本發(fā)明涉及白炭黑制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種功能化改性白炭黑及其制備方法。
背景技術(shù)：
：白炭黑是無(wú)機(jī)硅化合物系列產(chǎn)品中重要的一種，其具有獨(dú)特的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是目前被大規(guī)模生產(chǎn)和使用一種無(wú)機(jī)納米材料。白炭黑中95-99％的成分是sio2，是一種無(wú)毒、無(wú)味、耐高溫、難溶于水的無(wú)定型材料。白炭黑表面有很多的硅氧烷基、羥基，表面活性較高，其超細(xì)效應(yīng)能有效提升復(fù)合材料的綜合性能，其耐熱性、化學(xué)性質(zhì)、電絕緣、分散性、密度等性能優(yōu)越，因此，在橡膠、塑料、制藥、造紙、等多個(gè)領(lǐng)域都有非常廣泛應(yīng)用。白炭黑由于表面有大量的硅羥基具有很強(qiáng)的吸水性，從而使白炭黑表現(xiàn)出親水性，導(dǎo)致其分散性差，因此，需要對(duì)白炭黑進(jìn)行功能化改性處理，來(lái)提高白炭黑在聚合物的之中的分散性，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提出了一種功能化改性白炭黑及其制備方法，采用凝膠法制備白炭黑的生產(chǎn)工藝，加入改性劑，提高了白炭黑的分散性，解決了白炭黑在實(shí)際應(yīng)用中分散性差、降低復(fù)合材料力學(xué)性能的問(wèn)題。本發(fā)明提出的一種功能化改性白炭黑的制備方法，包括如下步驟：s1、將水玻璃加去離子水稀釋得到水玻璃溶液，將水玻璃溶液通過(guò)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，攪拌條件下滴加氨水調(diào)節(jié)ph至8-9，繼續(xù)攪拌5-10min，加熱至50-60℃，保溫40-60min得到濕凝膠；s2、將濕凝膠加熱至85-90℃，滴加酸溶液進(jìn)行酸化，控制ph為4-5，保溫1-2h，加入無(wú)水乙醇浸泡1-2天得到醇凝膠，加入改性劑，浸泡18-22h，洗滌得到改性濕凝膠；s3、將改性濕凝膠加去離子水?dāng)嚢瑁蛩榫鶆虻玫綉腋∫?將懸浮液進(jìn)行霧化干燥得到功能化改性白炭黑，其中，霧化干燥過(guò)程中，熱空氣進(jìn)口溫度為200-250℃,出口溫度為100-110℃。本發(fā)明采用凝膠法制備白炭黑，制取工藝過(guò)程簡(jiǎn)易，凝膠過(guò)程中未加阻凝劑，提高了生產(chǎn)效率。優(yōu)選地，s1中，水玻璃模數(shù)為3.2-3.4，水玻璃溶液中sio2含量為8-10wt％。優(yōu)選地，s1中，陽(yáng)離子交換樹(shù)脂為強(qiáng)酸性丙烯酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。優(yōu)選地，s2中，酸溶液為硫酸銨溶液，硫酸銨的濃度為70-80wt％。優(yōu)選地，s2中，醇凝膠與改性劑的質(zhì)量體積比g:ml為10：1-4。優(yōu)選地，s2中，改性劑為羥基羧酸酯和硅烷混合物，其中有機(jī)硅為三甲基氯硅烷和/或六甲基二硅胺烷。優(yōu)選地，s2中，改性劑中羥基羧酸酯和硅烷的重量比為1：1-3。本發(fā)明中酸溶液的滴加速度可根據(jù)反應(yīng)溫度進(jìn)行微調(diào)，以100-120ml/min為宜。本發(fā)明中無(wú)水乙醇浸泡得到醇凝膠過(guò)程中，需要更換乙醇2-3次，每次乙醇用量為每100g濕凝膠用30-40ml無(wú)水乙醇。優(yōu)選地，s3中，懸浮液中固含量為50-70wt％。一種功能化改性白炭黑，采用功能化改性白炭黑的制備方法制得。本發(fā)明制得改性白炭黑比表面積為180-220m2/g，孔隙率為83-88％，平均孔隙直徑為13.62nm,顆粒尺寸為5-20nm。本發(fā)明采用凝膠法制備白炭黑，以陽(yáng)離子交換樹(shù)脂除去金屬離子，省去了后續(xù)多次洗滌工序，降低了生產(chǎn)成本，凝膠過(guò)程中未加阻凝劑，提高了生產(chǎn)效率，將濕凝膠醇化后加入改性劑，減少了白炭黑表面的親水基團(tuán)，改善了白炭黑的分散性，羥基羧酸酯和硅烷配合使用，使白炭黑具備良好的疏水性，比表面積和孔隙率也顯著增大，提高白炭黑在實(shí)際使用中的填充效果，提高了填充材料的力學(xué)性能。