力 法.以 蒙如脱 石 为 f1 ' 原料 的碱 法浸,以 四 化硅氯 原料 的气为相法 , 水玻以璃为 料原的沉 淀 等法 对.各 种方 法 对比发 现, 提高 淀沉法 炭黑自的性 ,能 之接 使 近法 卡n炭 黑,足 今 白 e
炭黑生n产 的重 要 发展方 向 . 关词键 :白炭 ;黑淀沉 法: 相法气
引言
.
'
白黑炭生 产 工较艺 多 .基从本原理上划分有相气法沉 和法 淀气 相法. 白 炭
的黑究研与生产要集主中在美在 ,等欧地.区大气相型炭黑公白司美如卡博国
特公 司 , 国 德同公 赛等 .中国气相司白 炭生产公黑如沈 阳化司 股工份 公司 .德 现在 中生国产 的气 相炭白黑产品 不及国外 品品种产 ,牌号全 .但 多经已握掌了 纳 白米黑炭 的生 技 术产 .淀沉法白炭 性黑能气相法 较白炭黑 一定有 差 距由.于
原其料 丰 富.可 部分代 气相法替 炭白黑使 用因此.. 究工作较研多 技.方法术 较 熟 . 成目前.国 内 正 常生产淀沉法 炭黑白生的厂产家3有多 .江个西 昌南化 0工 原厂 1料 年8 美从 国 P 司引G 人万吨级生产线始了 . 99 公 P国内产 从量 91 年 只 的9 有4万t 到几现 的3在 几万 t 2 上】升0 [ 3.本介绍文 几种新 了的制备 法 方. ' -
1白炭黑 应的用
白炭 黑非即 晶二 态化 硅氧 .名水合又二氧化 .硅分 予 式为S2 n 2 是 .i · H 0
一
O种 白色
,无 毒 , 无 型定细微粉物 状具有.多 性 孑,分散高,质 ,化轻稳学 L定
性好, 耐高 温 不, 燃烧和 绝缘性电 好等异性 优能相.对度密2 1为, . 3 . 92 .5 熔 63 点l 5 ℃ 白 黑炭微粒 直很小 ,一 径次粒直子大径在约 10 0m 围.内 白07 ～00 1 范 n
黑 表面S炭—i 团具有很强 的性活. itO 基易与周 于离围键合子.白 黑炭表 面布分
一
着
层均的硅 匀烷氧 硅烷 醇和基 .这基些具团很强有的吸性水. 烷 硅醇基 学 活化
高 性. 从而使 炭 黑白表面较容 被改易性( 【1】- 表 )7 8
.
1 1炭白黑橡在 工业 胶中应的 用 .白黑炭能大 幅 提胶 料高 物的理性能, 少减料胶后 ,滞 低降胎 的滚轮动 阻力.
同 不时损 失其抗 湿 性滑 . 橡胶在业工 .炭黑中是很有的补效 强剂 .但 其最 大 的
缺
点不能用于是制彩色备制.品气相 白法炭黑的补效果强以达到可
炭黑的水.
平
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m4
无机硅化 合 (物 . ic nC o mn 0 6)年第 4期(第 71 ) 期 0l So o p du 02i 总 3
在高
档彩色橡胶 制 中品 . 相气 白炭黑是最法 好补强的 .在轮剂胎工业巾 .胎 在面胶 中添 加炭 白可黑 提以 胎面高抗的切 割 ,抗撕裂性 能.减少蹦 掉 块 .花法闰
米其林公 司曾部全 用炭白黑作料 填.成制级高 轿车 配套绿的色轮胎 . 炭白填黑 ,充 的料胶普与 通炭填充 黑胶料 比的较 .滚动力阻可 降3 %低[一I 在帘布胶 ,【 0 I】9 . } 可I大大提高帘布胶与的粘接料性能.
1 白炭 黑化在机学 抛光械(MP 中的 用 应. 2 )C
C技是术将化学 抛 光和械抛机技光 栩术结 .其抛 光速合 度和 抛精度光 以P 及抛M产生 的光破 坏深度等 要都素 单一的比化 学抛光 或机械光具抛有 势优.并能 根据需对抛要 光要进求 行 适的当控 . 目前 .研制 的发重 是C点 技术 的理 ,机M P
装 置消耗和品 .如抛光垫 ,定同材料 浆和料 .等 S2 CP i 浆料 在C 浆M料 占r 0 MPf 1 据重 位要置. 其 种及类 用最量多.用机利 械法 将纳米级 炭白 粒子在黑定 条件一 分散于下 水是中 制成 2SCP i M浆料的主要 方法. 它保能C P 证0 M浆料 高同的含 量
(
0和 高度 .纯 目 .前0 S P > %M 2)i 2 浆C 已应料 用于成 集路 电平 面 显,示 ,器晶 片模多 组,微机系统 电传,器感,检测器 和光 摄导 管像等的表 面工加 此. 外. 陶瓷 ,在精密阀门 , 光学玻 璃磁,头 ,械磨 具 机,金材属料表面加工领域 的 用应
受到也重 视 2 【1 .
