白炭黑概述及其生產(chǎn)工藝介紹

H:\精品資料\建筑精品網(wǎng)原稿ok（刪除公文）\建筑精品網(wǎng)5未上傳百度白炭黑概述及其生產(chǎn)工藝硅在自然界中主要以二氧化硅和硅酸鹽的狀態(tài)存在,一切植物皆含有少量的二氧化硅,動(dòng)物體內(nèi)的結(jié)締組織中亦含有二氧化硅。硅在地殼中的含量是絕對(duì)豐富的,硅在地殼中的重量百分?jǐn)?shù)為27.6%,僅次于氧(47.2%)為第二位。無(wú)機(jī)硅化合物在八十年代是無(wú)機(jī)化學(xué)品中發(fā)展較快的系列產(chǎn)品,特別是近些年來(lái)發(fā)展更為迅速。在德溫特中心專利索引的無(wú)機(jī)化學(xué)品類中,硅化合物的專利文摘量占了絕正確優(yōu)勢(shì)。由此能夠看出,無(wú)機(jī)硅化合物,在眾多的無(wú)機(jī)化學(xué)品中是有明顯的競(jìng)爭(zhēng)力的。

縱觀世界情況,硅化合物的新品種近些年來(lái)增加并不多,而對(duì)于無(wú)機(jī)硅化合物用途的開(kāi)發(fā)則較為重視。例如硅化合物中最老的品種硅酸鈉,當(dāng)前也在向高性能、高附加價(jià)值化發(fā)展;美國(guó)莫比爾公司對(duì)于ZSM沸石研制了多種規(guī)格,幾乎可用于石油化工的各個(gè)催化過(guò)程;氮化硅陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)正在向?qū)嵱没M(jìn)軍。因此,從當(dāng)前開(kāi)發(fā)趨勢(shì)看,無(wú)機(jī)硅化合物將會(huì)大量進(jìn)入到輕工、食品、醫(yī)藥、建筑、電子、冶金、機(jī)械工業(yè)等許多領(lǐng)域,一定大有發(fā)展前途。

中國(guó)的硅化合物產(chǎn)品主要是解放后才逐步發(fā)展起來(lái),至今才有幾十個(gè)品種,因此差距還較大。中國(guó)具有優(yōu)質(zhì)而豐富的資源,為研究開(kāi)發(fā)更多的硅化合物提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。近十多年來(lái),不但得到了化工部的重視,并委托科研單位出版了”硅鋁化合物”資料。能夠預(yù)料,中國(guó)的硅化合物的發(fā)展速度必將越來(lái)越快,與世界發(fā)達(dá)國(guó)家的差距必將越來(lái)越小。

白炭黑是硅化合物中較老的一個(gè)品種,三十年代中葉,德、蘇、美等國(guó)就開(kāi)始研制,到四十年代末就進(jìn)入了工業(yè)生產(chǎn),八十年代總生產(chǎn)能力達(dá)70～80萬(wàn)噸/年。中國(guó)六十年代開(kāi)始起步,八十年代千噸級(jí)的廠有兩家,年產(chǎn)量總共僅5000～6000噸,而且品種少,質(zhì)量差,能耗高,未形成系列化。因此,研制新產(chǎn)品和開(kāi)發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域的任務(wù)十分艱巨。

1.物理化學(xué)性質(zhì)

外觀為白色高度分散的無(wú)定形粉末或絮狀粉末,也有加工成顆粒狀作為商品的。比重為2.319～2.653,熔點(diǎn)為1750℃。不溶于水及絕大多數(shù)酸,在空氣中吸收水分后會(huì)成為聚集的細(xì)粒。能溶于苛性鈉和氫氟酸。對(duì)其它化學(xué)藥品穩(wěn)定,耐高溫不分解,不燃燒。具有很高的電絕緣性,多孔性。內(nèi)表面積大,在生膠中有較大的分散力。經(jīng)表面改性處理的憎水性白炭黑易溶于油內(nèi),用于橡膠和塑料等作為補(bǔ)強(qiáng)填充劑,都會(huì)使其產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度和抗撕指標(biāo)顯著提高。由于制造方法不同,白炭黑的物化性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)均會(huì)有一定差異,故其應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用效果也不同。

