專利名稱：硫酸沉淀法制備納米級白炭黑的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及化工領域白炭黑的制備，特別是涉及一種利用硫酸沉淀法制備納米級 白炭黑的方法。
背景技術：
白炭黑是無定形態(tài)的輕質二氧化硅粉體材料，具有很大的比表面積，具有良好的 電絕緣性、多孔性和吸水性，較好的補強、增稠作用以及良好的分散、懸浮和振動液化特性， 廣泛應用于橡膠、硅橡膠、催化劑載體、塑料、涂料、醫(yī)藥、電子、日用化工等諸多行業(yè)。白炭黑的制備方法主要有物理法和化學法兩大類。物理法生產過程中易引入雜 質，產品粒徑大多在數(shù)百或數(shù)十微米以上，檔次不高，難以滿足工業(yè)需求，因此，工業(yè)生產中 所用的白炭黑主要采用化學法生產。沉淀法和氣相法是白炭黑生產上常用的化學法。氣相 法是以四氯化硅為原料，在氫、氧混合氣燃燒生成水的高溫(1200 1600°C )下水解，然后 經過驟冷、聚集、脫酸等后處理工藝獲得，該法生產的產品粒徑為納米級，純度較高，是目前 納米白炭黑的生產方法，但該法具有設備投資巨大、反應工藝復雜、能耗高、產率低的缺點， 且產品價格昂貴，僅使用于極少數(shù)特殊行業(yè)。沉淀法是當今生產白炭黑的主流方法，多采用 硅酸鈉與硫酸中和沉淀反應的方法來制備，產品常用于普通橡膠及硅橡膠等行業(yè)，該法具 有設備投資較小、生產工藝簡單、原材料價廉易得、產品收率及性價比較高的優(yōu)點，有利于 擴大再生產，但該法生產過程中的原生粒子間的自聚問題較嚴重，顆粒大小不易控制，產品 的粒徑較大，約數(shù)微米或數(shù)十微米，分散性能及對橡膠的補強性能等受到較大影響。為提高 白炭黑產品性能，拓展產品的應用領域，滿足市場對質優(yōu)價廉白炭黑產品的旺盛需求，立足 傳統(tǒng)沉淀法生產工藝開發(fā)納米級白炭黑產品的制備新方法顯得尤為重要。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種制備納米級白炭黑的方法，且生產工藝簡 單、成本低廉。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供硫酸沉淀法制備納米級白炭黑的方法，包括下 述步驟(1)在1000重量份濃度為5 15%的硅酸鈉溶液中加入表面活性劑和助分散劑， 充分攪拌均勻得混合液；(2)將濃度為20 40%的硫酸加入步驟(1)制得的混合液中進行反應，并持續(xù)攪 拌至反應體系的PH值為4 9，得到沉淀物；(3)將步驟( 得到的沉淀物在60 90°C條件下陳化1 3h，然后壓濾得到濾 餅；(4)將步驟(3)中得到的濾餅進行洗滌、在100 150°C條件下干燥2 4h，經研 磨即得納米級白炭黑。為簡潔說明問題起見，本發(fā)明硫酸沉淀法制備納米級白炭黑的方法以下均簡稱為本方法。本方法是以硅酸鈉為原料，利用硫酸為沉淀劑，通過表面活性劑和助分散劑調控 硅酸根的水解速率與硅酸分子的聚合度來制備納米白炭黑。本方法的化學反應如下Na4Si04+2H2S04 ^ 4Na++2SO42^H4SiO4 Iη H4SiO4 — (SiO2)n I +2η H2O在上述化學反應中，硅酸分子的自聚過程和聚合度決定了白炭黑產品的粒度大小 和質量。制備納米級白炭黑的關鍵技術在于硅酸分子自聚過程的調控及產品聚合度的控 制。硅酸分子的自聚機理在硫酸沉淀法制備白炭黑的過程中，對硅酸根的水解速率 及硅酸分子的自聚有很多復雜因素相互作用。從目前研究情況分析，主要與溶液PH值、硅 酸根離子的濃度與活度、反應溫度、反應時間、攪拌作用、表面活性劑及助分散劑等因素有 關。