具體實(shí)施方式下面，通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1一種功能化改性白炭黑，由如下步驟制得：s1、將水玻璃加去離子水稀釋得到水玻璃溶液，將水玻璃溶液通過(guò)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，攪拌條件下滴加氨水調(diào)節(jié)ph至8，繼續(xù)攪拌10min，加熱至60℃，保溫40min得到濕凝膠；s2、將濕凝膠加熱至90℃，滴加酸溶液進(jìn)行酸化，控制ph為4，保溫1h，加入無(wú)水乙醇浸泡1天得到醇凝膠，加入改性劑，浸泡20h，洗滌得到改性濕凝膠；s3、將改性濕凝膠加去離子水?dāng)嚢瑁蛩榫鶆虻玫綉腋∫?將懸浮液進(jìn)行霧化干燥得到功能化改性白炭黑，其中，霧化干燥過(guò)程中，熱空氣進(jìn)口溫度為200℃,出口溫度為100℃。實(shí)施例2一種功能化改性白炭黑，由如下步驟制得：s1、將水玻璃加去離子水稀釋得到水玻璃溶液，將水玻璃溶液通過(guò)強(qiáng)酸性丙烯酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，攪拌條件下滴加氨水調(diào)節(jié)ph至9，繼續(xù)攪拌5min，加熱至50℃，保溫60min得到濕凝膠，其中，水玻璃模數(shù)為3.2，水玻璃溶液中sio2含量為8wt％。；s2、將濕凝膠加熱至85℃，滴加酸溶液進(jìn)行酸化，控制ph為5，保溫2h，加入無(wú)水乙醇浸泡2天得到醇凝膠，加入改性劑，浸泡18h，洗滌得到改性濕凝膠；其中，酸溶液為硫酸銨溶液，硫酸銨的濃度為70wt％，醇凝膠與改性劑的質(zhì)量體積比g:ml為10：1，改性劑為羥基羧酸酯和三甲基氯硅烷混合物；s3、將改性濕凝膠加去離子水?dāng)嚢瑁蛩榫鶆虻玫綉腋∫?將懸浮液進(jìn)行霧化干燥得到功能化改性白炭黑，其中，霧化干燥過(guò)程中，熱空氣進(jìn)口溫度為250℃,出口溫度為110℃；其中，懸浮液中固含量為50wt％。實(shí)施例3一種功能化改性白炭黑，由如下步驟制得：s1、將水玻璃加去離子水稀釋得到水玻璃溶液，將水玻璃溶液通過(guò)強(qiáng)酸性丙烯酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，攪拌條件下滴加氨水調(diào)節(jié)ph至8.5，繼續(xù)攪拌8min，加熱至55℃，保溫50min得到濕凝膠，其中，水玻璃模數(shù)為3.4，水玻璃溶液中sio2含量為10wt％。；s2、將濕凝膠加熱至88℃，滴加酸溶液進(jìn)行酸化，控制ph為4.5，保溫1.5h，加入無(wú)水乙醇浸泡2天得到醇凝膠，加入改性劑，浸泡22h，洗滌得到改性濕凝膠；其中，酸溶液為硫酸銨溶液，硫酸銨的濃度為80wt％，醇凝膠與改性劑的質(zhì)量體積比g:ml為10：4，改性劑為羥基羧酸酯和六甲基二硅胺烷混合物，羥基羧酸酯和六甲基二硅胺烷的重量比為1：1；s3、將改性濕凝膠加去離子水?dāng)嚢?，打碎均勻得到懸浮?將懸浮液進(jìn)行霧化干燥得到功能化改性白炭黑，其中，霧化干燥過(guò)程中，熱空氣進(jìn)口溫度為230℃,出口溫度為105℃；其中，懸浮液中固含量為70wt％。實(shí)施例4一種功能化改性白炭黑，由如下步驟制得：s1、將水玻璃加去離子水稀釋得到水玻璃溶液，將水玻璃溶液通過(guò)強(qiáng)酸性丙烯酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，攪拌條件下滴加氨水調(diào)節(jié)ph至8.5，繼續(xù)攪拌8min，加熱至55℃，保溫55min得到濕凝膠，其中，水玻璃模數(shù)為3.3，水玻璃溶液中sio2含量為9wt％。；s2、將濕凝膠加熱至88℃，滴加酸溶液進(jìn)行酸化，控制ph為4.5，保溫1.5h，加入無(wú)水乙醇浸泡2天得到醇凝膠，加入改性劑，浸泡22h，洗滌得到改性濕凝膠；其中，酸溶液為硫酸銨溶液，硫酸銨的濃度為75wt％，醇凝膠與改性劑的質(zhì)量體積比g:ml為10：2，改性劑為羥基羧酸酯和六甲基二硅胺烷混合物，羥基羧酸酯和六甲基二硅胺烷的重量比為1：3；s3、將改性濕凝膠加去離子水?dāng)嚢瑁蛩榫鶆虻玫綉腋∫?將懸浮液進(jìn)行霧化干燥得到功能化改性白炭黑，其中，霧化干燥過(guò)程中，熱空氣進(jìn)口溫度為230℃,出口溫度為105℃；其中，懸浮液中固含量為60wt％。