一種鏈狀沉淀白炭黑的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及白炭黑的制備方法，尤其是一種用T型反應器制備微觀結構為鏈狀沉淀白炭黑的方法。
【背景技術】
[0002]白炭黑主要成分是水合二氧化硅，其組成可表達為Si02.ηΗ20ο作為一種納米材料，其初始粒徑一般在10?40nm，因為白炭黑表面會含有大量羥基，所以極自身相互吸附形成更大粒徑的顆粒。目前白炭黑被廣泛應用于橡膠補強領域，這一應用也占據了白炭黑消費總量的70%以上。將白炭黑應用在橡膠中，能提高橡膠的撕裂強度、耐磨性能以及抗濕滑性能，有效降低滾動阻力，橡膠生熱。隨著今后綠色輪胎的發展與普及，白炭黑的重要性愈加凸顯。
[0003]根據生產工藝的不同，白炭黑又可以分為氣相法白炭黑與沉淀法白炭黑。相比沉淀法法白炭黑，氣相法白炭黑產品的純度更高，可達99%以上。氣相法白炭黑一次粒徑在10?20nm，在掃描電鏡下兩種白炭黑的微觀結構也有著明顯的區別。氣相法白炭黑電鏡下的微觀結構呈現出鏈狀結構，顆粒之間相互聚集情況不會很嚴重，而沉淀法白炭黑電鏡下的微觀結構更多的是呈顆粒狀，很多顆粒團聚在一起形成大的顆粒。兩種白炭黑微觀結構的差異導致了在橡膠中的分散程度的不同，氣相白炭黑較容易分散到橡膠中，沉淀白炭黑分散困難。本專利將在傳統合成沉淀白炭黑的基礎上，通過對反應器以及反應工藝條件的改進，可控制備具有鏈狀結構的沉淀白炭黑。
【發明內容】
[0004]鑒于上述問題，本發明提供了一種通過T型反應器可控制備具有鏈狀結構沉淀法白炭黑的制備方法。按照本發明提供的方法，得到的沉淀白炭黑的微觀結構為類似于氣相法白炭黑的鏈狀結構。具體技術方案如下:
[0005]一種鏈狀沉淀白炭黑的制備方法，包括以下步驟:
[0006](1)將0.5?1.5mol/L的硅酸鈉溶液和0.5?1.5mol/L的硫酸溶液以一定的流速通過T型反應器兩端的聚四氟管注入T型反應器中，在60?90°C溫度下反應，停留時間為10?120秒。
[0007](2)在水熱反應釜中對步驟(1)的產物進行老化，老化時間為1?4小時，老化溫度為100?120°C ;然后，將老化后的產物經充分洗滌、過濾、干燥，再進行粉碎得到最終產物，即所述鏈狀沉淀白炭黑；
[0008]其中，所述硅酸鈉溶液和硫酸溶液的質量比是1:0.8?1.2。
[0009]步驟(1)的反應體系在反應終點的pH值為7?10。
[0010]所述硅酸鈉溶液和硫酸溶液流速為0.05?2m/s。
[0011]硅酸鈉和硫酸溶液在注入軟管時預先將軟管置于60?90 °C的恒溫水浴中，保證反應溫度在60?90°C。
[0012]本發明的優點和有益效果如下:氣相法白炭黑呈鏈狀結構，作為補強劑添加到硅橡膠，大大的提高了硅橡膠的機械強度，但其成本較高；而傳統沉淀氧化硅呈團聚狀態，不利于其在硅橡膠中的分散，從而不能有效的提高其補強性能。本發明利用T型反應器以及水熱老化過程，合成的沉淀氧化硅呈鏈狀結構，有效地降低了鏈狀氧化硅的成本，該鏈狀氧化硅在硅橡膠補強中有著重要的潛在應用價值。
【附圖說明】
[0013]圖1是實施例1的鏈狀沉淀二氧化硅掃描電鏡圖片；
[0014]圖2是實施例1的鏈狀沉淀二氧化硅透射電鏡圖片；
[0015]圖3是實施例1的鏈狀沉淀二氧化硅X射線衍射圖。
【具體實施方式】
[0016]下面通過實施例對本發明進行具體描述。有必要在此指出的是，以下實施例只用于對本發明作進一步說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制，該領域的專業技術人員根據本發明的內容作出的一些非本質的改進和調整，仍屬于本發明的保護范圍。
[0017]實施例1
[0018]濃度為lmol/L的硅酸鈉溶液，1.2mol/L硫酸溶液，硅酸鈉溶液的流速為1.3m/s，調節硫酸溶液的流速，使得反應終點的pH值為10。利用注射栗將二者分別通過T型反應器兩端部的聚四氟管通入到T型反應器中，停留時間為30s。除注射栗外的反應裝置放入70°C的恒溫水浴中，隨后將產物放入水熱反應釜中，在110°C的溫度下水熱老化3h。待老化結束，將產物充分洗滌、過濾，干燥，結束后經粉碎得到鏈狀白炭黑樣品。樣品的掃描電鏡圖如圖1所示，透射電鏡圖如圖2所示，XRD結果如圖3所示。
