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白炭黑标准-气相发
白炭黑（气相法）标准名称白炭黑（气相法）标准说明白炭黑（气相法）本标准适用于四氯化硅气估在氢氧焰中高温下水解制得的气相白炭黑。
白炭黑主要用于各种硅橡胶被强剂，农药分散剂，涂料的消光剂，处理各种纤维品塑料薄膜。
分子式：SiO2分子量：60（按1982年国际原子量）指标甲产品分五个品名：1号可用于涂料填加剂、电子原件包封料。
2号适用于硅橡胶的补强剂。
3号广泛用于树脂增粘剂、合成润滑油的稠化剂、电子原件包封料、玻璃钢制品的充填及触变剂。
4号适用一硅脂的稠化剂。
5号适用于特种硅橡胶的补强剂。
一、技术要求白炭黑（气相法）应符合下列要求甲乙项目 1# 2# 3# 4# 5# 2# 4# 指标外观高度分散白色絮状粉末比表面积，m2/g 75"105 ≥150 150"200 ≥200≥300吸油值，ml/g <2.90 2.60"2.90 ≥2.90≥3.45 2.60"2.80 表观密度，g/ml ≥0.05≤0.04 0.04 0.05PH值 4"6 4"6 3.5"6 3.5"5.5 4"6 3.5"5 3.5"5 干燥减量110℃2h，%≤3 3 3 3 3 5 5 机械杂质，个数/2≤30 20 30 15 20 微量微量灼烧减量900℃，2h,%≤5 5 5 5 5 氧化铝（Al2O3）,%≤——— 0.03 —氧化铁（Fe2O3）,%≤——— 0.01 —铵（以NH3计），% —≤0.03—微量—二、检验方法1 外观的测定目测。
2 比表面积的测定甲法（甲基红吸附法)：指标甲1号、2号、3号、4号用甲基红吸附法。
白炭黑表面羟基团以三Si—OH存在；对甲基红染料分子形成单分子层吸附。
根据吸附甲基红量，计算羟基吸附表面。
2.1 仪器吸附色层管（见图1）；吸液管（5ml）；容量瓶（500ml）。
白炭黑
气象法白炭黑产品介绍气相二氧化硅（俗称气相白碳黑）是得用氯硅烷在氢氧火焰中高温水解而制得。
本品遇水润湿，能够在水中分散，是一种白色、无毒、无味、无定型的无机精细化工产品。
由于气相二氧化硅具有粒径水、比表面积大、表面活性高的特性，在硅橡胶、涂料、胶粘剂、油漆、油墨、塑料、化妆品以及农业、医药等领域有着广泛的应用，具有良好的补强、增稠、触变、消光、杀菌、抗紫外线等多种作用。
包装及运输多层真空是HDK®的标准包装。
塑料层防止潮湿，能够使产品在干燥的环境下保存数月之久（注：每袋毛重10.65Kg、净重10Kg）。
技术指标产品型号150 200 380 检测方法比表面积㎡/g(BET法) 170±20 220±25 380±30Q/(GZ)GBS1-21PH值（4%悬浮液）3.6-4.5 ISO787-9干燥减量（m/m%）≤1.5 ISO787-2灼烧减量1000℃(m/m%)≤2.5 ISO3262-1 筛余物45μm(m/m%)≤0.05 ISO787-18 表观密度（g/L）25-60 ISO787-11 二氧化硅≥99.8 ISO3262-20含量(m/m%)碳含量(C)（m/m%）≤0.2 ISO3262-20 三氧化二铝含量（m/m%）≤0.003 ISO3262-20 三氧化二铝含量（m/m%）≤0.05 