白炭黑的分散性(非常好)
分散性白炭黑的性能特征和生产工艺
分散性白炭黑的性能特征和生产工艺1.高比表面积：分散性白炭黑的比表面积非常大，通常在100-1000平方米/克之间。
这使得它具有很高的表面活性，可以与其他物质充分接触，提高反应速率和效率。
2.好的分散性能：分散性白炭黑具有很好的分散性能，能够均匀地分散在溶液或基体中。
这使得它在应用中能够充分发挥其功能，并提高材料的性能。
3.良好的填充性能：分散性白炭黑具有很好的填充性能，可以填充到材料中，并增加材料的密实性和硬度。
它可以用作增强材料、填充剂和增粘剂，在橡胶、塑料、油墨、涂料等领域得到广泛应用。
4.良好的增稠性能：分散性白炭黑可以使液体变得更加稠密，从而改善液体的流变性能。
它可以用作增稠剂，在涂料、油墨、润滑油等领域起到调节粘度的作用。
5.高吸附性能：分散性白炭黑具有很强的吸附性能，可以吸附有机物、重金属离子等污染物质，起到净化和去除有害物质的作用。
它可以用作吸附剂，在环境保护和废水处理中有广泛的应用。
1.原料选择：选择适当的原料，通常为石墨或沥青等碳质材料。
这些原料经过高温处理，生成具有高比表面积的白炭黑。
2.炭化反应：将原料放入反应器中，通过高温炭化反应，使碳质材料分子发生断裂，形成碳黑颗粒。
3.表面处理：通过表面处理方法，如氧化、还原等，改变白炭黑表面的化学性质，提高其分散性能和活性。
4.分散处理：将白炭黑与分散剂或其他添加剂混合，并进行适当的机械分散处理，使其分散均匀。
5.纯化处理：对分散后的白炭黑进行纯化处理，去除杂质和残留物质，提高产品的纯度和质量。
6.干燥和包装：将纯化后的白炭黑进行干燥处理，并进行适当的包装，以保证产品的质量和稳定性。
近年来，人们对分散性白炭黑的研究越来越深入，其性能特征和应用领域不断扩大。
在未来，分散性白炭黑将在材料科学、环境保护、能源存储等领域发挥更重要的作用。
白炭黑常见制备方法
白炭黑常见制备方法摘要：本文介绍了白炭黑的常见制备方法及其产品应用。
关键词：白炭黑；气相法；沉淀法；解离法基金项目：黑龙江工程学院大学生创新训练项目（202211802211）白炭黑常见的制备方法主要有三种：气相法、沉淀法和离解法。
工业上制备方法一般是这三种方法，或者是这三种方法的组合或改良。
1.气相法气相法通常称为化学气相沉积法，又被称为热解法。
一般是在高温条件下加入氧气、四氯化硅和氢气进行反应从而制备出烟雾状的白炭黑[1]。
具体步骤为：将空气和氢气通过增加压力、分离、采用冷却的方式进行脱水、再放入硅胶中进行干燥、最后经过除尘过滤等一系列的步骤后送入合成的水解炉中。
将原料SiCl4送至精馏塔精馏后，在蒸发器中使之蒸发，并用干燥、过滤后的空气用作载体，将处理后的产物送至合成水解炉中。
在高温下SiCl4被气化，将其与一定量的氢气和氧气的混合气体在高温下进行气相水解。
生成的气相SiO2颗粒非常小，与气体很容易形成气溶胶，从而不容易被捕集，因此需要使其先在聚集器中先聚集成较大颗粒，然后用旋风分离器进行收集，最后送入脱酸炉中进行脱酸处理，通过含氨空气吹洗气相二氧化硅至pH为4～6便可得到最终产品。