[0019]實施例2
[0020]濃度為0.5mol/L的硅酸鈉溶液，0.8mol/L硫酸溶液，硅酸鈉溶液的流速為0.lm/s，調節硫酸溶液的流速，使得反應終點的pH值為7。利用注射栗將二者分別通過T型反應器兩端部的聚四氟管通入到T型反應器中，停留時間為60s。除注射栗外的反應裝置放入80°C的恒溫水浴中，隨后將產物放入水熱反應釜中，在120°C的溫度下水熱老化3h。待老化結束，將產物充分洗滌、過濾，干燥，結束后經粉碎得到白炭黑樣品。樣品大部分為鏈狀結構，也有部分為單顆粒的團聚體。產物表征結果與實施例1類似。
[0021]實施例3
[0022]濃度為1.4mol/L的硅酸鈉溶液，1.4mol/L硫酸溶液，硅酸鈉溶液的流速為0.5m/s，調節硫酸溶液的流速，使得反應終點的pH值為10。利用注射栗將二者分別通過T型反應器兩端部的聚四氟管通入到T型反應器中，停留時間為60s。除注射栗外的反應裝置放入90°C的恒溫水浴中，隨后將產物放入水熱反應釜中，在100°C的溫度下水熱老化lh。待老化結束，將產物充分洗滌、過濾，干燥，結束后經粉碎得到白炭黑樣品。。樣品部分為鏈狀結構，部分為單顆粒的團聚體。
[0023]實施例4
[0024]濃度為lmol/L的硅酸鈉溶液，lmol/L硫酸溶液，硅酸鈉溶液的流速為1.3m/s，調節硫酸溶液的流速，使得反應終點的pH值為7.5。利用注射栗將二者分別通過T型反應器兩端部的聚四氟管通入到T型反應器中，停留時間為90s。除注射栗外的反應裝置放入60°C的恒溫水浴中，隨后將產物放入水熱反應釜中，在110°C的溫度下水熱老化3h。待老化結束，將產物充分洗滌、過濾，干燥，結束后經粉碎得到鏈狀白炭黑樣品。只有較少部分為鏈狀結構，大部分為單顆粒的團聚體。
【主權項】
1.一種鏈狀沉淀白炭黑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將0.5?1.5mol/L的硅酸鈉溶液和0.5?1.5mol/L的硫酸溶液以一定的流速通過T型反應器兩端的聚四氟管注入T型反應器中，在60?90°C溫度下反應，停留時間為10?120 秒； (2)在水熱反應釜中對步驟(1)的產物進行老化，老化時間為1?4小時，老化溫度為100?120°C ;然后，將老化后的產物經充分洗滌、過濾、干燥，再進行粉碎得到最終產物，SP所述鏈狀沉淀白炭黑； 其中，所述硅酸鈉溶液和硫酸溶液的質量比是1:0.8?1.2。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)的反應體系在反應終點的pH值為7?10。3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述硅酸鈉溶液和硫酸溶液流速為0.05 ?2m/s。
【專利摘要】本發明涉及一種微觀結構為鏈狀的沉淀白炭黑的制備方法，其制備過程為：反應采用T型反應器，T型反應器的兩端分別注入0.5～1.5mol/L的硅酸鈉溶液和0.5～1.5mol/L的硫酸溶液，中間端口為產物漿料出口。保持硅酸鈉溶液濃度一定，通過調節硫酸溶液的流量來控制終點pH值為7～10。保持兩者注入速度為0.05～2m/s，反應溫度保持在60～90℃。將漿料產物放入水熱反應釜中，在烘箱中以100～120℃的溫度進行水熱老化，待產物冷卻，進行過濾、洗滌、干燥以及粉碎得到最終產物。
【IPC分類】C01B33/12
【公開號】CN105271258
【申請號】CN201510884737
【發明人】姜海波, 李春忠, 陳鵬宇, 周梅芳
【申請人】華東理工大學
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年12月4日