反應體系的PH越有利于硅酸根水解、硅酸根離子濃度及活度越大、反應溫度越高及時 間越長，硅酸根離子水解成硅酸分子的速度越快，硅酸分子彼此間碰撞的幾率越大，發(fā)生自 聚的速度越快，聚合度也就越大，形成的白炭黑粒子粒徑就越大，產品性能就較差；然而，通 過采用機械攪拌、添加合適的表面活性劑及助分散劑等措施，則有利于體系中硅酸分子的 分散，減少硅酸分子彼此間自聚的幾率，使形成的白炭黑粒子粒徑大大減小，從而顯著提高 產品性能。本方法是在普通硫酸沉淀法的基礎上引入適當?shù)谋砻婊钚詣┖椭稚瑫r， 通過調控體系PH值、反應溫度及時間等工藝條件，一方面有效控制反應體系中硅酸根離子 水解速率及體系中硅酸分子的相對含量；另一方面，利用機械攪拌的剪切作用和表面活性 劑、助分散劑與反應中的分子、離子彼此之間的物理化學作用，將體系中硅酸根離子及水解 反應生成的硅酸分子及時分散，極大地減少了硅酸分子之間的自聚幾率，降低了硅酸分子 形成膠團狀粒子的聚合度，達到調控沉淀粒子尺度的目的，從而制備出高品質的納米級白 炭漂廣品。本方法制備的納米級白炭黑與普通沉淀法制得的白炭黑產品指標對照表參見表 1。由表1可以看出，本方法制得的白炭黑屬高品質納米級白炭黑，且本方法的生產 工藝簡單，不需要特殊的生產設備。表 權利要求
1.一種硫酸沉淀法制備納米級白炭黑的方法，包括下述步驟(1)在1000重量份濃度為5 15%的硅酸鈉溶液中加入表面活性劑和助分散劑，充分 攪拌均勻得混合液；(2)將濃度為20 40%的硫酸加入步驟(1)制得的混合液中進行反應，并持續(xù)攪拌至 反應體系的PH值為4 9，得到沉淀物；(3)將步驟( 得到的沉淀物在60 90°C條件下陳化1 池，然后壓濾得到濾餅；(4)將步驟(3)中得到的濾餅進行洗滌、在100 150°C條件下干燥2 4h，經研磨即 得納米級白炭黑。
2.根據(jù)權利要求1所述的硫酸沉淀法制備納米級白炭黑的方法，其特征在于所述表 面活性劑為1 50重量份的烷基苯磺酸鹽或聚合醇類。
3.根據(jù)權利要求1所述的硫酸沉淀法制備納米級白炭黑的方法，其特征在于所述助 分散劑為10 200重量份的有機小分子酮類或有機小分子醇類。
4.根據(jù)權利要求2所述的硫酸沉淀法制備納米級白炭黑的方法，其特征在于所述烷 基苯磺酸鹽表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。
5.根據(jù)權利要求2所述的硫酸沉淀法制備納米級白炭黑的方法，其特征在于所述聚 合醇類表面活性劑為聚乙二醇。
6.根據(jù)權利要求3所述的硫酸沉淀法制備納米級白炭黑的方法，其特征在于所述有 機小分子酮類助分散劑為丙酮。
7.根據(jù)權利要求3所述的硫酸沉淀法制備納米級白炭黑的方法，其特征在于所述有 機小分子醇類助分散劑為乙醇。
8.根據(jù)權利要求1至7任一所述的硫酸沉淀法制備納米級白炭黑的方法，其特征在于 所述步驟⑵中攪拌的速度為120 360轉/分鐘。
9.根據(jù)權利要求1至7任一所述的硫酸沉淀法制備納米級白炭黑的方法，其特征在于 所述步驟(4)中對濾餅進行的洗滌為去離子水洗滌3 7次。
全文摘要
本發(fā)明提供一種硫酸沉淀法制備納米級白炭黑的方法，是以硅酸鈉為原料，利用硫酸為沉淀劑，通過表面活性劑和助分散劑調控硅酸根的水解速率與硅酸分子的聚合度制備高品質的納米級白炭黑。本方法具有生產工藝簡單、成本低廉的優(yōu)點。
文檔編號C01B33/12GK102092721SQ20101056031
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權日2010年11月24日
發(fā)明者周川成, 周揚, 周鑫, 郭雨, 陳君華 申請人:陳君華