1 白炭】黑在塑料工业中的 用应 . 3在塑料中添加 白炭 黑.可提 高材 料强的 度, 性 .明显韧提 高水防 性耐和老
性.化工程塑料中在 ,利 共混用法将相法气 白黑 添炭加不饱到和聚 中酯当S.2 i 0 的质量分数到达5 时% .试样耐磨性提 高的2 拉,伸强 度提 高l以上 , 莫氏 硬 倍 倍度 2为.硬度 接近大理 石.冲击强 也度大提大 高在.环氧脂 树添中质加量分数 . 9 3 为%的相气白炭法黑 .料 材抗的 冲强击提度4高 % .拉强伸度 提2高% . 用若 0 l硅烷
联偶剂对气相 法白 炭进黑行改后性 .冲击度强可 提高以1 .拉4伸强提 2度 高% %3. 用0纳米 级炭白改性聚黑酰亚(I 胺P) ,伸 强度可提拉 1 高 , 倍 .5 裂伸长率断
提高3 通在塑料用中. . 倍用利相气 法炭白黑的 高强 度,高流 性动和小尺效寸 应
.可提 塑料的高密致 性光洁,度 和磨性耐能 若通.过 适 当表的改性面 .则在增 可强料的同时 .塑塑料增韧对.将气相 法 炭黑白加添 到 聚甲丙烯酸 基~甲(M) P AM 中 制S 成 Mz 合材料 .复 缺冲击口度强提8高% 以上 且光学性 能 .良好.i /M OPA0 1 白炭 黑在 细复合超粒 子面的方应 .用4 石 墨
对红 外波段具全有好 的吸 收特性 较良好 ,的 导性 电,在事军工业上广 泛 地于隐身用 技及石术墨 弹的炸究研 研 . 表明 .究石粒墨吸附 于絮状子 炭白 黑 的表及 凹陷处面 .成结形 合密紧的球型化 复合子 ,复粒合过程不生新 产介质的 .
子母粒
子面界间之的作用 力为 范华德和静力 电仑 库 .超细石力墨粒 子 白炭黑与
复合 可提高粒,子分散性的, 比表积与面容孔,提高石气溶墨的悬胶浮稳性定. 不如此 仅,复合子粒的 红外吸特收性 增强 这,为红其 隐外技身 提 术 供条了件. 1 炭自黑在纸方面造应用的 ., 5
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王m宝君 , 张培 萍 :等白 炭 黑的 应用 与制备 方法
5
在造纸业工 中,白黑炭能高提纸 的张 白度 ,使纸质张量轻 化,合适 高速 印
刷.添 白加炭黑的 张其纸磨耐 手感 ,不,透 明和光泽 性等性优能 于加 白炭不 黑的
纸张 .
61白炭 在 其黑方他面的应 用 .表 1
白 黑炭的 化理特性
比表 密度面
积/
m 2 ·f
热 匝失
p 0/ : H15 .
%
挥发性
汕性状吸 聚 溶 亲 剂90
.5℃ 州
%
i 透 折射 包
白 光 悱
/
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|
集
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. n · 性1 l g 1m 2一
和 f ,l
性
l0
-
5
0 22o 57 6 8 4 55 0 0- %一% %一 %2 2 0 0 等亲水 色 火 1 50 -4 . 4
在油
油 漆墨涂和 料 中添,加白炭黑 使 制能 剂色泽艳鲜 ,加 明感透 打 印 ,增 清晰, 膜漆坚 .在农 药同业 工 中,白炭 可作黑 防结为块 ,剂分散剂 , 提高收 吸和散 能力11布外 ,白炭黑 在料饲工 业,化工业等学域 中领也 许有多途用 .1 此 . 4
2炭 白黑的 制 备方 法
21a N 溶直 接液取膨浸 润土生 产白炭黑 . OH
将2
润 与 土 lg 7 g膨4 氢化钠氧混合 , 三 在口烧瓶加热中拌 搅 , 隔每 取 h2 液进行分析清 () 2表 .
