沉淀法白炭黑又稱沉淀水合二氧化硅,或活性二氧化硅,是一種經(jīng)硅酸鹽與無機酸沉淀反應(yīng)所獲得的高比表面積,高結(jié)構(gòu)、高活性的補強填充改性材料,因其具有特殊的表面結(jié)構(gòu)和顆粒形態(tài)結(jié)構(gòu)以及獨特的物理化學(xué)特性, 應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,是一種重要的補強填充劑。 因其微觀結(jié)構(gòu)和聚集體形態(tài)和炭黑類似,并在橡膠中有相近的補強性能, 故被稱為白炭黑。 

2.2白炭黑的性能影響因素

    對白炭黑的性能有影響的因素有許多,如稀釋工序中的稀釋后水玻璃濃度。 反應(yīng)、陳化工序中的反應(yīng)初始濃度 C0,反應(yīng) PH值,反應(yīng)加料速率,后酸化 pH值, 陳化時間。 壓濾工序中的進料壓力、水洗壓力和水洗時間。 液化、干燥工序中的噴霧干燥塔進風(fēng)、 出風(fēng)溫度和霧化器旋轉(zhuǎn)速度等等。 這些在《淺談沉淀法白炭黑的工藝條件對產(chǎn)品性能的影響》中已有討論,這里不再敘述,下面用一些實驗數(shù)據(jù)對水玻璃模數(shù),反應(yīng)槽攪拌器轉(zhuǎn)速,硫酸質(zhì)量分數(shù),反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間等五點進

行討論。

2. 2. 1水玻璃模數(shù)對白炭黑性能的影響

水玻璃模數(shù)對白炭黑性能的影響

水玻璃模數(shù)  BEF/(m2/g)    DBF(ml/g)

3.13             191             2.85

3.21             219             2.88

3.37             201             3.00

3.45             209             3.20

由表可知,水玻璃模數(shù)從3. 13～3. 45變化時,隨著水玻璃模數(shù)的增加,對白炭黑產(chǎn)品比表面積影響不明顯,白炭黑產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)則趨于提高。 

2. 2. 2反應(yīng)槽攪拌器轉(zhuǎn)速對白炭黑性能的影響

反應(yīng)槽攪拌器轉(zhuǎn)速對白炭黑性能的影響

攪拌器轉(zhuǎn)速( r/ min)   BET/ (m2/ g)   DBF( ml/ g)

50             有凝膠生成        -

100                   197             2.56

150                  201             2.69

175                   225             2.90

200                  231             3.16

由表可以看出,當(dāng)攪拌速度為50r/min時,由于攪拌速度低,反應(yīng)槽內(nèi)物料混合不充分,導(dǎo)致反應(yīng)合成的白炭黑料漿中有凝膠生成, 干燥后的白炭黑產(chǎn)品含有較多的、不易分散的硬塊,是不合格產(chǎn)品。  當(dāng)反應(yīng)槽攪拌器轉(zhuǎn)速在100～200r/ min變化時,增加反應(yīng)槽攪拌轉(zhuǎn)速,可以提高白炭黑產(chǎn)品的比表面積(即 BET)同時,還可以提高白炭黑產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)( DBP)。 但也有一些企業(yè)采用高剪切力的低轉(zhuǎn)速攪拌器。

2. 2. 3硫酸質(zhì)量分數(shù)對白炭黑性能的影響

硫酸質(zhì)量分數(shù)對白炭黑性能的影響

W(硫酸)/%  BET/(m2/g)    DBP(ml/g)

20               192             3.02

25               219             2.88

30              221             2.70

 由表可知,硫酸質(zhì)量分數(shù)從20%～30%變化時,隨著硫酸質(zhì)量分數(shù)的增加, 白炭黑產(chǎn)品的比表面積呈增長趨勢,而結(jié)構(gòu)則降低。  因此可根據(jù)需要,選擇一定的反應(yīng)溫度/℃ BET/(m2/g)    DBP(ml/g)25 60 80 85

90             182.9            3.12

 95             189.6            2.88

由表可知,隨著反應(yīng)溫度的提高,白炭黑產(chǎn)品的比表面積先降后增,在90℃時比表面積最小,與此同時, 白炭黑產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)卻先增后降, 在90℃時結(jié)構(gòu)最高。這是因為溫度過高,溶液的溶解度升高, 較難達到過飽和狀態(tài),晶核析出速率(成核速率)降低,晶核的生長速率增大,則二次粒徑增大, 比表面積降低。 反應(yīng)溫度一般控制在85- 90℃。

2. 2. 5反應(yīng)時間對白炭黑性能的影響

反應(yīng)時間對白炭黑性能的影響

反應(yīng)時間/min  BET/(m2/g)     DBP(ml/g)

25                 185               3.06

32                204               3.05

54                 190               3.20

73                 183               3.24

注:反應(yīng)時間是指同時向反應(yīng)器中加入水玻璃和硫酸的時間從表可知,隨著反應(yīng)時間的增加, 白炭黑產(chǎn)品的比表面積呈下降趨勢,結(jié)構(gòu)呈增加趨勢。 但反應(yīng)時間還應(yīng)與加料速率、反應(yīng)槽大小相配合。

3.小結(jié)

通過上述分析,可知在生產(chǎn)白炭黑的過程中,任何一個工藝條件的改變都將影響產(chǎn)品的性能指標(biāo),因此可利用這些工藝條件對產(chǎn)品性能影響,在一定范圍內(nèi)改變某些工藝條件,生產(chǎn)出多品種,多規(guī)格的白炭黑。