本發(fā)明涉及無機(jī)功能材料白炭黑的制造方法，具體涉及一種綠色輪胎用高分散白炭黑的制備方法。
背景技術(shù)：
：白炭黑作為補(bǔ)強(qiáng)材料，在橡膠領(lǐng)域中的用量達(dá)到總量的70％以上，特別是應(yīng)用于綠色輪胎方面。在輪胎配方中添加白炭黑可以提高膠料的物理性能，其中高分散白炭黑能顯著改善輪胎產(chǎn)品的耐磨性、抗?jié)窕阅芤约敖档洼喬サ臐L動(dòng)阻力。國內(nèi)白炭黑產(chǎn)品主要以中低端產(chǎn)品為主，其市場需求已經(jīng)處于飽和狀態(tài)，而高端市場與國際白炭黑制造商贏創(chuàng)德固賽還有一定差距。目前國內(nèi)輪胎用白炭黑普遍采用濃硫酸與硅酸鈉反應(yīng)制得，該方法存在的缺陷是制得的白炭黑分散能力差，造成補(bǔ)強(qiáng)效果不佳。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明目的是提供一種綠色輪胎用高分散白炭黑的制備方法，解決現(xiàn)有白炭黑作為填充劑應(yīng)用于輪胎中時(shí)存在分散性差、補(bǔ)強(qiáng)效果不佳的問題。為實(shí)現(xiàn)以上目的，發(fā)明一種綠色輪胎用高分散白炭黑的制備方法，采用硅酸鈉與濃硫酸進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)壓濾、洗滌、制漿、離心噴霧干燥后得到作為輪胎補(bǔ)強(qiáng)材料的凝膠溶膠法白炭黑；具體操作步驟如下：第一步、精制硅酸鈉溶液：將模數(shù)在3.30～3.50的固體水玻璃與40～60℃水按質(zhì)量比1:3的比例進(jìn)行配置，加入靜壓釜中，通入蒸汽，在0.5～0.8MPa壓力下溶解，保壓3～5h后出料至儲槽沉淀，取上部澄清液配制成質(zhì)量比濃度為20～30％的水玻璃溶液，經(jīng)板框過濾合格后備用；第二步、凝膠溶膠法白炭黑的合成反應(yīng)：將水、精制好的硅酸鈉溶液和濃硫酸按設(shè)定比例配置備好料，預(yù)先加入水和一部分精制好的硅酸鈉溶液于反應(yīng)釜中，設(shè)定反應(yīng)攪拌頻率并升溫至80～90℃后，通過酸堿并流的方式，同時(shí)加入硅酸鈉溶液和濃硫酸進(jìn)行合成反應(yīng)，控制反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)過程的pH值，反應(yīng)結(jié)束后陳化，然后加濃硫酸調(diào)節(jié)pH值并繼續(xù)陳化后移至中間槽；第三步、反應(yīng)漿料的固、液分離及洗滌：陳化后的稀漿料采用隔膜式壓濾機(jī)進(jìn)行固液分離，形成濾餅后用水洗滌至硫酸鹽質(zhì)量比含量≤1.5％；第四步、濾餅制漿；第五步、干燥產(chǎn)品及收集：漿料需采用離心噴霧干燥，再經(jīng)壓塊機(jī)壓塊合格進(jìn)入料倉包裝、入庫；所述第二步凝膠溶膠法白炭黑的合成反應(yīng)中水、精制好的硅酸鈉溶液和濃硫酸按體積比100:(50～65):(3～5)配置，合成反應(yīng)時(shí)間控制在90～110min，反應(yīng)過程的pH值控制在10～11，反應(yīng)結(jié)束后陳化10～15min，然后加濃硫酸調(diào)節(jié)pH值至4.5～5.0，繼續(xù)陳化20～60min后移至中間槽；所述第四步濾餅制漿是將濾餅輸送至制漿系統(tǒng)中，并加入預(yù)先配置好的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％NaHSO4溶液作為內(nèi)聚能控制劑，加入比例按20％NaHSO4溶液與濃漿料的質(zhì)量比為1：(500～750)，經(jīng)高速剪切攪拌形成均勻的漿液，漿料質(zhì)量比濃度18～25％；所述第二步凝膠溶膠法白炭黑的合成反應(yīng)的pH值每隔8～12min監(jiān)控一次。