2.用途。

白炭黑的用途很廣,且不同產(chǎn)品具有不同的用途,現(xiàn)再概述如下:用作合成橡膠的良好補(bǔ)強(qiáng)劑,其補(bǔ)強(qiáng)性能僅次于炭黑,若經(jīng)超細(xì)化和恰當(dāng)?shù)谋砻嫣幚砗?甚至優(yōu)于炭黑。特別是制造白色、彩色及淺色橡膠制品時(shí)更為適用。用作稠化劑或增稠劑,合成油類、絕緣漆的調(diào)合劑,油漆的退光劑,電子元件包封材料的觸變劑,熒光屏涂覆時(shí)熒光粉的沉淀劑,彩印膠板填充劑,鑄造的脫模劑。加入樹(shù)脂內(nèi),可提高樹(shù)脂防潮和絕緣性能。填充在塑料制品內(nèi),可增加抗滑性和防油性。填充在硅樹(shù)脂中,可制成耐200℃以上的塑料。在造紙工業(yè)中用作填充劑和紙的表面配料。還有用作殺蟲(chóng)劑及農(nóng)藥的載體或分散劑,防結(jié)塊劑以及液體吸附劑和潤(rùn)滑劑等。

3.生產(chǎn)方法概述

白炭黑的生產(chǎn)方法,根據(jù)國(guó)內(nèi)外的資料表明,主要是沉淀法和氣相法兩大類型。由于沉淀法所用原料便宜,易得,生產(chǎn)工藝和設(shè)備較為簡(jiǎn)單,產(chǎn)品售價(jià)低,因而當(dāng)前占主導(dǎo)地位。現(xiàn)將有關(guān)方法簡(jiǎn)介如下:

一、沉淀法

沉淀法又稱濕法,主要原材料為石英砂、純堿、工業(yè)鹽酸或硫酸或硝酸或二氧化碳。其工藝路線大致上是:先采用燃油或優(yōu)質(zhì)煤在高溫下將石英砂與純堿反應(yīng)制得工業(yè)水玻璃,工業(yè)水玻璃用水配制成一定濃度的稀溶液,然后在一定條件下加入某種酸,使二氧化硅沉淀出來(lái),再經(jīng)清洗、過(guò)濾、干燥(烘干或噴霧)、粉碎、制得產(chǎn)品白炭黑。沉淀法又分酸法、溶膠法、碳化法等許多不同的具體方法。

(1)酸法

一般說(shuō)來(lái),酸法是將可溶性硅酸鹽與硫酸(或其它酸)一起反應(yīng),當(dāng)反應(yīng)液到達(dá)某一pH值時(shí)停止加酸反應(yīng),進(jìn)行陳化,然后過(guò)濾并用水多次重復(fù)清洗,脫除Na2SO4后,送干燥、粉碎后得到產(chǎn)品。

工藝流程示意圖為:

該方法所得產(chǎn)品的性能與制備過(guò)程的條件控制有十分重要的關(guān)系。這是因?yàn)樵诜磻?yīng)的過(guò)程中,溶液中可溶性的硅酸鹽首先轉(zhuǎn)變成為單體硅酸(可溶性)。由反應(yīng)體系的條件所決定,單體硅酸有可能生成疏松的絮狀物(聚集作用),也有可能生成致密的膠粒(凝膠作用),從而造成最終產(chǎn)品的很大差異。為了得到所需性能的白炭黑,反應(yīng)過(guò)程的有關(guān)條件必須嚴(yán)格控制。

在實(shí)際制備過(guò)程中,同樣是酸法,而且用同樣的原材料,其具體的操作過(guò)程和條件控制有不少差別,現(xiàn)舉兩例為證:

例一配制好的稀硫酸以一定的速度,分三次加入到盛有一定量的稀釋了的水玻璃的反應(yīng)釜中,邊加酸邊攪拌邊升溫,最后的反應(yīng)產(chǎn)物的pH值控制在4～4.5之間,然后升溫,在攪拌下老化一定時(shí)間,再冷卻后送去分離。

例二配制好的稀硫酸,以一定的速度加入到盛有一定量稀釋了的水玻璃的反應(yīng)釜中,邊加酸邊攪拌邊升溫,最后控制pH值在2～3之間,加氨水調(diào)節(jié)至pH在8～9之間,然后升溫,在攪拌下老化一定時(shí)間,再降溫、酸化后送去分離。

以上兩例,在對(duì)原材料成份要求,稀釋程度以及加酸速度、攪拌速度和溫度等都有不同的指標(biāo)。另外,在對(duì)濾并的處理與干燥的方法上也有不同的過(guò)程和要求。可見(jiàn)差別之存在。

(2)溶膠法

這是一種認(rèn)為較好的工藝路線,但過(guò)程比酸法較復(fù)雜,條件控制要求更高。是先將鹽酸與硅酸鈉反應(yīng)生成一定濃度的稀溶膠,在微微加熱和攪拌的條件下,將硅酸鈉稀溶液加入到配制好的溶膠中,同時(shí)加入一定量的NaCl溶液,反應(yīng)至pH=7～8,并用堿性調(diào)節(jié)液保持此PH值,保溫陳化,然后漂洗除氯根,再過(guò)濾、干燥、包裝。

工藝流程示意圖為:

該方法的生產(chǎn)過(guò)程中,溶膠的制備是個(gè)關(guān)鍵。成品白炭黑透明度的好壞和用于橡膠物理性能的優(yōu)劣在很大程度上取決于溶膠的質(zhì)量,而溶膠的濃度、pH值、成膠溫度、放置時(shí)間等對(duì)溶膠的穩(wěn)定性又有很大影響,因此溶膠的制備必須特別嚴(yán)格。如果溶膠析出絮狀物或凝膠,生產(chǎn)則將無(wú)法進(jìn)行下去。如果各種工藝條件控制適當(dāng),能夠制得超微細(xì)的活性白炭黑,粒徑一般小于0.05μm,為國(guó)內(nèi)普通沉淀白炭黑的十分之一,比表面積為普通沉淀白炭黑的4～5倍。

(3)碳化法

該法是采用二氧化碳?xì)怏w經(jīng)過(guò)可溶性硅酸鹽溶液進(jìn)行碳化操作,生成沉淀SiO2和碳酸鈉,反應(yīng)完畢后先進(jìn)行預(yù)過(guò)濾,并用酸性水溶液去除產(chǎn)品中的Na2CO3,再進(jìn)行過(guò)濾、干燥、粉碎、包裝。反應(yīng)式:

此工藝的特點(diǎn)是能夠副產(chǎn)純堿,以致成本能夠降低?？墒且话闱闆r,硅酸鈉溶液的轉(zhuǎn)化率很低(70％左右),若要繼續(xù)提高轉(zhuǎn)化率,將需花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間,因此硅酸鈉的損耗較大,有必要采取回收措施。若采用串連反應(yīng)釜進(jìn)行生產(chǎn),則有可能提高轉(zhuǎn)化率。但必須注意由于轉(zhuǎn)化率的提高,有可能生成碳酸氫鈉,必須在水洗時(shí)提高水溫,否則對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量不利。

二、氣相法

氣相法又稱熱解法或干法。原料為硅氧烷,特別是六乙基硅氧烷、四氯化硅等。一般是采用SiCl4

氣體在氫氣和氧氣(或空氣)的混合氣流中,在燃燒室里進(jìn)行高溫水解。反應(yīng)后的含有SiO2

的氣溶膠進(jìn)入凝聚室停留一定時(shí)間,待形成絮狀的SiO2

后送旋風(fēng)分離,成品進(jìn)行脫酸,使產(chǎn)品中的HCl

含量降至指標(biāo)以下,最后包裝。氣相法生產(chǎn)白炭黑畢竟是一種代價(jià)高昂的制備方法,原料SiCl4

的生產(chǎn)就是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。實(shí)際生產(chǎn)中合理的選擇SiCl4應(yīng)來(lái)自制備SiHCl3

