專利名稱：二次結(jié)晶超細(xì)白炭黑的制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二次結(jié)晶超細(xì)白炭黑的制法。白炭黑(White carbon black)又稱水合二氧化硅(Sio2H2o)，它是白色分散的無(wú)定型粉末，不溶于水和酸，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐高溫，電絕緣性能良好，多用于補(bǔ)強(qiáng)填料。傳統(tǒng)白炭黑的生產(chǎn)方法采用沉淀法，在該方法中將碳酸鈉與二氧化硅以高溫溶化合成水溶性硅酸鈉，再將硅酸鈉溶解、過(guò)濾、再進(jìn)行中和、老化、過(guò)濾、洗滌、干燥、粉碎得到白炭黑。這種產(chǎn)品的純度差，比表面積小，顆粒大，因此，不能滿足作為例如橡膠制品填料的要求。還有一種制造白炭黑的制法是氣相法，以四氯化硅作為原料，經(jīng)熱裂燃燒分解、聚集、脫酸等工藝得到白炭黑產(chǎn)品。氣相法可生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)白炭黑，但工藝要求嚴(yán)格，生產(chǎn)成本高，環(huán)境污染大。
本發(fā)明目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低廉的，能生產(chǎn)具有優(yōu)良活性度和吸附率、分散性能好、比表面積大、內(nèi)部孔隙多的超細(xì)白炭黑的制造方法。
本發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的且有如下步驟a)將含無(wú)機(jī)酸3-4％的水溶液1000升加到含20-25％二氧化硅的硅溶膠150升中，另將含無(wú)機(jī)酸15％的水溶液80升以霧化方式加入，在加入過(guò)程中以800-100轉(zhuǎn)/分速度遞減方式控制反應(yīng)速度，經(jīng)靜置沉降后，得到凝聚的硅溶膠一次結(jié)晶體；b)在反應(yīng)釜中加入作為晶種的硅溶膠一次結(jié)晶體20-25體積份，水40-60體積份，含硅酸鈉為25％的硅酸鈉水溶液8-15體積份，以霧化方式加入含無(wú)機(jī)酸為15％的水溶液5-7體積份，在常壓下進(jìn)行中和和水解作用，加熱溫度35-100℃攪拌速度50-250轉(zhuǎn)/分，PH值5-8，霧化加酸時(shí)間10-50分鐘，霧點(diǎn)粒徑0.3-0.8微來(lái)，得到二次結(jié)晶的白炭黑懸浮體。
c)快速放料，加水快速冷卻洗滌，冷卻水的PH值為3-8，將含有3-5％的白炭黑懸浮液，以高于其30-50倍水中急冷。
d)霧化干燥即得超細(xì)白炭黑。霧化干燥溫度100-500℃，最好為200-400℃。
本發(fā)明方法具有良好效果。本發(fā)明采用二次結(jié)晶方法，其中一次結(jié)晶是指由作為催化劑的無(wú)酸與硅溶膠凝聚而成的硅溶膠結(jié)晶體，所謂二次結(jié)晶是指以上述一次結(jié)晶所形成的分散海綿狀硅溶膠結(jié)晶體作為晶種，與硅酸鈉，霧化無(wú)機(jī)酸和水在控制溫度、加速度、攪拌速度和PH值下進(jìn)行中和、水解、從而形成作為二次結(jié)晶體的白炭黑，再經(jīng)快速冷卻洗滌、干燥即得超細(xì)白炭黑產(chǎn)品。本發(fā)明方法，生產(chǎn)時(shí)間短，過(guò)程易于控制，生產(chǎn)成本低廉，不污染環(huán)境，產(chǎn)品性能優(yōu)異。例如作為輪胎補(bǔ)強(qiáng)劑，填充劑和耐磨劑時(shí)能使輪胎壽命提高6-8倍。其它廣泛用于油漆、油墨、光纖、造紙、塑料等均取得良好效果。