ISO3262-20 二氧化钛含量（m/m%）≤0.03 ISO3262-20 气相二氧化硅主要应用参考应用领域牌号添加量主要应用基本设备天然/合成橡胶200 5.0-30 补强密炼机、辊磨机捏合机高温硫化硅橡胶（HTV）150、200 15-50 补强提高介电性能轧制机捏合机高温硫化（RTV）弹性体硅橡胶150、200 3.0-30补强、触变密炼机、辊磨机、捏合机聚胺脂 3.0-25 聚硫橡胶0.1-5.0 丙烯酸酯类0.5-3.5密封胶、胶粘剂聚氯丁二烯胶粘剂200 1.0-2.增稠、触变、防沉、加工助剂、提高粘接力溶解装置、辊磨机混合（搅拌器）、挤出机环氧树脂胶粘剂乳液胶粘剂电容器包封料PVC 增塑PVC混合料200、380 0.3-2.5增稠、触变、防沉、防粘、自由流动性、提高介电性能溶解装置、轧制机、液体混合器电缆料薄膜200 0.1-1.0 高锌漆 1.0-2.0醇酯树脂漆0.1-1.0油漆、涂料聚酯漆150、200 0.5-2.增稠、触变、防沉溶解装置、轧制机、研磨机、辊筒高速搅拌机丙烯酯树脂漆200、380 0.3-2.5 层压树脂0.5-4.0粉末涂料0.5-5.0凝胶涂料（聚酯）200 2.0-3.0印刷、油墨凹凸版印刷200 0.5-2.增稠、触变、防沉、调节水平衡、提溶解装置、轧制机、液体高亮度反差混合器丝网印刷200、380 1.0-10 胶版印刷150、200 0.5-2.5药品、化妆品牙膏；药片；粉剂200 0.1-10增稠、触变、防沉、提高流动性、赋形剂溶解装置、轧制机、机械式混合机、气动式混合机油膏；乳霜150、200 0.2-3.0重氮复印纸200 3.0-5.0 填孔、提高反差溶解装置、搅拌机胶体蓄电池200 1.0-9.0 增稠、触溶解装置、搅拌机变主要用途：油漆涂料气相二氧化硅是一种添加剂，防止颜料沉淀起稳定性的作用。
白炭黑生产工艺及应用
白炭黑生产工艺及应用白炭黑即水合二氧化硅，是微细粉末状或超细粒子状的二氧化硅，高纯度者SiO2含量达99.8%，质轻，原始粒径<0.0003mm，比重 2.319～2.653，熔点1750℃。
白炭黑经典的制造方法分3类：气相法、沉淀法和离解法。
工业上的制备方法都是这3种方法的组合或改良。
1 气相法1.1 气相法白炭黑的生产气相法白炭黑是硅的氯化物四氯化硅或三氯一甲基硅烷在空气和氢气混合气流中经高温水解生成的一种无定型粉末，往往是球形颗粒，表面带有羟基和吸附水，粒径在7～40nm之间，比表面积大，化学纯度高，SiO2>99.8%。
气相法白炭黑根据是否进行过表面处理可分为亲水型和疏水型，根据比表面的大小又可分为不同的型号。
国内气相法白炭黑市场几乎被国外的几个大公司如德固萨、卡博特、瓦克所垄断，我国仅有几套小规模装置。
如广州吉必时科技实业有限公司在吸收消化国外先进技术的基础上，进行大胆的技术创新，率先在国内建成了一条利用有机硅副产物生产气相法白炭黑的生产线，单机年产量达到500t，目前有4个型号的亲水型产品；吉林化工研究院用有机硅单体副产品生产气相法白炭黑等。
国外气相法白炭黑单套装置能力都在年产4000t以上，美国卡博特公司单套装置规模最大可达年产9000t。
国外气相法白炭黑品种全、牌号多。