用这种方法生产制备的白炭黑产品，其比表面积、粒径大小、结构性能和表面性质都和三种气体的配制比例、二氧化硅核在燃烧室中处理的时间、燃烧温度等因素有关。
得到的产品一般是球形颗粒，粒径在10-40nm之间，化学纯度大，比较面积高。
气相法的优点是所得的产品纯度非常高，分散性非常好，颗粒小并呈球形，白炭黑表面具有较少的羟基，补强性能十分优异。
缺点是技术设备要求比较高，所用的原料也相对比较贵，制备工艺也比较复杂。
2.沉淀法我国市场上生产白炭黑的主要方法就是采用沉淀法来生产白炭黑[2]。
沉淀法又被称为硅酸钠酸化法，沉淀法一般是将硫酸或盐酸与水玻璃作用,第一步先生成硅酸,然后生成的硅酸进一步分解而制得白炭黑。
沉淀法之所以在我国能作为白炭黑的主要生产方法是因为沉淀法的生产技术和设备相对来说都比较简单。
白炭黑分散对胶料物理性能的影响
首先通过混炼母炼胶进行了一项研究。 表
ｌ是本研究所使用设备 的描述和母炼胶及终炼 胶的配方。母炼胶包括 了除 白炭黑和硅烷外的
全部配合剂 。
格莫尔 （ｅｇ ｕｍｒ ）公式来求 出分散百 ＬｉｈＩｇｏｅ ） 分率 。在用 ＲＭ来解析表面粗糙度 时 ，根 据经 Ｌ
表 １ 配方和混炼说明
注 ：高分散性 白炭黑 ：德 固萨 （ｅｕｓ）公司的 Ｕｔａｉ ００ 常规 白炭黑：德固萨公司的 Ｕｔａｉ Ｎ：硅烷 ：ＰｌＯｅＤＥ４。 Ｄｇｓａ ｌｒｓｌ７０． ｌｒｓ ｌ ３ Ｙ ｏｙｎ ￣－Ｓ
百分比增加。然而，粒子直径大于 １５ ｍ的 ．ｕ 白炭黑的解聚则在大约 ９ｉ ｍｎ时趋于平衡，这
就说明分散 已经完成 了。添加有机硅烷的高分
ＲＭ方法可 以精确地测定解聚 的量 。 Ｌ
在用传统的拉伸试验评估各种胶料时，最
显而易见的结果是有硅烷 的胶料与无硅烷 的胶
料之 间的清 楚差别 。
维普资讯
白炭黑分散对胶料物理性能的影响
朱永康 译
（ 接上期 ）
验确定 ２ ｕｍ的闭值与 由利 ・ ３ 达格 莫尔描述 的
５ 相关联 。 ｕｍ
在将 定性 数值与 有效 的实 验室 质量 控制 相结合时 ，取 自这些图像的传 统计算 结果往往 颇有用处 。市场 上可 买到的 ＲＭ具有 ３ 的 Ｌ Ｉ ｕｌ ｌ 分辨率 。由 ＲＭ所进行 的扫描和 图像处理只 需 Ｌ
研究中，５０纳米的白 ０ 炭黑附聚体 已 被证明适 合于分散和解聚。运用如上所述的同一 Ｎｄｅ ｏｇ
理论 ，以分辨率为 １５ ． ｕｍ的 ＲＭ作 为白炭黑 Ｌ 分散的阈值。
２ 实验部分
体， 这些切片试样是用透射光以及用来分析反
白炭黑在食品中的应用
白炭黑在食品中的应用
白炭黑在食品中多用作乳化剂、稳定剂，被广泛应用于制作面包、糖果等食品中，能有效地抑制食品中的腐败细菌，提高食品的安全性，降低食品的污染物含量，防止营养素的流失，保持食品的颜色、香味、口感等特征，还可以提高食品添加剂的分散性。
白炭黑是经科学验证后被认定为安全的食品添加剂，可以令非乳类奶油粉的结块现象和低流动性的问题得到显著改善。
白炭黑的主要特性是它具有极高的吸收和分散性能，对各种有机物有很强的处理效果，可以与所有类型的有机物混合，是十分有效的耐热材料。