過(guò)程的副產(chǎn)物。

處于氣相的水和鹽酸對(duì)硅——氧四面體的頂點(diǎn)氧有保護(hù)作用,即阻礙硅——氧鍵的發(fā)展,這種阻礙是經(jīng)過(guò)形成—O—H

鍵,從而達(dá)到電中性,如圖4—l

所示該工藝生產(chǎn)的白炭黑一般說(shuō)來(lái)物化性能都很好。其粒子大小、比表面積、表面活性等重要性質(zhì)與三種氣體的比例、燃燒溫度以及SiO2

在燃燒室中停留時(shí)間有相當(dāng)大的關(guān)系。采用此法生產(chǎn)的白炭黑表面光滑,具有較高的化學(xué)純度及優(yōu)越的性能,灼燒失量比沉淀法產(chǎn)品小,具有使液體增稠及觸變,防止懸浮液中固相沉積,增進(jìn)粉末產(chǎn)品流動(dòng)性,防結(jié)塊以及消光等多種特殊功能。

4.沉淀法制備白炭黑的理論基礎(chǔ)

工業(yè)水玻璃是沉淀法制備白炭黑的主要原料。水玻璃是水溶性的硅酸鹽,在所有硅酸鹽中,僅堿金屬的硅酸鹽可溶于水,重金屬的硅酸鹽不溶于水。市售的工業(yè)水玻璃一般為粘稠狀的水溶液,屬膠體溶液。一般工業(yè)水玻璃中Na2O

與SiO2

的摩爾比為1∶3.3

左右,故水玻璃實(shí)際上是多聚硅酸鹽?，F(xiàn)代的科技證明,溶液中SiO2

的聚合度并不等于它們的摩爾比,摩爾比越大,偏離程度越大。見(jiàn)表4—l。

硅酸是很弱的酸,其電離常數(shù)很小,數(shù)量級(jí)約為:k1≈10-8,k2≈10-14。硅酸在水中的溶解度也極小,大約為100ppm。因此,硅酸很容易從硅酸鹽的水溶液中被其它酸置換出來(lái),即使很弱的酸,如碳酸、醋酸等。硅酸在水中的溶解度雖小,但當(dāng)我們?cè)谳^稀的水玻璃溶液中加入某種酸時(shí),肯定有大量硅酸生成,然而我們發(fā)現(xiàn)并不立即就有沉淀出來(lái)。這是因?yàn)槌跎膯畏肿庸杷崾侨苡谒?隨著時(shí)間的推移,單硅酸聚合成低聚硅酸,再聚合成高聚硅酸。然后,在水溶液pH=7～10,且無(wú)鹽存在時(shí),能夠進(jìn)一步聚合為硅溶膠;而在