美国卡博特公司非处理型气相法白炭黑共有十多个品种(包括3个压缩品种)，处理型白炭黑主要有TS- 720，TS-610，TS-530。
与之相比，我国亲水型白炭黑系列牌号少，改性白炭黑系列刚刚起步发展，气相法白炭黑单套装置能力和品种牌号与世界先进水平相比有差距。
但我国已攻克世界级化工课题——纳米白炭黑技术，打破了德、美、日等少数发达国家在这一领域的垄断地位。
华东理工大学的超细材料制备与应用重点实验室与上海氯碱股份公司共同承担完成的“纳米二氧化硅气相燃烧制备技术与设备研制”的成功开发和推广将形成10亿元的产值，有效地推动我国有机硅等行业的发展。
白炭黑生产工艺
白炭黑生产工艺白炭黑是一种无机颜料，其化学名为二氧化硅，化学式为SiO2。
白炭黑具有极高的白度和亮度，透明度高，具有良好的覆盖性和增艳性，广泛应用于涂料、塑料、橡胶、油墨、造纸等工业领域。
下面将介绍白炭黑的生产工艺。
白炭黑的生产主要通过气相法和湿法两种工艺进行。
气相法主要是通过煅烧硅酸盐原料，在高温下进行氧化还原反应，制得白炭黑。
湿法生产主要通过硅酸盐溶液经过酸化、沉淀、离心、过滤等工序制得白炭黑。
气相法生产白炭黑的工艺较为复杂，具体分为下列几个步骤：首先是原料的准备，将硅酸盐原料和还原剂排列在炉子内部双层管道系统上方。
然后，通过将气体或液体反应介质引入到气相法反应装置中，使原料与介质进行反应。
第二步是反应过程，反应装置的温度一般在600℃~1500℃之间，通过高温条件使硅酸盐原料发生煅烧反应，生成白色的二氧化硅。
第三步是产物处理，将由反应产生的粉末产物通过气流、离心或过滤等方式进行分离和过滤，获取纯净的白炭黑产品。
湿法生产白炭黑的工艺相对简单，具体步骤如下：首先是原料的准备，将硅酸盐原料溶解在水中，得到硅酸盐溶液。
第二步是酸化过程，将硅酸盐溶液与酸进行反应，使其发生酸化反应，生成硅酸。
第三步是沉淀过程，通过搅拌或其他方式使酸化后的硅酸与一定浓度的盐酸或铝酸盐发生沉淀作用，生成白炭黑。
第四步是过滤和洗涤，将沉淀后的白炭黑产品用水进行洗涤，以去除残留的酸性物质和杂质。
第五步是产物干燥，将洗涤后的白炭黑产品通过干燥设备进行干燥，去除水分，得到干燥的白炭黑产品。
无论是气相法还是湿法，生产白炭黑都需要满足一定的生产条件和工艺要求。
例如，在气相法中需要控制合适的温度和反应时间，以及优化反应装置的结构和设计；在湿法中要保证原料浓度、酸化反应条件和沉降速度的控制。
总结起来，白炭黑的生产工艺主要包括气相法和湿法两种方法。
无论采用哪种方法，都需要经过一系列的步骤，包括原料准备、反应过程、产物处理和干燥等环节。
这些工艺要求严苛，需要合理的设备和操作条件，以确保生产出高质量的白炭黑产品。
气相白炭黑的应用
1.4. 气相法白炭黑的易流性
由于固体物质粒子会发生团聚和结块，因此包装，储藏 和以粉状形式传递就变得非常困难。在工业生产中，需 要粉体在高大气湿度下和粉体受到压缩机的压迫力时有 一个良好的流动性和存储稳定性。在粉末体系中，当干 （低水分含量）粒子小于75μm，粒子之间的作用力导 致粉体通常粘结团聚（特别是25μm尺寸以下的粒子）， 难以实现流态化，此时可以添加气相法白炭黑解决这个 问题。气相法白炭黑的小粒径和高表面能，使其吸附在 涂料粉体的表面，并在粉体表面形成一个表层，提高粉 料的分散性。要提高助分散剂在粉体颗粒的粘结附着力， 最好采用疏水型白炭黑，因为在小微米尺寸范围内，它 们可以使粉体颗粒吸附力最大化，同时由于是疏水性产 品，覆盖在粉体颗粒时可减少水份方面的应用