白炭黑也具有优异的抗老化性能，在室温下可维持其功能和结构质量，可以长期保持出色的性能，抗老化能力非常强，抗氧化能力也非常强，可以有效抑制有机物的破坏作用，对于金属等材料具有非常明显的抗腐蚀性能。
白炭黑在建筑材料领域应用主要是防潮、防水、防滑和绝缘等，用于制造陶瓷材料、石材表面处理剂、复合材料、涂料等，可以帮助陶瓷材料具有更强的抗腐蚀性、耐高温性和使用寿命更长。
它在涂料领域的应用是提高涂料的厚度、抗拉性、耐热性和耐腐蚀性，改善涂料的性能，使涂料的施工性能更加稳定，从而提高涂料的使用性能和耐用性。
白炭黑也可以用于电子元器件的制造，例如变压器、电池、放大器、开关、控制器等，它能有效地减少电子元器件的故障，增强电子元器件的可靠性和热稳定性，保护电子元器件免受温度变化的影响。
白炭黑还常用于轮胎、橡胶制品的制造，它可以增加橡胶制品的柔韧性，提高其耐磨性、耐冲击性和使用寿命，使橡胶制品抗破壊能力更强，更耐久。
白炭黑的用途和作用极其广泛，它的应用范围有日化、建材、涂料、橡胶、电子等，由于其独特的特性，白炭黑被广泛应用于各行各业，具有极大的应用前景。
白炭黑在环氧化天然橡胶中的应用
的Ｇ ａ ｂ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ４ ０ ０ ０ 型橡胶 动态压缩 生热仪测试 ，测 试初始温度３ ０ ｃ Ｃ，频率３ ０ Ｈ ｚ ，载荷２ ４ ０ ． ６ Ｎ，时间
３ ０ ｍ ｉ ｎ（ 预热５ ｍ ｉ ｎ ，测试２ ５ ｍｉ ｎ）。
１ ． ２ 配 方
生胶 （ Ｎ Ｒ 或Ｅ Ｎ Ｒ ２ ５ 或Ｅ Ｎ Ｒ ４ ０），１ ０ ０ ；白炭 黑
２ ０ ｌ ｊ年第 ３期
Ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ ’ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ
白炭黑在环氧化天然橡胶中的应用
何灿 忠 ，彭 政 ，钟 杰 平 。 ， 许 逵 ，罗勇悦 ，王 光
（ １ ． 中国热 带农业科 学院农产品加工研究所 ，广 东 湛江 ５ ２ ４ ０ ０ １ ：
５ ２ ４ ０ ８ ８ ） ２ ． 海 南 大 学 农 学 院 ，海 南 海 口 ５ ７ ０ ２ ２ ８ ；３ ． 广 东 海 洋 大 学 理 学 院 ，广 东 湛 江
温度／ ℃
白炭黑的 团聚情况 得到 明显改善 ，白炭黑在Ｅ Ｎ Ｒ 基 体 中呈均相分布 ，而且Ｅ Ｎ Ｒ ４ ０ 胶料 中的 白炭黑分散
情 况优于Ｅ Ｎ Ｒ ２ ５ 胶料 ，说 明Ｅ Ｎ Ｒ 环氧基 团的含量越
（ ａ ）２ ０ 份 白炭黑胶料
高 ，白炭 黑在Ｅ Ｎ Ｒ 中的分散性 越好 。
混炼 胶停 放６ ｈ ｉ ２上之 后 ，采用 硫化仪 测定正 ）
硫化 时间 ，再在平板硫化机 上按测得的正硫化 时间
硫化 ，硫化 温度 １ ５ ０℃。
１ ． ４ 测 试 分 析
（１ ）试 样 断 面形 态 。采 用 扫 描 电 子 显微 镜
