沉淀二氧化硅制备及表面处理

第２７卷第４期硅酸盐通报ｖ０１．２７Ｎ。．４

沉淀二氧化硅制备及表面处理崔益顺（四川理工学院材料与化学工程系．自贡６４３０００）

摘要：采用醇盐水解沉淀法制备了二氧化硅。选用十二烷基磺酸钠作为表面改性剂，讨论了改性剂用量、浓度、改性时间、温度等因素对改性效果的影响。用极差分析得出优化工艺条件为：改性剂用量０。００１０ｍｏ置／（１０庐ｉ０２）、改性剂浓度０．０６ｍ彬Ｌ、改性时间８０ｍｉｎ、改性温度８０℃。在此条件下改性后的产品活化度为４０．０５％，沉降体积为１．２５ｍＬ／ｇ。

关键词：醇盐水解沉淀法：二氧化硅；疏水性；活化度

中图分类号：’ｒＱｌ２７．２文献标识码：Ａ文章编号：１００ｌ一１６２５（２００８）０４Ｊ昕３６ＪＤ４

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１引言沉淀二氧化硅即沉淀法白炭黑作为橡胶补强原材料主要用于鞋类、轮胎和其它浅色橡胶制品。根据预测沉淀法白炭黑２０１０年的需求量将达到２９．５万吨，２００５—２０１０年年平均递增率为４．２％ｕＪ。采用硅酸钠与酸反应制备二氧化硅已有工业生产，由于产品纯度低，粒度大，应用范围窄，不能满足许多领域的需要。因此，高纯、超细二氧化硅的研究、开发和工业化生产日益引起人们的高度重视。采用传统的溶胶凝胶法制备超细二氧化硅存在凝胶时间长、工艺复杂等缺点。醇盐水解沉淀法是一种制备二氧化硅简便易行的方法１２ｊ，能得到高纯度的二氧化硅。由于二氧化硅表面存在有羟基，相邻羟基彼此以氢键结合，孤立羟基的氢原子正电性强，易与负电性原子吸附，与含羟基化合物发生脱水缩合反应，与亚硫酰氯或碳酰氯反应，与环氧化合物发生酯化反应。表面羟基的存在使表面具有化学吸附活性，遇水分子时形成氢键吸附，导致其与橡胶配合时相容性差，在配合胶料内对硫化促进剂吸附而迟延硫化。改性的目的就是改变二氧化硅表面的物化性质，提高粒子与橡胶分子间相容性，增强填料与聚合物之间交互作用，改善加工工艺性能，提高填料的补

作者简介：崔益顺（１９６９·），女，硬士，副教授．主要从事化工工艺研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ａＪｉｙｉ｜ＩＩ岫＠１６３．咖

　万方数据第４期崔益顺：沉淀二氧化硅制备及表面处理７３７强性能。常使用脂肪醇、胺、脂肪酸、硅氧烷等对其改性＂刮。采用醇盐水解沉淀法来制备沉淀二氧化硅。利用正交实验设计，选用表面活性剂对产品进行改性处理，

讨论改性剂用量、浓度、时间、温度等因素对改性效果的影响，从而确定优化工艺方案。

２实验过程２．１实验主要仪器与试剂电子恒速搅拌机、循环水式真空泵、电热鼓风干燥箱、电热恒温水浴锅、电子天平。正硅酸乙酯、异丙醇、氨水、乙醇、三乙醇胺、十二烷基磺酸钠、聚乙二醇、硬脂酸钠、液体石蜡，均为分析纯。活化度的测定：取二氧化硅粉体形加入装有去离子水的漏斗（漏斗下方套有带夹子的橡皮管）中，用玻璃棒搅拌２ｍｉｎ以上，而后静止约２ｈ，然后放掉沉入水中的部分，将漂浮部分倒入已烘至恒重暇的玻璃砂心漏斗中过滤，烘干，称重耽。活化度：样品中漂浮部分质量／样品总质量：警

式中：Ｅ～玻璃砂心漏斗质量，ｇ职一玻璃砂心漏斗和试样质量之和，ｇ沉降体积的测定：称取已改性的二氧化硅粉体形（２．００ｇ左右），置于带磨口塞的１０ｍＬ刻度量筒中，加