在医药方面。气相法白炭黑的亲水性可用来消除水肿或降 低伤口发炎时的分泌物；给腹泻病人固定和结合水分；在 皮肤病学中广泛用做干燥剂。其高吸附性可用来吸附微生 物和微小病毒。气相法白炭黑还可作为药物载体，延长药 效和促进药物的吸收。
气相二氧化硅在不同化妆品和药品中的使用，具备以下优 点：牙膏：1、加工性能较好（脱气、分散）；2、挤出牙 膏稳定；3、清洁时牙膏的分布均匀；4、膏体均匀（无分 层现象）。软膏：1、吸收液态活性组份；2、很好地皮肤 释出活性组分；3、涂施时变成液态；4、均匀（无组分分 离现象）；5、在宽的温度范围内稳定。药片：1、加工 （物料地流动性，较易从模中取出）；2、贮存不会出现 问题（即使在相对湿度高的条件下）；溶解能力非常好。 粉剂：1、黏附力；2、自由流动和分散性；3、增加容积 密度；4、吸水性（吸水性降低）。
气相法白炭黑在涂料中的应用
气相法白炭黑在涂料中的应用（1）消光剂气相法白炭黑折光指数1.46 , 与成膜树脂的折光指数接近，对漆膜颜色没有影响。
在成膜过程中迁移到漆膜表面，能使漆膜表面产生预期粗糙度，明显地降低其表面光泽，是一种良好的消光剂。
消光效果主要取决于产品的三个性能：孔积率，粒径和表面处理。
使用气相法白炭黑时要注意与漆膜厚度的匹配，在厚膜漆里采用颗粒非常细的气相法白炭黑，是不能产生适当的粗糙度的微细表面，反之如在薄膜漆里采用颗粒粗大气相法白炭黑，虽然其消光效果非常好，但是漆膜表面的粗糙度将不能为绝大多数用户接受。
（2）流变助剂流变性是涂料的重要性能，它直接影响到涂料的外观、施工性能及贮存稳定性等性能，而不同涂料体系对流变助剂的要求也有差异。
对于油性体系而言，大部分流变助剂都是形成氢键而起作用，表面未处理的气相法白炭黑聚集体是含有多个羟基，一是孤立的、未受干扰的自由羟基；二是连生、彼此形成氢键的键合羟基。
这一特性赋予油性涂料非常好的贮存性能和施工性能，特别是厚浆型涂料（如船舶漆），既能保证涂料在一定的施工剪切力下有良好的流动性，又能保证涂膜的一次施工厚度。
同时，气相法白炭黑由于能形成氢键而提高体系的中低剪切粘度，从而起到增稠作用。
因此，气相法白炭黑在油性体系当中的应用非常广泛。
不过在水性体系中，由于水分子也会与气相法白炭黑形成氢键，大大影响其作用，所以通常会对其表面进行封端处理，并引入氧化铝等改性，利用配位效应而起流变作用，以避开水的影响。
但从目前应用的情况来看，都不是很理想，需要反复搭配实验，而且使用不当时还会导致体系有肝化的趋势。
（3）防沉剂气相法白炭黑是一种理想的防沉剂，它形成的氢键结构非常均匀稳定，而且是三维网状结构。
因此，对于防止涂料体系中颜料的沉淀非常有效。
特别是对于色浆体系，适当的添加量将大大提高色浆的稳定性，而且能够减少润湿分散剂的量，以提高色浆的适用性并减少色浆对涂料体系的影响。
气相法白炭黑的防沉作用对涂料存放非常有利，特别是某些颜料如金属粉和薄片，都极易沉淀及不能完全悬浮，使用气相法白炭黑可保证其分散不沉淀，明显改善涂料的开罐性能。
2024版气相法白炭黑PPT课件
水分含量过高会影响白炭黑的性能和储存稳 定性，需采用干燥失重法进行测定。