pH＜7,或者pH=7～10,且有鹽存在時(shí),能夠凝結(jié)為硅凝膠。這種自聚合作用是硅酸最重要的特性。白炭黑的粒子組成雖然也是SiO2的集合體,可是白炭黑的生產(chǎn)過(guò)程既不是硅溶膠的脫水干燥,也不是硅凝膠的脫水干燥。我們要求SiO2粒子以疏松、細(xì)分散的絮狀結(jié)構(gòu)從水溶液中沉淀出來(lái)。為此,必須創(chuàng)造一種適宜的沉淀?xiàng)l件,使其保證得到具有良好性能的白炭黑。水溶液中硅酸化學(xué)的研究是一個(gè)十分復(fù)雜的課題。長(zhǎng)期的研究認(rèn)為:硅酸根離子在堿性和微酸性溶液中(pH＞2)配位數(shù)為四;而在酸性溶液中(pH＜2),則配位數(shù)為六,即六配位的水合硅酸[(H2O)2Si(OH)4]和水合硅酸正離子[(H2O)3Si(OH)3]+存在于酸性溶液中。硅酸溶液的酸堿度直接影響硅酸的聚合機(jī)制,致使聚硅酸的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同。如把酸加入硅酸鈉中可獲得堿性范圍內(nèi)的硅酸;若把硅酸鈉加入酸中則可獲得酸性范圍內(nèi)的硅酸。兩者的聚合產(chǎn)物是不同的。關(guān)于硅酸的自聚合作用機(jī)制已研究了一百多年,始終未有滿意的結(jié)果,特別難以全面概括硅酸聚合的重要特性。七十年代后期,南京大學(xué)戴安幫教授等人提出了一種聚合機(jī)制,并為實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證,對(duì)解釋硅酸的自聚合作用與大量事實(shí)較為一致?？上У氖沁@一機(jī)理也不完善,只能解釋線性聚合,特別不能解釋強(qiáng)堿條件下的聚合。現(xiàn)將有關(guān)內(nèi)容簡(jiǎn)述如下:戴安幫等人的研究成果認(rèn)為:硅酸濃度在超過(guò)其溶解度以后,聚合作用就發(fā)生了。硅酸在酸性、中性及微堿性溶液中,存在著兩種不同的聚合機(jī)理。這主要是由于硅酸根離子在不同的pH范圍內(nèi)以不周的聚合狀態(tài)存在,而這些不同狀態(tài)的硅酸根離子間的聚合反應(yīng)類型也不相同。她們認(rèn)為,在微堿性溶液中單硅酸根離子的存在形式為:當(dāng)這種溶液進(jìn)行酸化時(shí),H2SiO42-的質(zhì)子化反應(yīng)隨pH的下降逐步進(jìn)行:

反應(yīng)中隨著配位數(shù)的增加,Si—O鍵長(zhǎng)也在增加,最后配位數(shù)增加到六。在堿性溶液中,硅酸的存在形式為[Ⅰ]和[Ⅱ],這兩者都帶負(fù)電荷。[Ⅱ]和[Ⅲ]主要存在于微堿性、中性和微酸性溶液中。[Ⅳ]和[Ⅴ]則存在于酸性溶液中。因此在不同的介質(zhì)中,硅酸的聚合情況是不相同的。(1)在微堿性、中性及微酸性溶液中的聚合:在微堿性、中性及微酸性溶液中,硅酸的主要存在形式為[Ⅱ]和[Ⅲ],兩者相遇很快發(fā)生聚合作用。這時(shí)主要是硅酸的中性分子[Ⅲ]和一價(jià)負(fù)離子

[Ⅱ]間的”氧鍵合”作用:

生成的二聚硅酸,其中一部分與溶液中的OH-離子反應(yīng):

生成的二聚硅酸根負(fù)離子,會(huì)與中性的硅酸分子進(jìn)一步氧鍵合作用:

生成的二聚體正離子的一部分可能會(huì)發(fā)生電離:

這種中性的二聚體硅酸分子又可進(jìn)一步與正離子發(fā)生羥鍵合作用。就這樣按(6)、(7)式重復(fù)進(jìn)行,直至最終發(fā)生凝膠。其通式能夠?qū)懗蔀?

