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白炭黑介紹

貝士德 2015-11-20 | 閱讀：6786

白炭黑

白炭黑是白色粉末狀X-射線無定形硅酸和硅酸鹽產品的總稱，主要是指沉淀二氧化硅、氣相二氧化硅、超細二氧化硅凝膠和白炭黑氣凝膠，也包括粉末狀合成硅酸鋁和硅酸鈣等。白炭黑是多孔性物質，其組成可用SiO2·nH2O表示，其中nH2O是以表面羥基的形式存在。能溶于苛性堿和氫氟酸，不溶于水、溶劑和酸（氫氟酸除外）。耐高溫、不燃、無味、無嗅、具有很好的電絕緣性。
　　白炭黑按生產方法大體分為沉淀法白炭黑和氣相法白炭黑。氣相法白炭黑常態下為白色無定形絮狀半透明固體膠狀納米粒子（粒徑小于100nm），無毒，有巨大的比表面積。

氣相法白炭黑全部是納米二氧化硅，產品純度可達９９％，粒徑可達１０~２０ｎｍ，但制備工藝復雜，價格昂貴；沉淀法白炭黑又分為傳統沉淀法白炭黑和特殊沉淀法白炭黑，前者是指以硫酸、鹽酸、CO2與水玻璃為基本原料生產的二氧化硅，后者是指采用超重力技術、溶膠-凝膠法、化學晶體法、二次結晶法或反相膠束微乳液法等特殊方法生產的二氧化硅。沉淀白炭黑主要用作天然橡膠和合成橡膠的補強劑、牙膏摩擦劑等。氣相白炭黑主要用作硅橡膠的補強劑、涂料和不飽和樹脂增稠劑，超細二氧化硅凝膠和氣凝膠主要用作涂料消光劑、增稠劑、塑料薄膜開口劑等。

用途:白炭黑的用途很廣，且不同產品具有不同的用途。用作合成橡膠的良好補強劑，其補強性能僅次于炭黑，若經超細化和恰當的表面處理后，甚至優于炭黑。特別是制造白色、彩色及淺色橡膠制品時更為適用。用作稠化劑或增稠劑，合成油類、絕緣漆的調合劑，油漆的退光劑，電子元件包封材料的觸變劑，熒光屏涂覆時熒光粉的沉淀劑，彩印膠板填充劑，鑄造的脫模劑。加入樹脂內，可提高樹脂防潮和絕緣性能。填充在塑料制品內，可增加抗滑性和防油性。填充在硅樹脂中，可制成耐200℃以上的塑料。在造紙工業中用作填充劑和紙的表面配料。

氣相白炭黑屬于高補強填充材料，由于成本較高等原因，除特殊場合如硅橡膠補強用外，一般不采用。沉淀白炭黑是橡膠補強廣泛使用的材料，一般說來，由于沉淀白炭黑（超細的、表面處理的例外）補強效果還不及炭黑好，故屬半補強填充材料。因此要根據使用場合決定代替炭黑的百分數。沉淀白炭黑用于橡膠制品有汽車、翻斗車、卡車、拖拉機、叉車、自行車等的內外胎，工業用皮帶、膠管、襯墊、膠板、糧食加工用脫谷膠輥，以及膠鞋等各種橡膠工業制品中都或多或少地要用到白炭黑。在普通輪胎內添加一定量的白炭黑能提高輪胎的使用壽命。據原西德一家公司輪胎配方研究試驗結果表明，若能增配10～20份白炭黑就可以改善膠接性和抗撕裂性，使輪胎行駛里程提高，同時還能增強輪胎對路面的抓著力，以利于安全行車。我國輪胎行駛里程低于國際水平，不使用白炭黑是原因之一。此外，由于炭黑發熱量大，國外用于高速公路的汽車輪胎也趨向于添加白炭黑。目前國內外市場對自行車車胎的要求也日益多樣化，如輪胎胎邊彩色化及閃光圈等花式新品種，都是用白炭黑代替炭黑生產的。在膠鞋的生產中，人們對膠鞋、雨靴、運動鞋、旅游鞋、健身鞋、芭蕾鞋等，不但要求牢度，而且要求色調美觀、舒適輕便。白炭黑既具有良好的補強性、耐磨性、防滑性和鞋面粘著性，又是一種良好的淺色補強材料，因此在膠鞋的發展中為提供鞋的質量和款式起著重要作用。