实验室检测方法介绍
化学分析法
通过化学反应测定白炭 黑中SiO2的含量，常用 方法有重量法和容量法。
仪器分析法
采用光谱、色谱等仪器 分析方法对白炭黑的成 分、结构等进行测定， 如红外光谱法、X射线 衍射法等。
物理性能测试
对白炭黑的吸油值、硬 度、耐磨性等物理性能 进行测试，以评价其应 用性能。
白炭黑定义
白炭黑是一种白色、无毒、 无定型的微细粉状物，主 要成分是二氧化硅。
物理性质
具有高的比表面积、多孔 性、吸附性强、化学性质 稳定等特点。
化学性质
不溶于水、酸和碱，也不 与这些物质发生反应，但 在高温下能与碱金属氧化 物发生反应。
气相法制备原理
气相法定义
气相法是一种通过化学反应在气相中 直接合成白炭黑的方法。
生产过程中的安全防护措施
生产设备安全
介绍气相法白炭黑生产过程中涉及的主要设备及其安全操作规程， 如反应釜、输送管道、阀门等。
个人防护措施
阐述员工在生产过程中应佩戴的个人防护用品，如防毒面具、防护 服、手套等，以及正确的佩戴方法和更换周期。
应急救援措施
列出针对可能发生的生产安全事故的应急救援措施，如泄漏处理、火 灾扑救、人员疏散等，以及相应的应急演练和培训要求。
废水处理及循环利用
废水来源及性质
01
说明气相法白炭黑生产过程中废水的主要来源，以及废水的性
质、成分和危害。
废水处理工艺
02
详细介绍废水的处理流程，包括物理、化学和生物处理方法的
应用，以及不同工艺之间的比较和选择。
废水循环利用
03
探讨废水循环利用的可行性和方法，如回用于生产、农业灌溉
气相白炭黑的应用
1.5. 气相法白炭黑的绝热性
无定形二氧化硅具有非常弱的导热性。尤其它的绝热范围 可到1000℃，气相法白炭黑在绝热领域中的应用已被证明 是非常成功的。 大体上，下列对高分散粉末热传导的贡献：热辐射、固体 －固体传导、气体传导和自然对流。因为小毛孔尺寸的自 然对流,而且也因为小固体物质容积率的固体-固体传导， 能导致第一个近似值被疏忽。HL-380在50-130℃的温度 内,由于辐射热而造成的热量损失占总损失热量的10％,当 其余热量损失归因于气体传导。在较高的温度下(大约 800℃) ，热辐射贡献将会急剧上升超过50%。 气相法白炭黑也用在低温绝缘领域，在这里也具有相同的 重要特性。例如用在船或发电厂的绝热储藏加热器、飞机 涡轮、渠道绝缘和液体存储罐上。要使其达到最好的效果 可以使用HL-300 和HL-380。
2.1. 气相法白炭黑在硅橡胶中的应用
硅橡胶具有较好的耐高低温、隔热、绝缘、防潮、防化学 腐蚀、抗污染和生理惰性，在航空、航天、国防工业、机 械制造、建筑装饰、生物医学等四十几个部门具有不可替 代的作用，是公认的新型先进合成材料。 未经补强的硅橡胶，其强度不超过0.4Mpa，没有使用价 值。气相法白炭黑由于其比表面积大，粒径小，结构性高， 具有优异的补强性能，硅橡胶经气相法白炭黑补强之后， 强度最高提高可达40倍，具有广泛的用途。二氧化硅表面 上硅醇基（Si-OH）可以与硅橡胶分子形成物理或化学结 合，在二氧化硅表面形成硅橡胶分子吸附层，构成二氧化 硅粒子与橡胶分子联成一体的三维网络结构，从而达到补 强作用。
2.2. 气相法白炭黑在胶粘剂、密封剂中 的应用