上述機(jī)理說(shuō)明,硅酸有兩種類型的聚合機(jī)理。在酸性溶液中,硅酸的聚合按(8)式進(jìn)行,反應(yīng)的進(jìn)行會(huì)使溶液的pH略有降低。而在微堿性或中性的溶液中,硅酸的聚合按(5)式進(jìn)行,結(jié)果有少量OH-釋放出來(lái),使體系的pH略有增高。根據(jù)這個(gè)機(jī)制,還可導(dǎo)出硅酸聚合動(dòng)力學(xué)定量關(guān)系式,稱之為硅酸聚合作用理論。它不但能統(tǒng)一地說(shuō)明硅酸聚合作用與溶液pH、硅酸各級(jí)離解常數(shù)、硅酸濃度和外加鹽等因素間的復(fù)雜關(guān)系,且可預(yù)測(cè)硅酸膠凝的許多性質(zhì)。因此,它不但能夠?yàn)橛嘘P(guān)實(shí)用領(lǐng)域提供理論依據(jù),且可對(duì)科研和生產(chǎn)具有指導(dǎo)作用。5.硫酸法制備白炭黑的主要工藝過(guò)程分析:根據(jù)硅酸的聚合機(jī)制,硫酸法制備白炭黑時(shí),首先必須對(duì)原材料水玻璃和硫酸進(jìn)行稀釋和靜置。進(jìn)行必要的分析測(cè)定,確定投料量。以稀釋澄清后的水玻璃為底液輸入反應(yīng)釜,對(duì)反應(yīng)釜里的水玻璃進(jìn)行升溫,并開(kāi)動(dòng)攪拌漿。當(dāng)溫度升到某一定值時(shí),按某一速度加入稀硫酸,使其與水玻璃反應(yīng)生成硅酸。加酸過(guò)程是制備白炭黑的最重要的關(guān)鍵過(guò)程,需要同時(shí)處理好幾個(gè)關(guān)系:如加酸速度與攪拌速度的關(guān)系;加酸速度與溫升速度的關(guān)系;加酸速度與硅酸的自聚合速度的關(guān)系等。在這幾個(gè)速度中,攪拌速度一般固定控制在一個(gè)較大的速度,以保證整個(gè)溶液體系處于湍流狀態(tài),絕對(duì)避免產(chǎn)生局部微元酸性區(qū)域。加酸速度是最主要的工藝操作,一般說(shuō)來(lái),加酸速度應(yīng)控制先慢后快。加酸速度應(yīng)注意與溶液的升溫速度同步進(jìn)行。為了更好地觀察溶液的變化,有利于及時(shí)調(diào)整速度,加酸和升溫還能夠分幾個(gè)階段進(jìn)行,在階段中間停頓10～20分鐘,注意觀察因硅酸自聚合而引起的溶液變化。一般分為三至四個(gè)階段,第一階段的加酸量約為總加酸量的三分之一或略少一點(diǎn),第二階段的加酸量約為總加酸量的二十分之一左右,其余為第三階段的加酸量,直至使溶液的pH值至4左右停止加酸。在加酸的同時(shí)進(jìn)行升溫,升溫的速度也不宜太快,亦要照顧到加酸速度。原則上不加酸不升溫,實(shí)際上絕對(duì)不升溫是不可能的,只要升溫速度更緩慢,一般對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)明顯影響。加酸速度的控制好壞,主要體現(xiàn)在第二階段溶液的變化。一般控制第二階段的加酸速度比第一階段的加酸速度還要慢得多,約為第一階段加酸速度的1/3左右。如在第二次加酸后期出現(xiàn)白色渾濁,或加完后不久即出現(xiàn)白色渾濁,這就表明加酸速度是適宜的,幾個(gè)關(guān)系的處理是協(xié)調(diào)的,有希望得到好產(chǎn)品。加酸完畢后,升溫至95℃左右,保溫、攪拌、老化15分鐘左右。然后再降溫去過(guò)濾、洗滌、干燥等操作。在制備過(guò)程中由于硅酸的自聚合方式不同以及SiO2粒子的聚集作用對(duì)最終產(chǎn)品性能的影響,必須嚴(yán)格按照聚合機(jī)制,仔細(xì)地控制過(guò)程的溫度、濃度、pH值以及加料、混合、干燥的方式與條件。