聚 ，使 白炭黑均 相分散在橡胶基体 中 ，以提高胶料
白炭黑的分散性(非常好)
前言白炭黑是橡胶工业重要的补强材料,因其微观结构和聚集体形态和炭黑类似,并在橡胶中有相近的补强性能,故被称为白炭黑。
白炭黑按照其生产方法可分为两类,即沉淀法白炭黑和气相法白炭黑。
沉淀法白炭黑作为橡胶补强原材料,主要用于轮胎、鞋类、和其它浅色橡胶制品。
本文只讨论沉淀法白炭黑(以下简称为白炭黑)。
在轮胎行业中,过去白炭黑主要用于子午线轮胎的带束层,以增强钢丝和橡胶的粘合性。
也有些轮胎企业将白炭黑用于子午线载重轮胎胎面,以提高胎面的抗刺扎和抗崩花性,其用量较少,一般为10～15份。
近15年来,由于欧洲和北美对环保和节能的要求日益严格,将白炭黑用于轮胎胎面,可以显著降低轮胎的滚动阻力,同时能保持较好的抗冰滑性和抗湿滑性,其耐磨性仅有稍许降低。
1992年,米其林公司率先制造出全用白炭黑的“绿色轮胎”,其滚动阻力较一般轮胎降低约30%,节油及减少汽车废气效果显著。
但是由于传统白炭黑品种的分散性不好,配用白炭黑的胎面胶,虽然滚动阻力比配用炭黑的低,但其耐磨性能却比配用炭黑的差得多。
为了适应绿色轮胎快速发展对白炭黑的要求,国外几家主要制造商都已经生产供应、并仍在进一步研究开发分散性较好的白炭黑产品,目前白炭黑已经发展了以下三代产品:1.第一代是传统的或被称为“标准”的白炭黑品种;2.第二代被称为“高分散性白炭黑”(ＨｉｇｈＤｉｓｐｅｒｓｉｂｌｅＳｉｌｉｃａ,简称ＨＤＳ)和“易分散性白炭黑”(ＥａｓｙＤｉｓｐｅｒｓｉｂｌｅＳｉｌｉｃａ,简称ＥＤＳ)。
高分散性白炭黑是一种具有较高分散性,且无粉尘的白炭黑产品,适用于绿色轮胎。
易分散性白炭黑是90年代中期开发的一种性能介于ＨＤＳ和传统白炭黑之间的产品,其价格较ＨＤＳ低,是一种性能价格比较高的替代ＨＤＳ的产品。
表1为国外主要的、已经商品化的ＨＤＳ和ＥＤＳ品种。
在轮胎用胶料中,如果采用ＨＤＳ和ＥＤＳ可以获得较高的拉伸强度、撕裂强度、定伸应力、扯断伸长率。
采用ＨＤＳ还可以改善胶料加工性能和耐磨性,从而可以得到较好的轮胎综合性能。
气相白炭黑用途
气相白炭黑用途
气相白炭黑是一种高性能的炭黑产品，具有很多优点，如比表面积大、分散性好、化学惰性强等。
它的主要用途包括：
1.橡胶行业：作为橡胶填料，能提高橡胶制品的硬度、拉伸强度和耐磨性。
2.印刷行业：气相白炭黑可以用于制作高质量的印刷油墨，提高印刷品的墨黑度和附着力。
3.涂料行业：作为颜料或填料，气相白炭黑可以提高涂料的光泽度、遮盖性和耐久性。
4.化工行业：气相白炭黑可以用于制作高性能的聚合物，如导电聚合物、阻燃聚合物等。
5.其他领域：气相白炭黑还可以用于制作高性能的沥青路面、高分子薄膜、电子材料等。
白炭黑生产工艺及特性质量指标
高分散性白炭黑的性能特征和生产工艺1前言白炭黑是橡胶工业重要的补强材料,因其微观结构和聚集体形态和炭黑类似,并在橡胶中有相近的补强性能,故被称为白炭黑。
白炭黑按照其生产方法可分为两类,即沉淀法白炭黑和气相法白炭黑。