以下結(jié)合實(shí)施例并參照附圖對(duì)本發(fā)明方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明
附

圖1是本發(fā)明方法流程方塊圖。
從附圖1可見(jiàn)，本發(fā)明方法采用二次結(jié)晶方法，以由作為催化劑的無(wú)機(jī)酸與硅溶膠凝聚而成的硅溶膠結(jié)晶體作為二次結(jié)晶的晶種制得超細(xì)白炭黑。本發(fā)明方法具有如下步聚a)形成一次結(jié)晶的硅溶膠晶體將含有無(wú)機(jī)酸3-4％的無(wú)機(jī)酸水溶液1000升加到含20-25％二氧化硅的硅溶膠水溶液150升中，另將無(wú)機(jī)酸15％的水溶液80升以霧化方式加入，在加入過(guò)程中以800-100轉(zhuǎn)/分速度遞減方式控制反應(yīng)速度，經(jīng)靜置沉降后，得到凝聚的硅溶膠一次結(jié)昌體。在硅溶膠中加入的無(wú)機(jī)酸是作為催化劑加入的，無(wú)機(jī)酸與硅溶膠混合在一起能使二氧化硅發(fā)生聚合，有利于形成分散的海綿狀二氧化硅溶膠體。從而形成多孔二氧化硅小球，特別是一部分無(wú)機(jī)酸水溶液是以霧化形成加入的，更使二氧化硅溶膠體細(xì)化，從而為制備二次結(jié)晶的白炭黑創(chuàng)造條件。所述無(wú)機(jī)酸是硫酸、鹽酸、磷酸等。
b)在反應(yīng)釜中加入作為晶種上述硅溶膠一次結(jié)晶體20-25體積分，水40-60體積份，含硅酸鈉為25％的硅酸鈉水溶液8-15體積份，以霧化方式加入含無(wú)機(jī)酸為15％的水溶液5-7體積份，在常壓下進(jìn)行中和和水解過(guò)程，加熱溫度為35-100℃，最好為40-80℃攪拌速度50-250轉(zhuǎn)/分，最好為75-200轉(zhuǎn)/分PH值5-8，霧化加酸時(shí)間10-50分鐘，最好為20-50分鐘，無(wú)機(jī)酸溶液的霧粒為0.3-0.8微米。在反應(yīng)釜中控制反應(yīng)溫度，使硅酸鈉與無(wú)機(jī)酸充分進(jìn)行中和反應(yīng)，PH值和溫度有重要關(guān)系，在溫度為35-100℃內(nèi)加酸的速度和加酸量過(guò)快和霧點(diǎn)過(guò)大時(shí)，都會(huì)影響白炭黑的顆粒粗細(xì)，聚合會(huì)隨著PH值的降低而大大加快，而也會(huì)隨著溫度的升高而加快，因此，PH值以5-8為宜，酸的霧點(diǎn)粒徑以0.5微米為宜，加酸時(shí)間10分鐘到50分鐘為宜，最好20-50分鐘，此外攪拌速度過(guò)快和過(guò)慢都使所產(chǎn)生的白炭黑顆粒變粗，得不到超細(xì)白炭黑。
c)快速度冷卻洗滌此步驟的原則要快，快速出料和將含有3-5％白炭黑的懸浮液以高于其30-50倍水中急冷，所加冷卻水的PH值為3-8，最好為5-7，是去離子水。所以急冷是為了獲得超細(xì)白炭黑產(chǎn)品。傳統(tǒng)白炭黑在中和后有老化工藝，這導(dǎo)致白炭黑顆粒變粗，因此以大量去離水冷卻可達(dá)到急冷，洗滌目的。
d)噴霧干燥，干燥溫度為100-500℃，最好為200-400℃，干燥后即得本發(fā)明方法所制超細(xì)白炭黑。本發(fā)明方法所制白炭黑的技術(shù)指標(biāo)如下二氧化硅(干基)98.5％水份 6％灼燒失重 6.5％PH值 6.5-7.5比重 0.1959粒徑 5-10μm折光率1.45
DBP吸收值 2-3.5cm3/g氯化鈉 0.1-0.07％鐵 0.02％本發(fā)明方法所制產(chǎn)品具有優(yōu)良的活性度和吸附率，分散性能好，比表面積大，內(nèi)部孔隙多與各種橡膠都有極強(qiáng)的親和力，在其表面上的硅醇基在橡膠的硫化過(guò)程中起到交聯(lián)作用，產(chǎn)生突出的補(bǔ)強(qiáng)效果。本發(fā)明方法所制白炭黑用于輪胎的補(bǔ)強(qiáng)劑、填充劑、耐磨劑、抗老化劑、能提高輪胎的使用壽命6-8倍。廣乏用于電纜和電線護(hù)套、光纖、油漆、油墨、造紙、塑料等。