表 2 浸取时 间 实对 结验 的果 响影 反 应时
间 /h
SO 2率 出i 浸 /
wt
%2
l 0.
4
l
8. 21
6 l
.4 43
82
.35
8
l 0
2 .6 64
l
2 27. 78
8
9
滤液 总
碱
m/o'— l -gI
1 0.8* 3l — 0
1
0.9*l 3 —
100. 7l *30 —
08
0* 3 6 l—
.
1
3* 03 7 .l—
滤液总碱 是 每指克清 液含N所O 的 摩尔 ,F 表2数 以 看出 ,随反 应 lU aH } 可 1 lh ],的 增加,二氧化硅 的浸 出增加 率.考为察碱 浓度x 氧化-硅浸出率 影响 的,对 ,- N Ot 膨与润不 同配土 比 相,同 条下 的反件应 果结进 行分析( aH 表3. )
表 3 OH N对量实 结 验果 的影 响 a 用
实
条件
膨验润 土 /
g2 0 2 20 0
滤液碱理总值 S论 2率 i浸 出 0H
/ 02 g
l 4 l2 4 2l4 2
滤液 总碱
/ o ' 'lm g_I 2
2. *5l 3 —0 3. 70 — 3 l*3 39 0 3 9.*l —
N O
Hg a /l
7 4.8 2 2 3 0
/'· om lgI
2 6.*l — 06 3.37*l— 7 3 0.4*7l— 083
t/ w%
49 4 2.
5
8 7
7.
9
58 3
.
x I表3
1 和L2表 ,, 当N O 相的对浓增大度时, 样条件同 ,二下 氧硅 化的浸 aH 出
率明显增 加. 反应 液溶的总碱浓度 于低理值 ,论为部因碱分钙镁与 离生成沉子
.淀根据 DV 论ft, 胶悬浮液溶的中二氧硅化通是表面氢过 键烈强水的 合 ,LO ~
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o6
无机 硅化合 物 (臀S l oo o n0 6) 0 i cC mn pu 2 0d 量 第i 期(多 3 期). 7
— —
它远大
子粒 子 之间的 德华力范碱性. 条下件,二 化硅氧粒 子表 吸面 附的羟与 基 N+a形成 扩散 的构云成了稳 定溶的胶, 所 以玻水璃(胶 )硅溶是非常稳 定 的.
22 润膨与碳土 钠酸的温煅烧生高 产炭白黑
.取膨称 土与润碳钠酸量 质比1 为1的混 物合 ,5 别分在70 0 0, 4 : 0份,80
80
o煅 烧 , 却到室冷温,取 2烧 加水物5 I5 C嘏 0m 溶解分, 集滤收液, ,充 分 析其组 成 ,如 表4 .
表 膨4 土与碳 酸润钠 相 固 反应结 果 序 号
度温/
S20出 率/t 浸iw %
l
0 70
54 .
8 8)2 0(3
1 7.l
3 80 5
l.7 4
24
80 5
6 .83 3
5
8 05
.8 35 6
时 问/ l t
2
2
l
2
3
滤 总碱/液 o ·l g otl
— 10 0 .36l—
3
1 , 030 * 8 3030 *0 3 6 6* 30 7 l. k .— l7 — . —l9 .7 l—
表4由以 看出,随温 的度升高 二,氧化硅的浸 出 咧 增率加 ,8 0 H℃ 可- e 氧化硅 5的 浸率 在出 以2受上度影响较温小 . h
2 3 相法气产 生白黑 炭的产工艺 生 ..
法工该原艺理是 采 四用氯硅在 化氧氢 中水焰解 ,产 生的二氧 化硅 子分凝
集成颗 粒这.颗些粒互 碰相撞, 结成一熔体, 形成 三 , 维分 的键支状聚集体. 有
一
旦这些 聚集体 度温 于低二化氧熔点 ,则硅 一步碰进 ,引起 键 的撞 机械缠绕,
生成附聚
. 由物气相法于 物质浓小 度,生 的粒子成凝 少聚, 一次 粒子7 2 为. 0 m～ n
以四
化硅氯 原为 料 的气相 生产法艺工例为: 将 四 化硅 氯气体于 10 C 8 o下在 0氢 ,气气火焰 中氧水 ,解得烟雾制 ,颗粒状 微 ,表面细 滑 光的氧二 化 硅粉 体,使 其结成凝 絮状 分, 离脱 酸可得即到产品气 相法.产生的 白炭 是黑 高 度纯粒小径
高的品 产质品 一 般用,于精 细 填 .料但南于原价料 格高 , 应反 流长程, 产生过 能程耗大, 品价产高格 而到受限.制产其中品二氧化 硅的含 量 >89,比 而表 9.%
~ >0 m /g[ 7- 3. c02 1 1 6
2】 4沉法生淀产白 炭黑工艺 的.