沉淀法白炭黑作为橡胶补强原材料,主要用于轮胎、鞋类、和其它浅色橡胶制品。
本文只讨论沉淀法白炭黑(以下简称为白炭黑)。
在轮胎行业中,过去白炭黑主要用于子午线轮胎的带束层,以增强钢丝和橡胶的粘合性。
也有些轮胎企业将白炭黑用于子午线载重轮胎胎面,以提高胎面的抗刺扎和抗崩花性,其用量较少,一般为10～15份。
近15年来,由于欧洲和北美对环保和节能的要求日益严格,将白炭黑用于轮胎胎面,可以显著降低轮胎的滚动阻力,同时能保持较好的抗冰滑性和抗湿滑性,其耐磨性仅有稍许降低。
1992年,米其林公司率先制造出全用白炭黑的“绿色轮胎”,其滚动阻力较一般轮胎降低约30%,节油及减少汽车废气效果显著。
但是由于传统白炭黑品种的分散性不好,配用白炭黑的胎面胶,虽然滚动阻力比配用炭黑的低,但其耐磨性能却比配用炭黑的差得多。
为了适应绿色轮胎快速发展对白炭黑的要求,国外几家主要制造商都已经生产供应、并仍在进一步研究开发分散性较好的白炭黑产品,目前白炭黑已经发展了以下三代产品:1.第一代是传统的或被称为“标准”的白炭黑品种;2.第二代被称为“高分散性白炭黑”(ＨｉｇｈＤｉｓｐｅｒｓｉｂｌｅＳｉｌｉｃａ,简称ＨＤＳ)和“易分散性白炭黑”(ＥａｓｙＤｉｓｐｅｒｓｉｂｌｅＳｉｌｉｃａ,简称ＥＤＳ)。
高分散性白炭黑是一种具有较高分散性,且无粉尘的白炭黑产品,适用于绿色轮胎。
易分散性白炭黑是90年代中期开发的一种性能介于ＨＤＳ和传统白炭黑之间的产品,其价格较ＨＤＳ低,是一种性能价格比较高的替代ＨＤＳ的产品。
表1为国外主要的、已经商品化的ＨＤＳ和ＥＤＳ品种。
在轮胎用胶料中,如果采用ＨＤＳ和ＥＤＳ可以获得较高的拉伸强度、撕裂强度、定伸应力、扯断伸长率。
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前言白炭黑是橡胶工业重要的补强材料,因其微观结构和聚集体形态和炭黑类似,并在橡胶中有相近的补强性能,故被称为白炭黑。
白炭黑按照其生产方法可分为两类,即沉淀法白炭黑和气相法白炭黑。
沉淀法白炭黑作为橡胶补强原材料,主要用于轮胎、鞋类、和其它浅色橡胶制品。
本文只讨论沉淀法白炭黑(以下简称为白炭黑)。
在轮胎行业中,过去白炭黑主要用于子午线轮胎的带束层,以增强钢丝和橡胶的粘合性。
也有些轮胎企业将白炭黑用于子午线载重轮胎胎面,以提高胎面的抗刺扎和抗崩花性,其用量较少,一般为10～15份。
近15年来,由于欧洲和北美对环保和节能的要求日益严格,将白炭黑用于轮胎胎面,可以显著降低轮胎的滚动阻力,同时能保持较好的抗冰滑性和抗湿滑性,其耐磨性仅有稍许降低。
1992年,米其林公司率先制造出全用白炭黑的“绿色轮胎”,其滚动阻力较一般轮胎降低约30%,节油及减少汽车废气效果显著。
但是由于传统白炭黑品种的分散性不好,配用白炭黑的胎面胶,虽然滚动阻力比配用炭黑的低,但其耐磨性能却比配用炭黑的差得多。
为了适应绿色轮胎快速发展对白炭黑的要求,国外几家主要制造商都已经生产供应、并仍在进一步研究开发分散性较好的白炭黑产品,目前白炭黑已经发展了以下三代产品:1.第一代是传统的或被称为“标准”的白炭黑品种;2.第二代被称为“高分散性白炭黑”(ＨｉｇｈＤｉｓｐｅｒｓｉｂｌｅＳｉｌｉｃａ,简称ＨＤＳ)和“易分散性白炭黑”(ＥａｓｙＤｉｓｐｅｒｓｉｂｌｅＳｉｌｉｃａ,简称ＥＤＳ)。
