沉淀法白炭黑的研制1

    黑色粉末状的炭黑是传统的橡胶、  塑料填充补强剂,  而白炭黑是白色的补强剂。   目前全世界白炭黑年产量已达72万吨,  70%以上用于橡胶工业。   使用在胶鞋制品上可以改善粘接性和抗撕裂性,  增强牢度,  减轻重量, 生产出各种色彩鲜艳、   晶莹透明、  轻巧美观的胶鞋制品;  还可用于塑料开口剂和增稠剂;  用于药物作稳定剂等。

    我国白炭黑生产起步较晚,  50年代才开始生产,  现在有天津化工研究院、  北京化工研究院、  青岛化工二厂等单位从事这方面研究。  生产厂家也很多,  主要有广州人民化工厂、  上海沪东化工厂、  吉林通化第二化工厂,  浙江萧山石英化工厂等。  生产厂家虽很多,  但现在国内还供不应求,  需要进口一部分。  今后随着人民生活提高和大量橡胶制品的出口,  对白炭黑的需求量将会更大,  发展白炭黑生产具有重要意义。

     白炭黑又称为胶体二氧化硅,  分子式是51 02·n H:0,  它是无定型的细小粉末,  粒度一般在5一40  n m范围内。   白炭黑在橡胶中补强性好坏主要取决于它的粒径大小,  表面性质及结构,  一般说粒径小的补强性好,  其分子结构中的表面层一O H基团数多,   补强效果也好。

(一)过程机理

    在硅酸钠溶液中加入定量的盐酸,  可得到硅酸胶体溶液,  即:NaZSIO3+ ZHCI= HZSIO3+ ZNaCI(硅酸胶体溶液)硅酸胶体溶液是不溶于水中的酸,  它们聚集成胶核,  胶核表面的硅酸分子离解为离子。HZSio:架早乏H七+ HSIO3-其中 HIS O,一留在胶核表面,  硅酸胶体溶液是负电性溶液。51 02能从硅酸胶体溶液中缩合成胶团聚结成疏松、  细分散絮状结构,  沉淀出白炭黑。  这需要考察51 02粒子在硅酸胶体溶液中稳定性及合适的条件。

     根据 DLVO理论,  胶体悬浮的稳定性决定于粒子内范德华引力和固液界面的双电层排斥力。  胶体溶液的特征是胶粒会自动聚集为大颗粒,  故属不稳定体系。  胶粒的布朗运动促使胶粒互相接触而聚集,  但是任何一种溶胶的胶粒都带有相同符号的电荷,  其排斥作用阻碍胶粒彼此的接触,  而使胶体又具有动力学稳定性。

    由上可知,凡能降低胶粒之间吸引位能或增加胶粒之间的排斥位能 的因素,  可导致胶体的稳定性增加;反之,导致胶体的不稳定。

     在硅酸钠溶液里含有二氧化硅负离子,加入 Na lc  便带进 Na+ ,  能减弱静电作用, 在51 0:周围形成一个扩散双电层。双电层外壳带正电的 N a+之间相互排斥力大于胶粒之间范德华引力时,  促进胶体溶液中51 02· nH20(以下简称5 102)粒子互相分散呈稳定状态。   当 N a C I加入量达到胶粒的临界电位时,  胶粒周围扩散层压缩,  直至双电层排斥力不足以抗衡胶粒之间的范德华引力时,  51 0:粒子呈不稳定状态,  依其所处条件不同,  它们形成疏松、细分散、   白色絮状51 0:粒子的沉淀(称絮凝作用),  或者形成坚硬、  紧密的网状结构的51 0:硅凝胶(称凝胶作用),  通称为51 0:粒子的聚集作用。因此,  生产过程中需要在一个合适的反应条件下,  加入一定量的电解质N a C I作为絮凝剂,  使51 0:原级粒子聚集成二次粒子沉积下来,而不允许凝胶生成。在生产实际中往往由于某些条件的微小波动,  使产品中凝胶量增加,  白炭黑质量明显下降。