传统沉
淀制 备 法炭白 黑方的法是硅钠酸酸法化,是 以 水璃玻 为原 料通,过 与 反应沉 淀酸, 过滤 ,洗涤 ,干得到燥淀 沉炭白黑 ,f即 玻 璃 水化酸获得疏松, } 1
细分散 ,以 状絮结构 沉 淀来的S 出 )i 2 (体粉在沉.工淀艺过程中 t, 57pt 的况 情= 下.硅酸溶液钠 易容
生成硅凝胶, 而 p >0时 ,又会解聚 硅酸成 离根.综子 合 t 1 t .5
方面的报多【—0道从 酸硅溶液钠中沉淀 出二化硅氧f p应 值控制该 在 范8 l 21 8 l,H ' ~9 内围,这 样沉 淀出二 氧化 的呈硅粉的状球 颗形粒.酸性 溶胶不稳 定,其 原因 是酸
性溶液 中离 阴子度低浓, 扩 散双层电弱, 般稳定时间一在 1左右 加,入量少 0 h
稳定N剂C 酸 ,硅溶性胶的稳定时间可 持维3 以 上p; 响影硅 溶 的胶稳性 定 aI,6 h H
p 值大则
稳定下降性 ,H 二氧 化硅浓上升, 稳定度降低性.沉酸淀法制备炭白, 黑
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一
一
兰 兰堡 !兰奎 皇墨 ! 垄 墨 :堡 苎 竺皇 堡 垄
墨 .
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产
品 径粒大 , 活 性低 产 品 I二氧 化 硅的 翕h约9% . 比 丧 积面
泛应刚广于 塑 料,橡胶 造纸,, 染 料, 油和油 等 l多个漆领域 . 0
25 水 醇溶液 法 制备白 炭 黑的 生 产工艺 .
利用 磷肥 厂副 四产氟硅化产生纳 炭黑米 这.方法种 制箭的 r 黑 的 些炭 I: 能性指标已 经 近接气 卡 法r炭 ¨ l 黑方法的此删备T 足岂 网抵化将 气硅休 通不 I浓度的人乙醇 水 与的混合 溶液I 化 45 h 司I'陈 ～ 过.滤.洗 涤至 液lI滤( 6 7 f ～ , fI之问 . 将滤饼置 于 烘= r .箱10 o 烘干 .2得划产品 混 溶 制f 乙醇 合 f和l 在5 t :1 4 h f- I 水 摩 的 尔比等 于 高 或 =: 时 I 四.; 化 硅 气 迎 人 其 后一 .主 婴 成 j 3 f】 (: 1l I S (lxI I 1 (x≤ 3 ,营 It 比例寸减 小的I Mf . 聚合 脱水 与醇乙 i t ( tI . ){O ) C 0 )C( )一 随 )—1 x 4 l对l} 小 I的速 减度慢 F. 于 c t 10 的怵积远 to 一t. 吸 附二氧在化 硅 子粒表 而的 } 1I t C 132 一 uE大C