高分散性白炭黑是一种具有较高分散性,且无粉尘的白炭黑产品,适用于绿色轮胎。
易分散性白炭黑是90年代中期开发的一种性能介于ＨＤＳ和传统白炭黑之间的产品,其价格较ＨＤＳ低,是一种性能价格比较高的替代ＨＤＳ的产品。
表1为国外主要的、已经商品化的ＨＤＳ和ＥＤＳ品种。
在轮胎用胶料中,如果采用ＨＤＳ和ＥＤＳ可以获得较高的拉伸强度、撕裂强度、定伸应力、扯断伸长率。
采用ＨＤＳ还可以改善胶料加工性能和耐磨性,从而可以得到较好的轮胎综合性能。
在乘用轮胎的胶料中,如果采用ＨＤＳ,除有明显的性能改进外,其成本也可降低。
3.第三代被称为“独特结构的高分散性白炭黑”,其分散性和补强性更好,目前处于研究开发或推广应用阶段。
也有人称第三代产品为“高分散性白炭黑”而将第二代产品统称为“易分散性白炭黑”或者“半分散性白炭黑”。
为了研究开发或应用好高分散性白炭黑,必须首先了解如何检测白炭黑的分散性,了解白炭黑的微观结构和理化性能,及其对白炭黑的分散性和在橡胶中的补强性能的影响。
在此基础上才能做好高分散性白炭黑生产工艺的研究开发及产品应用研究工作。
本文将综述近期国内外的有关报道。
2白炭黑分散性的测定2.1光学显微镜法测定白炭黑分散性的各种方法中最简单的就是光学显微镜法。
在观测应用不同类型白炭黑的胎面胶时,传统白炭黑显示出有大量的不分散的粒子,ＥＤＳ有少量的不分散粒子,而ＨＤＳ只有很少量分散系数的试验方法是:将硫化胶料切成外观平滑的薄试片,把这些试片放在光学显微镜下观察并摄影,然后将所得到的具有不同灰度的照片变为黑白图。
黑色区域代表白炭黑,白色区域代表底色。
用40张不同照片上黑色区域和白色区域的大小为基础来计算分散系数。
在计算分散系数时,应考虑到填料体积和一个Ｍｅｄａｌｉａ修正系数。
Ｄ=(Σ/ｎ)×10000×Ｆ/(Ｖ×Ａ)(1)Ｆ=Ｖ/(100+0.78)/2(2)式中Ｄ=分散系数,%;Σ=粒子面积的总和;ｎ=照片张数;Ｆ=Ｍｅｄａｌｉａ系数;Ｖ=填料体积;Ａ=照片的总面积。
典型的传统白炭黑的分散系数较低,只有73%,ＥＤＳ为86%,而ＨＤＳ可以达到97%。
2.2粒径分布测定法这是一种可用于生产控制的模拟试验方法。
其试验步骤是先用超声波处理白炭黑的悬浮液,然后采用激光衍射法测定悬浮液中白炭黑附聚体的粒径分布。
超声波处理模拟了橡胶胶料混炼过程中的能量输入。
不同白炭黑的粒径分布出现在附聚体粒径约为10μｍ附近的主峰,是较大的初始白炭黑附聚体,在进行超声波处理期间,这种初始附聚体会有一部分被破坏(解聚、分散),其程度与0.5μｍ处的初峰高低有关。
如果将初始附聚体的峰高与解聚后附聚体的峰高之比,定义为ＷＫ系数(见式3)。
ＷＫ=Ｈｏ/Ｈｄ(3)式中,Ｈｏ=初始附聚体的峰高;Ｈｄ=解聚后附聚体的峰高。
ＷＫ系数和分散系数之间存在着良好的相关性。
ＷＫ系数愈小(这意味着解聚后附聚体的峰形愈大愈高),分散愈好。