入正戊烷至１０—ｌｌＬ，上下振动３ｍｉｎ，在室温下静置３ｈ，记录沉降物所占容积ｙ，以每克所占容积表示二氧化硅的沉降体积。沉降体积＝∥形式中：弘－二氧化硅所占容积，ｍＬ肛一二氧化硅粉体的质量，ｇ２．３二氧化硅粉体制备将一定量的水和正硅酸乙酯加入反应器混合，开动搅拌器，并连续向溶液中加入配好的氨水和乙醇溶液，反应３０ｍｉｎ，静置一段时间即分层得二氧化硅沉淀，将二氧化硅沉淀洗涤，干燥即得二氧化硅粉体。２．４二氧化硅粉体的表面改性２．４．１改性剂的筛选在相同实验条件下，选用聚乙二醇（ｐｏｌｙｅｔｌｌｙｌｅｎｅｇｌｙｃ０１）、十二烷基磺酸钠（ｓ础ｕｍｄｏｄｅｃ跚ｅ８ｕｌｐｈｏｎａｔｅ）、硬脂酸钠（８０ｄｉｕｍｓｔｅ唧ｔｅ）、三乙醇胺（ｔｒｉｔｌｌ舳ｏｌ跗ｌｉｎｅ）对初产品进行改性处理，选择较优的改性剂。

实验条件：改性温度７０℃；搅拌速度３５０叩ｍ；液固比１０：１；反应时间７０ｎｌｉｎ；ｐＨ值５．Ｏ；改性剂浓度为０．０４ｍｏＬ／Ｌ；改性剂用量０．００１０ｍｏＬ／１０ｇｓｉ０２。未改性产品活化度４．９５％。

表１改性剂的筛选Ｔａｂ．１Ｍｂｄ嫡ｋｒ曲ｏｉ∞

由表１可知，用十二烷基磺酸钠作为表面活性剂对二氧化硅粉体进行改性后的活化度最高，这是因为十二烷基磺酸钠与ｓｉＯ：发生化学吸附，形成了单分子吸附层，有效的提高了二氧化硅的活化度。故选择十二烷基磺酸钠为优化改性剂。２．４．２正交实验设计利用十二烷基磺酸钠作表面改性剂对二氧化硅粉体进行改性处理，考虑改性剂用量、浓度、时间、温度等工艺条件对活化度和沉降体积等指标的影响。

　万方数据７３８专题论文硅酸盐通报第２７卷３结果与讨论以改性后二氧化硅粉体的活化度（ａｃｔｉｖａｔｉｏｎｉｎｄｅｘ）和沉降体积（ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｖｏｌｕｍｅ）为指标，采用ｋ（３４）

正交表进行正交实验。因素水平见表２，实验数据见表３，极差分析结果见表４。表２因素水平表Ｔａｂ．２Ｆａｄｏ璐ａⅡｄｌｅ＂ｋ

表３正交实验结果Ｔａｂ．３Ｐｅｒｆｂｍ柚∞ｉｎｄｅｘ璐ｏｆ咖ｅｎｔ∥％

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裹４极差分析结果Ｔａｂ．４Ｄｉｒｅｃｔｏｂ辩ｍｔｉｏｎ懈ＩＩｌｔｓ

固定条件：ｓｉ０２１０ｇ；搅拌速度３５０ｒｐｍ；液固比１０：ｌ；ｐＨ值５．０各因素对活化度指标的影响主次顺序为：Ｃ＞Ｄ＞Ａ＞Ｂ；各因素对沉降体积的影响主次顺序为：Ｄ＞Ａ＞Ｂ＝ｃ。对活化度而言，其指标要求愈高愈好，选取的较优水平为：Ａ１、Ｂ２、ｃ２、Ｄ３；对沉降体积而言，其指标要求愈低愈好，选取较优水平为：Ａ２、Ｂ３、ｃ２、Ｄ２。以活化度作为主要指标。十二烷基磺酸钠能够和二氧化硅的表面羟基或质子经过化学反应偶联到二氧化硅表面，形成单分子层，紧密地把二氧化硅和有机物连接起来，从而以较小的用量发挥较大的偶联作用。它有效的改变二氧化硅和有机物之间的界面状态，提高二氧化硅在有机体系中的分散性和润湿性。从改性结果可以知道，十二烷基磺

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酸钠对二氧化硅的改性效果良好，这基于其表面羟基易与含羟基化合物反应，易吸附阴离子的特点，从而提高了十二烷基磺酸钠的防沉降性能以及降低粘度等方面的效果。

４结论

（１）十二烷基磺酸钠作为表面改性剂采用正交实验并用极差分析得出各种因素对活化度指标影响的主次顺序为：改性时间＞改性温度＞改性剂用量＞改性剂浓度；对沉降体积指标的影响主次顺序为：改性温度＞改性剂用量＞改性剂浓度＝改性时间。（２）优化改性工艺条件：改性剂用量０．００１０ｍｏＬ／（１０ｇＳｉＯ：）、改性剂浓度Ｏ．０６ｍｏＬ／Ｌ、改性时间９０ｍｉｎ、

改性温度８０℃。（３）未改性的二氧化硅粉体分散性很差，活化度仅为４．９５％，沉降体积为２．０５ｍＬ／ｇ，经过优化工艺条件改性后的二氧化硅粉体活化度提高到４０．０５％，沉降体积降至１．２５ｍＬ／ｇ。经过改性后的二氧化硅粉体在疏水和分散性方面均得到较好的改善。

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