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白炭黑為什么叫白炭黑?
2020年06月10日 發布 分類:粉體入門 點擊量:1106
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很多朋友們都知道白色的二氧化硅粉體有個俗名叫白炭黑,但你是否知道它這個稱呼的緣由是什么呢?

白炭黑與炭黑 

白炭黑與炭黑的關聯

在了解白炭黑“WhiteCarbonBlack”之前我們應該了解一下與它的名稱來源密切相關的炭黑“CarbonBlack”。

人們早在3000多年前就掌握了燒煙制墨技術,但長期以來炭黑的生產技術發展緩慢,直到1872年,世界上才首次出現了炭黑工業的規模生產,同時產生了“CarbonBlack(炭黑)”這一術語,這就是近代炭黑工業的開端。1912年英國人莫特(Mottee)發現了炭黑對橡膠的補強作用,特別是顯著提高輪胎耐磨性能以后,自此炭黑的需求量迅速增長,并逐漸成為橡膠工業不可缺少的原材料。

炭黑用作橡膠工業的補強材料 

炭黑作為橡膠工業的補強材料已有百年歷史

在第一次世界大戰期間,由于生產炭黑的能源材料緊缺,德國開始使用沉淀法生產的白色二氧化硅替代炭黑,而白色的無定型二氧化硅因物性及用途與炭黑相似而得名白炭黑(WhiteCarbonBlack)再后來,由于汽車及其運輸業的高速發展、炭黑生產用原料的漲價和節能減排的要求又使白炭黑成為橡膠行業補強材料的佼佼者。目前,白炭黑用在彩色橡膠制品中可以完全替代炭黑進行補強,滿足白色或半透明產品的需要。

白炭黑用于輪胎 

轎車“綠色輪胎”冬季輪胎的制造白炭黑的拿手好戲,白炭黑用于輪胎,使其獲得更低的滾動阻力和改善輪胎的抓地力,從而提高汽車燃油效率。這些具有高燃油效能等的節能型輪也被稱作“綠色輪胎”。

如今我們所說的白炭黑已經不單純是一種在橡膠配方中用作炭黑的替代品,而是一種X-射線無定形的硅酸和硅酸鹽的白色超細粉體總稱,這類粉體材料具有非常廣泛的應用,根據制備路線不同,主要分為沉淀法白炭黑及氣相法白炭黑兩大類。下文將對其工藝及應用做簡單總結。

沉淀白炭黑

沉淀白炭黑的合成過程實質上就是將致密的晶體型石英砂轉化為疏松的無定形水合二氧化硅的過程,即SiO2→SiO2·nH2O。沉淀白炭黑的聚集體是由一次粒子間通過強作用力形成的硬團聚,聚集體的尺寸大小和粒徑分布最終決定了白炭黑可能實現的最大化分散效果。

沉淀白炭黑工藝 

工藝過程:沉淀法又稱濕法主要原材料為石英砂、純堿、工業鹽酸或硫酸或硝酸或二氧化碳。路線大體上是先采用燃油或優質煤在高溫下將石英砂與純堿反應制得工業水玻璃,隨后將工業水玻璃用水配制成一定濃度的稀溶液然后在一定條件下加入某種酸使二氧化硅沉淀出來再經清洗、過濾、干燥(烘干或噴霧)、粉碎研磨工藝、制得產品白炭黑。沉淀法又分酸法、溶膠法、碳化法等許多不同的具體方法。沉淀法制備白炭黑技術通過控制工藝條件如水玻璃濃度、硫酸濃度、水玻璃和硫酸的反應比、反應溫度和添加劑種類等,可以控制產品的平均粒徑和粒度分布,除了優化沉淀工藝外,干燥及造粒的過程也會對白炭黑的分散性造成影響,因此著兩步優化也是傳統沉淀工藝的改進方向之一此外改變添加劑種類和加入量來調節產品的吸油值、折光系數,可以使制得的產品性能指標滿足使用要求。

沉淀白炭黑工藝 

目前,市場上的沉淀法產品大體可分為以下三類:第一代是傳統的或被稱為“標準”的白炭黑品種;第二代產品現在被稱為“易分散白炭黑”或“半高分散(Semi-DS)白炭黑”;第三代為“高分散(HIDS)白炭黑”,具有很高的分散性,與典型的補強填料炭黑相比,它不僅能改善輪胎的抗濕滑性能,降低滾動阻力,還能改善材料耐磨性能。高分散白炭黑是具有高壁壘的產業,更利于產品的差異化經營,核心設備都是非標,工藝流程控制復雜,但產品附加值更高。

沉淀二氧化硅是橡膠、塑料、油漆、油墨、造紙、農藥及牙膏等行業不可缺少的優良助劑,特別是在橡膠工業,沉淀二氧化硅已成為最佳的白色補強填料。

沉淀二氧化硅用于牙膏摩擦劑 

沉淀二氧化硅是目前牙膏摩擦劑的主要品種

柔軟的它,對嬰兒的牙齒有保護作用哦

氣相白炭黑

該方法優點是產品純度極高,分散度高,粒子細而成球形,表面羥基少,因而具有優異的補強性能。但所用原料貴,設備要求高,技術復雜,產量低,因此只有對白炭黑有特殊用途要求的情況下,才用該方法。

工藝過程:氣相法是采用四氯化硅氣體在氫一氧氣流中于高溫下水解制得煙霧狀二氧化硅。將四氯化硅蒸汽、氫氣和空氣的均勻混合物通到燃燒室,于高溫(1100~1800℃)下將四氯化硅水解成二氧化硅和氯化氫氣體。然后經凝結室,使二氧化硅在其中湍流,停留一段時間后即形成絮狀的二氧化硅。最后經過旋風分離器收集,送脫酸爐,以含氨的空氣或濕熱空氣吹洗白炭黑,去除殘留的氯化氫至pH值達到需要值即為成品。

氣相白炭黑工藝 

氣相白炭黑工藝 

氣相法制備的二氧化硅粉體粒徑很小,具有比表面積大,表面吸附力強,表面能大,化學純度高、分散性能好的特點,在材料中表現出卓越的補強、增稠、觸變、絕緣、消光、防流掛等性質,廣泛的應用于橡膠、有機硅、塑料、涂料、油墨、膠粘劑、密封膠、醫藥、化妝品及個人護理等工業領域,作為補強填料和多功能添加劑,是一種在世界范圍內真正工業化的納米材料。氣相二氧化硅根據實際應用需求不同,分為親水型及疏水型兩大類。

氣相白炭黑用于食品級液態硅 

氣相白炭黑用于食品級液態硅膠“嬰兒奶嘴”的補強填料

親水性氣相二氧化硅是通過揮發性氯硅烷在氫氧焰中水解而制得的。從化學角度看,這些松散的白色粉末由高純度的無定形二氧化硅構成,親水性二氧化硅可被水潤濕,并能在水中分散。

疏水性氣相二氧化硅是通過親水性氣相二氧化硅與活性硅烷(例如氯硅烷或六甲基二硅胺烷)發生化學反應而制得。它具有疏水性(僧水性),而且不能在水中分散。為了解決工業中一些特殊的技術問題,各種型號的疏水性氣相二氧化硅被研發出來。疏水性氣相二氧化硅產品的特點是:低吸濕性、很好的分散性、即使對于極性體系也有流變調節能力。

粉體圈 作者Alpha

 

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