因此,ＷＫ系数是预测白炭黑分散性的良好尺度。
3白炭黑的粒子结构和理化性能3.1白炭黑的粒子结构白炭黑的基本粒子(或称为原生粒子、初级粒子)呈球形,产生于白炭黑生产的沉淀反应过程中。
白炭黑的基本粒子直径愈小则其比表面积愈大。
白炭黑的基本粒子之间,依靠化学或物理的分子间力的相互作用形成聚集体。
聚集体是能够在橡胶中存在的最小单元,在热或者机械力的作用下,不能再细分。
白炭黑的比表面积愈大,其聚集体尺寸愈小。
聚集体之间,依靠氢键等微弱的分子间力相互作用进一步结合形成附聚体。
由于附聚体的结合力很弱,在白炭黑与胶料进行混炼时,会破裂形成多个较小的附聚体或聚集体。
白炭黑的基本粒子结合成为聚集体后,在形态不同的聚集体中会形成许多立体状的空隙,这被称为白炭黑的结构。
表2列出了白炭黑孔隙的类别。
孔径在2ｎｍ以下的微孔非常细小,高分子很难渗入其中,对橡胶的补强没有什么意义。
孔径在2～20ｎｍ的中孔和孔径在20～60ｎｍ的大孔在聚集体中分布最多,与高分子的相互作用也强,因而对其补强性能特别重要。
白炭黑的孔隙分布,通常采用压汞仪进行测定。
3.2白炭黑的理化性能3.2.1表面积传统的沉淀法白炭黑通常按其表面积大小和用途进行分类,国际标准ＩＳＯ5794 1:1994《橡胶配合剂沉淀水合二氧化硅》的附录Ｅ中规定了沉淀法白炭黑的分类及其典型理化性能(中华人民共和国的化工行业标准ＨＧ/Ｔ3061 1999《橡胶配合剂沉淀水合二氧化硅》等效采用了ＩＳＯ5794 1)。
分类是按照白炭黑的表面积分为Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ等6类,但不象炭黑品种那样给出了每个品种的具体名称,见表3。
因此国外主要生产厂家按产品的表面积、剂型(粉状、粒状、片状)和用途对其品种进行了分类,并给出了商品名称和牌号,一般每个厂家的橡胶用或非橡胶用白炭黑产品均有十多个品种或牌号。
白炭黑的表面积反映了其基本粒子的大小,是影响其应用性能的主要指标。
一般说来,粒子越小、表面积越大、在橡胶中的补强作用愈好。
然而表面积过大时,粒子间内聚力增强,在胶料中不易分散,使胶料在加工过程中粘度大、生热高、并容易焦烧;另一方面会吸附较多的促进剂,加快促进剂的分解,从而延迟硫化时间。
白炭黑表面积过大,可能是由于在白炭黑生成过程中工艺掌握不当,产品中含有硅凝胶,这时表面积虽大,但补强作用反而下降。
因此,轮胎用白炭黑的表面积一般为140～170ｍ2·ｇ1。
但是通过改进白炭黑的生成和造粒工艺,增强其分散性以后,已开发出表面积较大(180～250ｍ2·ｇ1)、补强和分散性均较好的新品种。
表面积大(190～250ｍ2·ｇ1或高于300ｍ2·ｇ1)的白炭黑品种适用于涂料、油墨的增稠,也可替代气相法白炭黑用于硅橡胶制品中;表面积在100～140ｍ2·ｇ1的品种适于鞋底和一般橡胶制品;表面积小(35～60ｍ2·ｇ1)的品种适用于高弹性的压出橡胶制品。
片状或粒状白炭黑适于橡胶应用,有利于混炼和分散,粉状白炭黑也可用于橡胶加工,但更适于硅橡胶以及涂料、油墨等非橡胶用途。