實(shí)施例1將含有硫酸3％的水溶液1000升加到含二氧化硅25％的硅溶膠水溶液150升中，另將15％的硫酸水溶液80升以霧化形式加到上述溶液中，在加入過(guò)程中以800-100轉(zhuǎn)/分速度遞減方式控制反應(yīng)速度，經(jīng)靜置沉降后得到凝聚的硅溶膠一次結(jié)晶粒，以此一次結(jié)晶粒作為晶種，取25體積份加入反應(yīng)釜中，再加入50體積份水，含硅酸鈉為25％的硅酸鈉水溶液8體積份，以霧化形成加入硫酸為15％的水溶液7體積份，在常壓下進(jìn)行中和和水解過(guò)程，溫度控制在60℃，加熱和霧化加酸50分鐘，攪拌速度為150轉(zhuǎn)/分，PH值為7。在高于其50倍水中急冷洗滌，再經(jīng)霧化干燥得到白炭黑產(chǎn)品，所得產(chǎn)品經(jīng)國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心檢測(cè)，依據(jù)國(guó)家GB-10517-10530-89檢測(cè)，結(jié)果如下檢驗(yàn)項(xiàng)目國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(A類)檢測(cè)結(jié)果比表面積m2/g ≥190 269二氧化硅含量％≥9094.48顏色 優(yōu)，等于標(biāo)樣優(yōu)于標(biāo)樣篩余物45μm％ ≥0.5 0.05加熱減量％4.0-8.0 4.28灼燒減量％≤7.0 3.78PH值(10％水懸浮液)5.0-8.0 7.2總銅含量mg/kg ≤30≤1總錳含量mg/kg ≤504總鐵含量mg/kg ≤1000 888DBP吸收值cm3/g 2.0-3.5 2.8拉伸強(qiáng)度Mpa 31.2扯斷伸長(zhǎng)率％ 796500％定伸強(qiáng)度Mpa 9.5從上列數(shù)據(jù)可見(jiàn)，本發(fā)明產(chǎn)品符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB10517-89中A類產(chǎn)品技術(shù)要求和化工行標(biāo)HG/T2197-91技術(shù)條件，全部指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，1995年度在白炭黑全國(guó)產(chǎn)品質(zhì)量的統(tǒng)檢中，本發(fā)明方法所制白炭黑是質(zhì)量最好的產(chǎn)品之一。
實(shí)施例2將含有鹽酸3.5％的水溶液1000升加到含二氧化硅20％的硅溶膠水溶液160升中，另將15％鹽酸水溶液100升以霧化形式加到上述溶液中，在加入過(guò)程中以從800到50轉(zhuǎn)/分的遞減攪拌速度攪拌，經(jīng)靜置沉降形成硅溶膠一次結(jié)晶粒，以此一次結(jié)晶粒作為晶種，取20體積份加入反應(yīng)釜中，再加入60體積份水，含硅酸鈉為30％的硅酸鈉水溶液8體積份，以霧化形式加入鹽酸為15％的水溶液7體積份，在常壓下進(jìn)行中和和水解過(guò)程，溫度控制在70℃，加熱和霧化加酸時(shí)間為30分鐘，攪拌速度為350轉(zhuǎn)/分，PH值為6，快速放料在高于其40倍水中急冷洗滌，再經(jīng)在500下噴霧干燥，得到的產(chǎn)品與實(shí)施例相仿。比表面積，260-300m2/g含二氧化硅94％，其原始粒徑(不加機(jī)械粉碎)15微米占90％以上，5微米占40％，1微米占23％，PH值為7.0，鐵含量600ppm，含水率5％，DBP吸收值2.0-3.0cm3/g。
權(quán)利要求