所述第五步離心霧化干燥溫度為450～580℃。上述輪胎用高分散白炭黑的制備方法具有以下技術(shù)特點(diǎn)和有益效果：一是通過調(diào)節(jié)預(yù)加堿的量以及控制反應(yīng)過程的酸堿流率，提高介孔比例，目的是形成均一穩(wěn)定的孔結(jié)構(gòu)；二是反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行二步老化，有利于形成發(fā)達(dá)的支鏈結(jié)構(gòu)，提高白炭黑與橡膠材料的交聯(lián)密度，增強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)效果；三是漿料中添加內(nèi)聚能控制劑，目的是通過與白炭黑表面羥基基團(tuán)結(jié)合，削弱白炭黑相鄰羥基之間的氫鍵鍵能，提高白炭黑分散性；四是對粉狀白炭黑進(jìn)行壓塊處理與粉狀產(chǎn)品相比，具有低粉塵的特點(diǎn)。此外本發(fā)明原料易得，過程易控制，不需增加設(shè)備，在原有白炭黑生產(chǎn)裝置上就可生產(chǎn)，產(chǎn)品可用于輪胎制品中，具有很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。本發(fā)明通過在漿料中加入一種內(nèi)聚能控制劑，有效的提高了白炭黑的分散性，并與德固賽7000Gr產(chǎn)品進(jìn)行了對比，綜合技術(shù)性能指標(biāo)相當(dāng)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明一種綠色輪胎用高分散白炭黑的制備方法做進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1本發(fā)明一種綠色輪胎用高分散白炭黑的制備方法具體操作步驟如下：1、硅酸鈉溶液的精制將模數(shù)在3.30～3.50的固體水玻璃與40～60℃水按質(zhì)量比1:3的比例進(jìn)行配置，加入靜壓釜中，通入蒸汽，在0.5～0.8MPa壓力下溶解，保壓3～5h后出料至儲槽沉淀，靜置澄清后，取上層清液配成質(zhì)量比濃度為23％硅酸鈉溶液，經(jīng)板框過濾合格后備用。2、合成反應(yīng)在120m3反應(yīng)釜內(nèi)加入60m3的水，同時(shí)加入23％的硅酸鈉溶液4～5m3，升溫至85℃，待溫度穩(wěn)定后開始反應(yīng)，設(shè)定攪拌頻率，同時(shí)滴加水玻璃和濃硫酸，水玻璃每小時(shí)滴加19～21m3，濃硫酸每小時(shí)滴加0.8～1.1m3，每隔10min監(jiān)控一次pH值使之保持在10～11，反應(yīng)90min結(jié)束，陳化15min后加酸至pH為4.5～5.0，繼續(xù)陳化30min后放入稀漿槽。3、過濾、洗滌將陳化的反應(yīng)稀漿料通過隔膜式壓濾機(jī)壓濾形成濾餅，用水洗滌60～80min，直至漿料硫酸鹽含量在質(zhì)量比1.5％以下。4、制漿將洗滌好的濾餅通過螺旋輸送機(jī)送入制漿機(jī)中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％NaHSO4溶液60kg作內(nèi)聚能控制劑，高速攪拌使濾餅均勻液化。5、離心噴霧干燥及產(chǎn)品收集將均勻液化的漿料經(jīng)過過濾器泵入漿料儲槽中，物料經(jīng)螺桿泵均勻泵入離心噴霧干燥塔中進(jìn)行干燥，干燥溫度控制在520℃，干燥后經(jīng)壓塊合格后進(jìn)入料倉后包裝、入庫。實(shí)施例2本發(fā)明一種綠色輪胎用高分散白炭黑的制備方法具體操作步驟如下：1、硅酸鈉溶液的精制將模數(shù)在3.30～3.50的固體水玻璃與40～60℃水按質(zhì)量比1:3的比例進(jìn)行配置，加入靜壓釜中，通入蒸汽，在0.5～0.8MPa壓力下溶解，保壓3～5h后出料至儲槽沉淀，靜置澄清后，取上層清液配成質(zhì)量比濃度為23％硅酸鈉溶液，經(jīng)板框過濾合格后備用。