3.2.2传统白炭黑的质量指标传统白炭黑的质量指标见表4。
其中,ＤＢＰ吸收值表征白炭黑的结构,ＤＢＰ吸收值较高时,混炼胶的粘度较高,但是在胶料中的分散性也较好。
铜、锰、铁是白炭黑产品中的杂质,铜含量高会影响白炭黑胶料的耐老化性能,锰、铁含量高时,会使白炭黑填充胶料呈浅黄色,或产生“黑点”。
加热减量表征白炭黑吸附水的含量,和白炭黑的表面活性有关。
而灼烧减量则表征白炭黑的化合水含量,和白炭黑的硅烷醇基含量相关。
吸附水和化合水含量过高或过低时都不好,因此规定了一个波动范围。
白炭黑的ｐＨ值和沉淀反应过程的最终酸碱度及洗涤程度有关,允许在5～8之间。
3.2.3高分散性白炭黑的理化性能高分散性白炭黑的理化性能,和传统白炭黑比较,既有共性,也有特殊性。
1.表面积和传统白炭黑一样,高分散性白炭黑的表面积较高时,补强性能也较好。
以表5罗地亚公司的ＨＤＳ品种为例,和传统白炭黑相比,其补强性能和氮吸附(ＢＥＴ)表面积,和加工性能的关系,分别见图3和图4。
可以看出,在表面积较大时,补强性能较好,但是加工性能却较差。
同等表面积的高分散性白炭黑,其补强性能比传统白炭黑的好。
表面积高的白炭黑有较高的硅烷醇基团浓度,游离的硅烷醇基团与促进剂会发生强烈的相互作用,将导致胶料的硫化速率降低。
当白炭黑的ＢＥＴ表面积超过200ｍ2·ｇ1时,便会导致硫化速率过低。
因此,高分散性白炭黑的ＢＥＴ表面积一般不超过200ｍ2·ｇ1。
2.结构白炭黑的结构较高时,分散性较好,硫化速率也较高。
结构较高时,分散性较好的现象,可以这样解释:结构高的白炭黑有较多的孔隙,在混炼开始时聚合物会渗入孔隙,然后,当附聚体受到混炼剪切力、被破坏为聚集体时,在聚合物中就会分散得较好。
而结构较低的传统白炭黑在混炼开始时就被压得很实,很难分散。
4白炭黑的生产工艺4.1传统白炭黑的生产工艺4.1.1传统白炭黑的生产工艺流程沉淀法白炭黑通常是硅酸钠(即水玻璃)和一种酸(多数情况是用硫酸)发生化学反应产生沉淀而生成的。
硅酸钠和硫酸之间的这种反应的产物就是沉淀法白炭黑(学名水合硅酸或水合二氧化硅),反应的副产物是硫酸钠和水。
为了控制这一工艺,必须考虑到沉淀法白炭黑的生成是一个可逆的过程,在特殊的条件下,如在ｐＨ值或温度较高时,反应将会向原材料的一方进行。
这个化学反应是一个可被工艺参数影响的平衡状态。
典型的白炭黑的生产工艺流程见图5。
典型的白炭黑的生产工艺流程见图5。
第一步:沉淀。
将由水玻璃和硫酸的水溶液同时在规定的浓度和反应条件下加入带有搅拌器的反应器中。
反应时,在反应器内先生成基本粒子;伴随着脱水,这些粒子随即相互发生反应而形成聚集体。
在聚集体内,基本粒子通过硅烷醇键结合在一起。
然后,聚集体相互碰撞、结合而形成附聚体。
在这些附聚体中,聚集体因氢键或范德华力的相互作用而结合在一起,两者的结合力要比硅烷醇键弱得多,因此这种结合是可逆的。
附聚体在混炼过程中容易被破坏而分散为聚集体。
在沉淀反应过程中,最重要的工艺参数是ｐＨ值、反应温度(通常为50～90℃)、各组分的浓度、反应时间、以及水玻璃和硫酸的计量和混合。