1.二次結(jié)晶超細(xì)白炭黑的制法，包括硅酸鈉與酸的中和工藝，其特征在于，具有下列步聚a)將含無(wú)機(jī)酸3-4％的水溶液1000升加到含20-25％二氧化硅的硅溶膠150升中，另將含無(wú)機(jī)酸15％水溶液80升以霧化形式加入，在加入過(guò)程中以800-100轉(zhuǎn)/分速度遞減方式控制反應(yīng)速度，經(jīng)靜置沉降后得到凝聚的硅溶膠一次結(jié)晶體；b)在反應(yīng)釜中加入作為晶種的硅溶液一次結(jié)晶體20-25體積分，水40-60體積份，含硅酸鈉為25％的硅酸鈉水溶液為8-15體積份，以霧化方式加入含無(wú)機(jī)酸為15％的水溶液5-7體積份，在常壓下進(jìn)行中和和水解作用，加熱溫度35-100℃，攪拌速度50-250轉(zhuǎn)/分，PH值5-8，霧化加酸時(shí)間10分鐘-50分鐘，霧點(diǎn)粒徑0.3-0.8微米，得到二次結(jié)晶的白炭黑的水懸浮體；c)快速放料加水快速冷卻洗滌，冷卻水的PH值為3-8；d)霧化干燥后即得超細(xì)白炭黑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述二次結(jié)晶超細(xì)白炭黑的制法，其特征在于在所述b)步驟中制備二次結(jié)晶白炭黑的過(guò)程中，加熱溫度為45-80℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述二次結(jié)晶超細(xì)白炭黑的制法，其特征在于所述的無(wú)機(jī)酸是硫酸、鹽酸、磷酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述二次結(jié)晶超細(xì)白炭黑的制法，其特征在于在b)步驟中所述的霧化加酸時(shí)間為20-60分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述二次結(jié)晶超細(xì)的白炭黑的制法，其特征在于在b)步驟中所述攪拌迅速為75-200轉(zhuǎn)/分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述二次結(jié)晶超細(xì)白炭黑的制法，其特征在于在c)步驟中將含有5％白炭黑二次結(jié)晶體懸浮液，以高于其體積50倍的水快速冷卻、洗滌、所用去離子水PH值為5-7。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述二次結(jié)晶超細(xì)白炭黑的制法，其特征在于噴霧干燥的溫度100-500℃。
8.根據(jù)權(quán)利要求所述二次結(jié)晶超細(xì)白炭黑的制法，其特證在于噴霧干燥的溫度為200-400℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及二次結(jié)晶超細(xì)白炭黑的制法。本發(fā)明方法包括a)由無(wú)機(jī)酸和硅溶膠水溶液在遞減、攪拌速度下形成硅溶膠一次結(jié)晶，b)以此一次結(jié)晶作為晶種，在反應(yīng)釜內(nèi)與硅酸鈉霧化的無(wú)機(jī)酸在加熱、攪拌下控制pH值和時(shí)間得到二次結(jié)晶的白炭黑懸浮體，c)快速冷卻洗滌，d)噴霧干燥后得到超細(xì)白炭黑。本發(fā)明方法生產(chǎn)時(shí)間短、成本低、產(chǎn)品性能好。
文檔編號(hào)C01B33/00GK1165113SQ9610497
公開(kāi)日1997年11月19日 申請(qǐng)日期1996年5月14日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月14日
發(fā)明者汪承源 申請(qǐng)人:汪承源