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白炭黑为什么叫白炭黑?
2020年06月10日 发布 分类:粉体入门 点击量:664
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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 

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。

炭黑用作橡胶工业的补强材料 

炭黑作为橡胶工业的补强材料已有百年历史

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。

白炭黑用于轮胎 

轿车“绿色轮胎”冬季轮胎的制造白炭黑的拿手好戏,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。下文将对其工艺及应用做简单总结。

沉淀白炭黑

沉淀白炭黑的合成过程实质上就是将致密的晶体型石英砂转化为疏松的无定形水合二氧化硅的过程,即SiO2→SiO2·nH2O。沉淀白炭黑的聚集体是由一次粒子间通过强作用力形成的硬团聚,聚集体的尺寸大小和粒径分布最终决定了白炭黑可能实现的最大化分散效果。

沉淀白炭黑工艺 

工艺过程:沉淀法又称湿法主要原材料为石英砂、纯碱、工业盐酸或硫酸或硝酸或二氧化碳。路线大体上是先采用燃油或优质煤在高温下将石英砂与纯碱反应制得工业水玻璃,随后将工业水玻璃用水配制成一定浓度的稀溶液然后在一定条件下加入某种酸使二氧化硅沉淀出来再经清洗、过滤、干燥(烘干或喷雾)、粉碎研磨工艺、制得产品白炭黑。沉淀法又分酸法、溶胶法、碳化法等许多不同的具体方法。沉淀法制备白炭黑技术通过控制工艺条件如水玻璃浓度、硫酸浓度、水玻璃和硫酸的反应比、反应温度和添加剂种类等,可以控制产品的平均粒径和粒度分布,除了优化沉淀工艺外,干燥及造粒的过程也会对白炭黑的分散性造成影响,因此着两步优化也是传统沉淀工艺的改进方向之一此外改变添加剂种类和加入量来调节产品的吸油值、折光系数,可以使制得的产品性能指标满足使用要求。

沉淀白炭黑工艺 

目前,市场上的沉淀法产品大体可分为以下三类:第一代是传统的或被称为“标准”的白炭黑品种;第二代产品现在被称为“易分散白炭黑”或“半高分散(Semi-DS)白炭黑”;第三代为“高分散(HIDS)白炭黑”,具有很高的分散性,与典型的补强填料炭黑相比,它不仅能改善轮胎的抗湿滑性能,降低滚动阻力,还能改善材料耐磨性能。高分散白炭黑是具有高壁垒的产业,更利于产品的差异化经营,核心设备都是非标,工艺流程控制复杂,但产品附加值更高。

沉淀二氧化硅是橡胶、塑料、油漆、油墨、造纸、农药及牙膏等行业不可缺少的优良助剂,特别是在橡胶工业,沉淀二氧化硅已成为最佳的白色补强填料。

沉淀二氧化硅用于牙膏摩擦剂 

沉淀二氧化硅是目前牙膏摩擦剂的主要品种

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气相白炭黑

该方法优点是产品纯度极高,分散度高,粒子细而成球形,表面羟基少,因而具有优异的补强性能。但所用原料贵,设备要求高,技术复杂,产量低,因此只有对白炭黑有特殊用途要求的情况下,才用该方法。

工艺过程:气相法是采用四氯化硅气体在氢一氧气流中于高温下水解制得烟雾状二氧化硅。将四氯化硅蒸汽、氢气和空气的均匀混合物通到燃烧室,于高温(1100~1800℃)下将四氯化硅水解成二氧化硅和氯化氢气体。然后经凝结室,使二氧化硅在其中湍流,停留一段时间后即形成絮状的二氧化硅。最后经过旋风分离器收集,送脱酸炉,以含氨的空气或湿热空气吹洗白炭黑,去除残留的氯化氢至pH值达到需要值即为成品。

气相白炭黑工艺 

气相白炭黑工艺 

气相法制备的二氧化硅粉体粒径很小,具有比表面积大,表面吸附力强,表面能大,化学纯度高、分散性能好的特点,在材料中表现出卓越的补强、增稠、触变、绝缘、消光、防流挂等性质,广泛的应用于橡胶、有机硅、塑料、涂料、油墨、胶粘剂、密封胶、医药、化妆品及个人护理等工业领域,作为补强填料和多功能添加剂,是一种在世界范围内真正工业化的纳米材料。气相二氧化硅根据实际应用需求不同,分为亲水型及疏水型两大类。

气相白炭黑用于食品级液态硅 

气相白炭黑用于食品级液态硅胶“婴儿奶嘴”的补强填料

亲水性气相二氧化硅是通过挥发性氯硅烷在氢氧焰中水解而制得的。从化学角度看,这些松散的白色粉末由高纯度的无定形二氧化硅构成,亲水性二氧化硅可被水润湿,并能在水中分散。

疏水性气相二氧化硅是通过亲水性气相二氧化硅与活性硅烷(例如氯硅烷或六甲基二硅胺烷)发生化学反应而制得。它具有疏水性(僧水性),而且不能在水中分散。为了解决工业中一些特殊的技术问题,各种型号的疏水性气相二氧化硅被研发出来。疏水性气相二氧化硅产品的特点是:低吸湿性、很好的分散性、即使对于极性体系也有流变调节能力。

粉体圈 作者Alpha

 

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