白炭黑在聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、環氧樹脂等塑料中都可作為填充材料，可以提高塑料的彈性強度和耐磨性，以及硬度的熱穩定性能。用于電纜還可以提高電纜的電絕緣性，如甲基乙烯基硅橡膠高壓線就要用氣相白炭黑或高質量的沉淀白炭黑。在兩層塑料薄膜之間往往不易分開，裝袋時袋口很難打開，則白炭黑就是很頂用的開口劑。當聚氯乙烯作家庭地板材料時，如若加入了一定的白炭黑，則可改進產品硬度、彈性、熱變性等性能。

白炭黑做紙張的上膠劑，可提高紙張的白度和不透明度，改進印刷性、耐油性、耐磨性、手感性和光澤性。用于曬圖紙，可使紙表面質量好、油墨穩定、背面無裂隙；用于疊氮紙中，可生產出優質蘭圖紙；用于銅板紙中可代替鈦白；特別是用于新聞紙，加入1～2%的白炭黑，可使紙的重量減輕10%，不僅紙薄，而且能提高強度，除能防止油墨滲透，使印刷文字清晰外，還可增加不透明度.白炭黑具有觸變性能，在涂料中添加少量白炭黑，能使涂層消除液滴沉降現象。在不飽和聚酯涂料中，只要添加0.5～2%濃度的白炭黑，就能使這種涂料在垂直表面上每次涂500g/m2也不會發生液滴和皺折。在顏料中添加白炭黑，不僅能防止顏料的沉淀，且能提高對顏料、染料的吸附性，改進分散性。當用作乳化涂料的填料時，可提高熱穩定性。為了滿足涂料和油墨消光劑對白炭黑的要求，國外研制和生產了消光劑專用品。當硝基清漆以及類似涂料含有沉淀白炭黑消光劑，可改進油漆非沉淀性能，并能使涂料易分散，僅有少量的增稠影響，懸浮性好，有極好的消光特性，高透明度和好的耐磨性能。在印刷油墨中加入0.5%的白炭黑，印刷效果好，可消除未分散油墨滲透的影響，改進印刷材料的耐洗性，增加顏色的光澤度。

農業化學制品的制造中，如農藥，高效噴施肥料等，
使用白炭黑作載體或稀釋劑，能保持效力持久，因為它具有高吸附力，易于懸浮，具
有良好的親和性及化學穩定性，即使在雨水沖洗和炎熱條件下，仍能長期保持不變。