3 HO 止 阻二氧了硅粒化子增l 长,可以碍纳制 级 二氧化米硅11 H C2 一 H j, J2 .
t2
超 力沉 重法 制备淀 白炭的生产工黑 艺 . 二6 氧碳化 气体 压和 缩空经汁气后进 人超重力反应量器 .与 事先配制 好絮
凝剂,分散剂 硅酸钠 水的溶液反:应酸钠硅溶液 r泵水驱 动反在应器 填料 · , , 环 f l I1 仍
水热南 环 循泵驱动在 恒温 水 和浴应 器反夹问循环 套保持 反应 .温度 在定预 n范 ;l
内
.应过程 中反 定取时分样析 p.当Hp不再随时间 化变 时 温陈化 ..化后陈, H 保
滤抽, 洗涤料 产 浆 ,物 于01—51下℃恒温干燥. 研 磨 筛,, 制得 白黑 炭粉 0 0过
样体 品超重. 反应 力器的优点使该应过程反不 有同于规碳常法化 的征 特: ① 超重 反应 器力 ,中反应料 以液液滴 ,液丝及膜液 的形式高速 通 填过层料. 表其面更新 快 很和逆流经.的过气发生很好的体气接液 ,二氧触化 碳收充分吸;
② 高速 旋 填转 的料切削和击 . 撞料填中层存在量大的
小液 滴 甚至雾细. 在适
当反温应度 下 , 滴液 的汽非常化烈剧, 很大度上促进程 了酸 硅的脱 水.f 于 }
液滴微1 .细所以 能 得超到细白炭 黑颗粒 .2 7反相 胶束 微液乳 法 -法是 液相该 法制 备白黑的炭一 种微.乳液通常 表 面活F性 剂助,表面 性 活 }1
剂 ,,水 组成. 首 形成先乳液. 剂 小的量溶被包裹剂在 剂大 的量 溶剂 巾形成
油微泡, 微泡 表面 表F面活性 组成 , 剂}1 尺寸小大为5 0 1m .0 n 从泡 微 r生 成闻 .卡f 1 l {
可使成 核生 以 长,凝结 和 聚等过闭程限在局个一微 的小 形液滴 球1 , i 从 成 人 J 形
球形而粒 ,颗 免避 粒颗 之进 一步川 聚此.法制备的纳 米 子粒粒径小 分 敞 , r-
好 实验 装;置简单 ,易 操作.反应物为醇 盐.当醇 盐过透 I胶固界 膜进而入水 核
中 时. 醇盐发 生 解分成 金属生化物氧或 合氧复物化.S 2 3 i2 i . A 2TO 等. 均 IO 10 l r
此种方法用 制得.
结 束 语
白3黑炭应 的用市场 十分广泛 现.的有制工备 艺较多, 沉在淀法 f 硅.酸 钠 f
I
转化硅酸为的过 程决产定品的性能 : 控制硅酸①胶凝杂 质含量; 控②制硅 酸
维
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8
机无 硅化合 ( 物S l oo p u d 2 0 D icn mo n) 06 年 第4期 第 ( 71) Ci总 3 期
凝
胶一中次子的粒 列排方 和式二粒子的次团体大 聚小 ;控 白炭制黑离剥体载 ③ 时 的度 纯气. 法 相炭白黑的 点优是 表面比大积 颗 粒,为纳 米级 和化学 纯度 高 ; 缺 是其点原 料非的自 然 性,生产投 资线大和产巨品价 昂贵 格 等在 国 ,非内精密 端 尖工业的 中使用 很少 .沉 量淀法 炭黑的白特点 之相 与 .所反 ,提以沉高淀 法白炭 的性黑必将能为其 带 来大的市场更需求 .参
文考献:
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si ir d ape es wn qeu se s ~n .loi n s e 0u42 3: 6— 8 ic yn n wo t dra du s oupn s i ] ld d S ,r 2 0(3 3 7 .)la d a s o C o a 【 】 o u 8Trv V,G kn Vu ' V M,
T a k MDe, aI l e co g n co vsn int rcl ar to pso t1 unn efra is tl o a e ti .f o n er wae a
ra s e ifc gln a l siy t m d is [ . pe u c. c, 2 ( 9:0u f c s o l ae dpa ray i o l e lf a] si t l la d u ciJ Ap l S d S rie 0 24) i e n 2 .
17 —3 9 2l .
【
J e g rC 9u n M G o,O t t C . l l s rai ti o l er cfie dmre 】 s r g AP ki c e ciit f g asi u — i de a a e la -y va v pl ce[ r.e ten o .r t Rs ca 2 0,(4 :1 8 —4 2 a tls m n] dCn c e e er h04 】3 9 1 . 0iJ aC e3 【0 aa i 1K y]l 0,Z or. ns p r ar cf e i s mtg n cifmeh —g t t n U HB rCi e o mnom edu - ru t a d saui i s gheoo f n h h rl i ocrdcnrt l d sItn 】 eet o e c o io s0 2 )5 — .e ref c ei a 0 heli0【 . m nC rtn C pm se , 0 (7 2l 14:n oen c J J 0C e t 1 2 7 【l mi aAD.dssu no e a rh te o ped p di grg ,s i m ld】o rs i siA Ptp ' e c ea eer t ga eae i f e c b c o hfe tf s x n lfe t l u a an la o h em l od cit o i wit n t r. meJ t C nd r teac e f sn eth r ac n u ti f get o heec] en n o ecRe sr , y h t vyl g h c[ a C
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