在胶粘剂和密封剂中，气相法白炭黑主要作为补强剂和添 加剂，起到流变控制、防沉降、防止流挂和补强作用。 二氧化硅的粒径小、表面积大、表面硅醇基（Si－OH） 多及其聚集体的立体分支结构，通过氢键或范德华力使得 二氧化硅与聚合物分子之间、二氧化硅分子之间产生强力 作用，达到补强效果。 气相法白炭黑在胶粘剂和密封剂体系中均匀分散后，可以 形成一个二氧化硅聚集体网络，聚集体通过表面的硅醇基 （Si－OH）与聚合物分子形成氢键，使体系的流动性受 到限制，体系的粘度增加，从而起到增稠的作用，同时， 在剪切力的作用下，氢键和二氧化硅网络受到破坏，导致 体系粘度下降，即发生触变效应，便于施工，一旦剪切力 消除，二氧化硅网络和氢键又重新形成。从而有效防止产 品储存期间的沉降和使用过程中的流挂。
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制备方法
气相法白炭黑微观结构
气相法白炭黑透射电镜图像 高分辨透射电镜
气相法白炭黑扫描电镜图像 高分辨扫描电镜
气相白炭黑粒径与比表面积
1、粒径
粒径测量通常采用激光衍射法。使用超声波处理白炭 黑的悬浮液，使聚集体崩解，然后采用激光衍射法测定， 一般白炭黑的粒径分布在0.1-500 微米之间。
分散前
分散后
极性体系（如环氧树脂，采用疏水性白炭黑）
极性体系极性基团对气相二氧化硅表面的硅羟基有亲和力，造成气相二氧化 硅大量聚集在极性基团周围，难以在整个液体体系中形成完整的二氧化硅网络， 出现气相二氧化硅微粒的溶剂化作用, 就会使得触变网络的稳定性降低。
疏水气相二氧化硅，其微粒的表面固定着较长链的聚二甲基硅氧烷，具有非常强 的疏水性，当这种疏水产品分散于极性体系中时，这种疏水基团可以保护白炭黑表 面剩余的硅羟基，以防止其被过分润湿，剩余的硅羟基基团和长链疏水基团使这种 疏水气相二氧化硅产生较强的增稠和触变效果，从而克服了亲水性气相二氧化硅在 极性体系中增稠触变性变差，触变网络稳定性易降低的缺点。
在应用中，性能优良的白炭黑表现出较窄的粒径分布。 激光衍射法粒度分析的结果同时可以用来表征白炭黑的 分散性能。
英国马尔文MS-2000 激光衍射粒度分析仪
2、比Байду номын сангаас面积
※ 低温氮吸附法即BET法（白炭黑的总表面积）。 ※ 大分子吸附法，如CTAB(溴化十六烷基三甲基铵)法。 测定结果是外表面积。
这两种表面积测定结果的差就表征了白炭黑的粗糙度 或孔隙度。
炭黑比表面积测定仪
气相法白炭黑表面状态
表面羟基含量测定
气相白炭黑增稠和触变
非极性体系（如聚硅氧烷，采用亲水性白炭黑）
表面硅羟基能够通过自身或和液体分子直接或间接产生氢键作用，造 成暂时的三维空间的晶格结构。
当体系受到剪切力作用的时候，网络被破坏，导致体系的粘度变小； 剪切力消失，二氧化硅网络又可以再次形成，体系的粘度恢复，体现出 触变性。
气相白炭黑补强
聚硅氧烷体系
※ 物理作用（氢键作用，形成结晶中心） ※ 化学作用（在固化过程中，Si-O键断裂，参与交联）
非聚硅氧烷体系（如丁苯橡胶，丙烯酸橡胶）
※ 物理作用（吸附、静电、氢键作用，形成凝胶）
影响因素
1.粒径和比表面积（粒径越小，补强作用越显著）。 2.表面处理（采用硅烷偶联剂表面处理，可提高补强） 3.白炭黑的聚集结构形态，也影响补强作用。