生產方法
　　制備白炭黑的傳統方法是利用硅酸鈉、四氯化硅、正硅酸乙酯做硅源，除硅酸鈉以外，其它成本都很高。新方法采用廉價的非金屬礦作為硅源，大大降低了白炭黑的生產成本。
　　2．1傳統方法
　　（1）氣相法
　　主要為化學氣相沉積（CAV）法，又稱熱解法、干法或燃燒法。其原料一般為四氯化硅、氧氣（或空氣）和氫氣，高溫下反應而成。反應式為：
　　SiCl4＋ 2H2＋ O2—>SiO2＋4HCl
　　空氣和氫氣分別經過加壓、分離、冷卻脫水、硅膠干燥、除塵過濾后送入合成水解爐。將四氯化硅原料送至精餾塔精餾后，在蒸發器中加熱蒸發，并以干燥、過濾后的空氣為載體，送至合成水解爐。四氯化硅在高溫下氣化（火焰溫度1000~1800℃）后，與一定量的氫和氧（或空氣）在1800℃左右的高溫下進行氣相水解；此時生成的氣相二氧化硅顆粒極細，與氣體形成氣溶膠，不易捕集，故使其先在聚集器中聚集成較大顆粒，然后經旋風分離器收集，再送入脫酸爐，用含氮空氣吹洗氣相二氧化硅至PH值為4～6即為成品。
　　德國迪高沙（Degussa）公司和美國卡伯特（Cabot）公司的氣相法生產技術全球領先。他們的生產裝置規模大，自動化程度高，產品成本低，牌號（尤其是應用于特殊領域的功能性專用產品牌號）多，品質好，如表面積分布均勻、含水量低。我國沈陽化工股份有限公司及上海氯堿化工股份有限公司也采用氣相法生產，但在生產規模、生產技術、自動化程度及產品牌號等方面遠不及國外大公司。廣州吉必盛科技實業有限公司是目前國內產量最大，牌號最全，技術最先進的氣相二氧化硅供應商，是氣相二氧化硅國家標準GB20020-2005負責起草單位。
　?。?span style="font-family:Arial">2）沉淀法
　　沉淀法又叫硅酸鈉酸化法，采用水玻璃溶液與酸反應，經沉淀、過濾、洗滌、干燥和煅燒而得到白炭黑。反應式為：
　　Na2SiO3 + 2H+ —> 白炭黑 + 2Na+ + H20
　　國內大部分生產企業采用沉淀法。
　　2．2新方法
　　新方法主要以非金屬礦及其延伸物為硅源，采用沉淀法制備白炭黑。其技術關鍵是將結晶的二氧化硅和硅酸鹽轉變成非晶態二氧化硅。原料主要有硅灰石、蛋白石、埃洛石、橄欖石、蛇蚊石、高嶺土、硬質高嶺土、煤矸石、粉煤灰等。
　　著重介紹以高嶺土或硬質高嶺土、煤矸石或粉煤灰為原料制備白炭黑的工藝技術。
　?。?span style="font-family:Arial">1）以高嶺土或硬質高嶺土為原料
　　先將高嶺土或硬質高嶺土粉碎至50~60目，然后在500~600℃高溫下焙燒2小時，再將焙燒土與濃度30%的工業鹽酸按1：2.5（重量）配料，在90℃左右酸浸7小時，經中和、過濾、洗滌、干燥得到白炭黑，產品質量符合GB10507-89標準；同時得到高效凈水劑聚合氯化鋁。焙燒及酸浸反應式如下：
　　焙燒：Al2O3?2Si02?2H20 —> Al2O3?2Si02 + 2H20
　　酸浸：Al2O3?2Si02 + 6HCl + 9H20 —>2AlCl3?6H20 + 2SiO2
　?。?span style="font-family:Arial">2）以煤矸石或粉煤灰為原料
　　先將煤矸石或粉煤灰粉碎至粒度小于120目，然后分兩步：
　　第一步生產硅酸鈉：將粉碎的煤矸石或粉煤灰與純堿按重量比1：50混合均勻，經高溫冶融（1400~1500℃，1小時）、水萃浸溶（100℃以上，4~5小時）、過濾去雜質、濃縮濾液到45~46波美度即得到硅酸鈉。
　　第二步生產白炭黑：先將硅酸鈉配成水玻璃溶液（模數為2.4~3.6,SiO2含量為4~10%）,然后在5~20%的硫酸中酸浸（28~32℃，8~16小時），再升溫至80℃，攪拌，調節PH值為5~7，熟化20分鐘，再經過濾洗滌、干燥、分選，得到白炭黑。該白炭黑為活性，純度高。
　　3，產能/產量
　　國內以沉淀法白炭黑為主，于1958年實現沉淀法白炭黑的工業化生產，但產量小，發展較慢。1987年產量還僅有2687噸；1990年突破萬噸達到1.06萬噸；1994年增長至2.81萬噸，比1987年增長9.4倍；1997年我國白炭黑產量達到了8萬噸左右；2004年上升到近30萬噸?？梢娊畮啄陙砦覈滋亢诋a量是突飛猛進。
　　