生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)證明,經(jīng)過(guò)對(duì)上述條件的調(diào)節(jié)和控制,能夠在同一生產(chǎn)裝置上制備出不同品級(jí)的沉淀白炭黑。還需說(shuō)明的是,同樣是硫酸法,具體的操作步驟或具體的條件控制并不是千篇一律的,有時(shí)甚至差別很大。然而產(chǎn)品白炭黑依然是合格的。其中的技術(shù)絕竅是保密的核心部分。要進(jìn)行客觀的分析評(píng)論還不具備條件。6.沉淀白炭黑表面性質(zhì)及其表面改性處理白炭黑的一次粒子直徑約0.1～0.001μm,二次聚集體直徑在幾個(gè)μm范圍,屬于超細(xì)粒子范疇。粒徑大小直接影響白炭黑的補(bǔ)強(qiáng)性能,是白炭黑的主要性能指標(biāo),也是補(bǔ)強(qiáng)用白炭黑分級(jí)的主要依據(jù)之一。粒徑越小,粒子與聚合物接觸面就越大,其補(bǔ)強(qiáng)效果也越高。粒徑在0.01～0.02μm的白炭黑,實(shí)驗(yàn)表明將賦予制品最高的抗張強(qiáng)度、抗撕裂性和耐磨性。由于白炭黑一次粒子粒徑小,表面能很大,因此得到的白炭黑產(chǎn)品實(shí)際上是它們的二次聚集體。依據(jù)系統(tǒng)條件的不同,最疏松的聚集體里,每個(gè)粒子可同三個(gè)相鄰粒子連結(jié),而最緊密的聚集體里,每個(gè)粒子可同12個(gè)相鄰粒子連結(jié)。粒子排列的配位數(shù)不同,形成的聚集體的疏松狀態(tài)、孔結(jié)構(gòu)也有著明顯差異,后者又直接影響著產(chǎn)品的使用性能。沉淀法白炭黑在制備時(shí),由于溶液呈堿性,則經(jīng)過(guò)單硅酸的不斷縮聚和交聯(lián)作用而形成無(wú)定型SiO2”粒子”,其硅和氧以正四面體方式鍵合成有缺陷的三維結(jié)構(gòu),即晶格取向在大范圍內(nèi)無(wú)序,而在小范圍內(nèi)有序。因此,除了粒子的外層硅原子上吸附了羥基外,內(nèi)部晶格缺陷也導(dǎo)致了游離的硅醇基團(tuán),不過(guò)這種游離基團(tuán)既不能吸附,也不與外來(lái)試劑進(jìn)行反應(yīng)。僅此還不能充分體現(xiàn)出表面特性,還必須知道表面硅醇基團(tuán)的分布(或濃度)及其類型。紅外光譜及熱重分析的研究結(jié)果表明,白炭黑表面有可能存在三種類型的硅醇基團(tuán),即孤立型、鄰位型和連位型,見(jiàn)圖4—2。完全水合的,未經(jīng)熱處理的白炭黑表面,主要是連位型硅醇基。這是由于白炭黑聚集體的第一層與第二層硅原子間的硅醇基不完全的縮合反應(yīng),導(dǎo)致表面第一層的硅原子帶有兩個(gè)羥基。這種情況當(dāng)在真空下加熱到約200℃,連位型硅醇基就會(huì)不可逆地消失了。相反,完全失水的白炭黑表面,只有孤立型硅醇基。即使溫度高達(dá)400℃,孤立型硅醇基仍保持穩(wěn)定。

主要目的。過(guò)去一段時(shí)間里,白炭黑的表面改性研究和表面改性產(chǎn)品的研制曾達(dá)到了高潮,綜合研究成果,可供采用的方法有表面高溫處理和表面化學(xué)處理。表面高溫處理,就是將沉淀白炭黑進(jìn)行高溫?zé)崽幚?除去白炭黑表面吸附的一些分子,即水和其它低分子量的吸附質(zhì)。這樣做的結(jié)果,能夠改進(jìn)部分硫化特性,但效果不顯著。表面化學(xué)處理,就是用某些化學(xué)試劑與白炭黑表面活性硅醇基進(jìn)行反應(yīng),得以提高白炭黑同聚合物膠料的親合性及反應(yīng)活性。能對(duì)白炭黑表面進(jìn)行化學(xué)處理的試劑很多,進(jìn)行化學(xué)處理的方法也各式各樣,有許多關(guān)于這方面的文獻(xiàn)和專利,以下簡(jiǎn)介部分內(nèi)容。具體采用的工藝方法有:(1)蒸汽法:將干燥的白炭黑與有機(jī)物的蒸汽直接接觸,發(fā)生需要的反應(yīng)