2、合成反應(yīng)在120m3反應(yīng)釜加入60m3水，同時(shí)加入23％濃度的硅酸鈉溶液3～4m3，升溫至83℃，待溫度穩(wěn)定后開始反應(yīng)，在設(shè)定攪拌強(qiáng)度條件下，同時(shí)滴加水玻璃和濃硫酸，水玻璃每小時(shí)滴加18～20m3，濃硫酸滴加為每小時(shí)約0.8～1.1m3，每隔10min監(jiān)控一次pH值使之保持在10～11，反應(yīng)100min結(jié)束，陳化15min后加酸至pH值為4.5～5.0，攪拌陳化25min后放入稀漿槽老化。3、過濾、洗滌將陳化的反應(yīng)稀漿料通過隔膜壓濾機(jī)壓濾后，用水洗滌60～80min，直至硫酸鹽含量在質(zhì)量比1.5％以下。4、制漿將洗滌好的濾餅通過螺旋輸送機(jī)送入制漿機(jī)中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％NaHSO4溶液60kg作內(nèi)聚能控制劑，經(jīng)高速攪拌液化形成濃漿料。5、離心噴霧干燥及產(chǎn)品壓塊收集將攪拌均勻的濃漿料經(jīng)過過濾器泵入漿料儲槽中，物料經(jīng)螺桿泵均勻泵入離心噴霧干燥塔中進(jìn)行干燥，干燥溫度控制在520℃，干燥經(jīng)壓塊合格后進(jìn)入料倉后包裝、入庫。以上兩個(gè)實(shí)例制得的白炭黑產(chǎn)品性能指標(biāo)與德固賽7000Gr白炭黑對比分析見表1：表1各產(chǎn)品綜合化學(xué)指標(biāo)對比項(xiàng)目實(shí)施例1實(shí)施例27000GrBET，m2/g165170171CTAB，m2/g150157158吸油值，cm3/g2.192.202.16pH(5％懸浮物)6.86.86.7硫酸鈉，％1.51.30.4加熱減量，％5.45.55.5灼燒減量，％4.94.84.4顆粒強(qiáng)度，N454548注：同等配方條件下測試。從表1可以看出，實(shí)施例2的綜合化學(xué)指標(biāo)優(yōu)于實(shí)施例1并更接近德固賽7000Gr白炭黑產(chǎn)品，因此選擇實(shí)施例2與德固賽7000Gr白炭黑進(jìn)行靜態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能對比，測試結(jié)果見表2：表2產(chǎn)品性能指標(biāo)對比注：通常采用0℃tanδ表征抗?jié)窕裕?℃tanδ越高抗?jié)窕栽胶茫?0℃tanδ表征滾動(dòng)阻力，60℃的tanδ越低則滾動(dòng)阻力越低。實(shí)施例2與7000Gr的靜態(tài)性能接近。從動(dòng)態(tài)性能看實(shí)施例2與7000Gr相比，其中60℃tanδ優(yōu)于后者，說明前者具有更低的滾動(dòng)阻力；而0℃二者的tanδ值很接近，表明二者具有相似的抗?jié)窕芰?；阿克隆磨耗雖然后者稍優(yōu)于實(shí)施例2，但是差別不大。從上述兩個(gè)實(shí)施例可以看出，本發(fā)明在凝膠溶膠反應(yīng)過程中通過調(diào)節(jié)預(yù)加堿的量以及控制反應(yīng)過程的酸堿流率，目的是提高介孔比例；反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行二步老化，有利于形成發(fā)達(dá)的支鏈結(jié)構(gòu)，提高白炭黑與橡膠材料的交聯(lián)密度，增強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)效果；打漿過程中添加內(nèi)聚能控制劑NaHSO4，有利于減弱白炭黑相鄰羥基之間的氫鍵鍵能，提高白炭黑的分散性；利用壓塊機(jī)將離心噴霧干燥形成的粉狀產(chǎn)品進(jìn)行壓塊，減少粉塵污染。當(dāng)前第1頁1 2 3