實(shí)施例5一種功能化改性白炭黑，由如下步驟制得：s1、將水玻璃加去離子水稀釋得到水玻璃溶液，將水玻璃溶液通過(guò)強(qiáng)酸性丙烯酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，攪拌條件下滴加氨水調(diào)節(jié)ph至8.5，繼續(xù)攪拌8min，加熱至55℃，保溫55min得到濕凝膠，其中，水玻璃模數(shù)為3.3，水玻璃溶液中sio2含量為9wt％。；s2、將濕凝膠加熱至88℃，滴加酸溶液進(jìn)行酸化，控制ph為4.5，保溫1.5h，加入無(wú)水乙醇浸泡2天得到醇凝膠，加入改性劑，浸泡22h，洗滌得到改性濕凝膠；其中，酸溶液為硫酸銨溶液，硫酸銨的濃度為75wt％，醇凝膠與改性劑的質(zhì)量體積比g:ml為10：3，改性劑為羥基羧酸酯、三甲基氯硅烷、六甲基二硅胺烷混合物，羥基羧酸酯、三甲基氯硅烷、六甲基二硅胺烷的重量比為1：1：1；s3、將改性濕凝膠加去離子水?dāng)嚢?，打碎均勻得到懸浮?將懸浮液進(jìn)行霧化干燥得到功能化改性白炭黑，其中，霧化干燥過(guò)程中，熱空氣進(jìn)口溫度為240℃,出口溫度為105℃；其中，懸浮液中固含量為65wt％。實(shí)施例6一種功能化改性白炭黑，由如下步驟制得：s1、將水玻璃加去離子水稀釋得到水玻璃溶液，將水玻璃溶液通過(guò)強(qiáng)酸性丙烯酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，攪拌條件下滴加氨水調(diào)節(jié)ph至8.5，繼續(xù)攪拌8min，加熱至55℃，保溫55min得到濕凝膠，其中，水玻璃模數(shù)為3.3，水玻璃溶液中sio2含量為9wt％。；s2、將濕凝膠加熱至88℃，滴加酸溶液進(jìn)行酸化，控制ph為4.5，保溫1.5h，加入無(wú)水乙醇浸泡2天得到醇凝膠，加入改性劑，浸泡22h，洗滌得到改性濕凝膠；其中，酸溶液為硫酸銨溶液，硫酸銨的濃度為75wt％，醇凝膠與改性劑的質(zhì)量體積比g:ml為10：3，改性劑為羥基羧酸酯、三甲基氯硅烷混合物，羥基羧酸酯、三甲基氯硅烷的重量比為1：2；s3、將改性濕凝膠加去離子水?dāng)嚢?，打碎均勻得到懸浮?將懸浮液進(jìn)行霧化干燥得到功能化改性白炭黑，其中，霧化干燥過(guò)程中，熱空氣進(jìn)口溫度為240℃,出口溫度為105℃；其中，懸浮液中固含量為60wt％。對(duì)照例一種白炭黑，由如下步驟制得：s1、將水玻璃加去離子水稀釋得到水玻璃溶液，將水玻璃溶液通過(guò)強(qiáng)酸性丙烯酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，攪拌條件下滴加氨水調(diào)節(jié)ph至8.5，繼續(xù)攪拌8min，加熱至55℃，保溫55min得到濕凝膠，其中，水玻璃模數(shù)為3.3，水玻璃溶液中sio2含量為9wt％。；s2、將濕凝膠加熱至88℃，滴加酸溶液進(jìn)行酸化，控制ph為4.5，保溫1.5h，得到酸化濕凝膠；其中，酸溶液為硫酸銨溶液，硫酸銨的濃度為75wt％；s3、將酸化濕凝膠放入加去離子水?dāng)嚢?，打碎均勻得到懸浮液，將懸浮液進(jìn)行減壓過(guò)濾洗滌4次后霧化干燥得到白炭黑，其中，霧化干燥過(guò)程中，熱空氣進(jìn)口溫度為240℃,出口溫度為105℃；其中，懸浮液中固含量為60wt％。將實(shí)施例4-6制得功能化改性白炭黑與對(duì)照例制得白炭黑進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下所示：性能參數(shù)比表面積/(m2/g)孔隙率/％接觸角/。鈉含量/(wt％)實(shí)施例4204851140.28實(shí)施例5215881210.54實(shí)施例6220871190.41對(duì)照例15074851.57從上表可以看出，本發(fā)明采用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂有效去除了金屬離子，簡(jiǎn)化了制備工藝，加入羥基羧酸酯和硅烷配合作為改性劑，有效改善了白炭黑表面的親水性和分散性，同時(shí)提高了白炭黑的比表面積和孔隙率，提高了實(shí)際使用過(guò)程中的填充強(qiáng)化效果。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12