一種制備改性白炭黑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備改性白炭黑的方法，屬于白炭黑改性技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]白炭黑是白色粉末狀X-射線(xiàn)無(wú)定形硅酸和硅酸鹽產(chǎn)品的總稱(chēng)，主要是指沉淀二氧化硅、氣相二氧化硅和超細(xì)二氧化硅凝膠，也包括粉末狀合成硅酸鋁和硅酸鈣等。白炭黑是多孔性物質(zhì)，其組成可用Si02.ηΗ20表示，其中ηΗ20是以表面羥基的形式存在。能溶于苛性堿和氫氟酸，不溶于水、溶劑和酸(氫氟酸除外)。耐高溫、不燃、無(wú)味、無(wú)嗅、具有很好的電絕緣性。由于白炭黑內(nèi)部的聚硅氧和外表面存在的活性硅醇基及其吸附水，使其呈親水性，在有機(jī)相中難以濕潤(rùn)和分散，而且，由于其表面存在羥基，表面能較大，聚集體總傾向于凝聚，因而產(chǎn)品的應(yīng)用性能受到影響。如在橡膠硫化系統(tǒng)中，未改性的白炭黑不能很好地在聚合物中分散，填料、聚合物之間很難形成偶聯(lián)鍵，從而降低硫化效率和補(bǔ)強(qiáng)性能。白炭黑的表面改性是利用一定的化學(xué)物質(zhì)通過(guò)一定的工藝方法使白炭黑的表面羥基與化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，消除或減少其表面活性硅醇基的量，使產(chǎn)品由親水變?yōu)槭杷龃笃湓诰酆衔镏械姆稚⑿浴?br>[0003]目前白炭黑的改性方法主要有三種，即干法改性、濕法改性和熱壓改性。濕法改性具有改性劑用量少，改性成本低，但因使用大量有機(jī)溶劑導(dǎo)致產(chǎn)品后期處理復(fù)雜，易造成環(huán)境污染。干法改性避免得了濕法改性使用有機(jī)溶劑的缺點(diǎn)，具有工藝簡(jiǎn)單，處理量大，后處理簡(jiǎn)單，反應(yīng)效率高，但是操作條件嚴(yán)格，改性劑用量大，改性成本高，改性不均勻的缺點(diǎn)。而熱壓法改性存在能耗高，設(shè)備要求高，處理量相對(duì)較小，改性劑用量大，改性不均勻的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題:針對(duì)濕法改性過(guò)程中需使用大量的有機(jī)溶劑，干法改性過(guò)程中改性劑用量大，熱壓法改性設(shè)備要求高，處理量較小，導(dǎo)致產(chǎn)品后期處理復(fù)雜，對(duì)環(huán)境造成污染，改性成本高、能耗高，改性不均勻的弊端，提供了一種制備改性白炭黑的方法，本發(fā)明以花崗巖為原料，通過(guò)氫氧化鈉溶液等浸泡去除雜質(zhì)，同時(shí)對(duì)原材料進(jìn)行初步改性，在混合氣體的保護(hù)下，制備出初步改性白炭黑，再通過(guò)加入碳酸氫銨、脂肪醇聚氧乙烯醚等物質(zhì)，在高溫、紫外燈的照射下，生成改性白炭黑粗品，最終經(jīng)水洗，干燥得到改性白炭黑。所得產(chǎn)品化學(xué)活性好，生產(chǎn)成本低，改性均勻，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，能耗低。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下所述的技術(shù)方案是:
(1)取1?3g花崗巖放入石料磨粉機(jī)中進(jìn)行粉碎，過(guò)篩得80?100目顆粒，將所得的顆粒放入容器中，向其中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的氫氧化鈉溶液淹沒(méi)顆粒物2?4cm，攪拌30?40min，再靜置1?2h后，過(guò)濾得過(guò)濾物；
(2)稱(chēng)取400?600g上述過(guò)濾物放入50L反應(yīng)釜中，向其中加入質(zhì)量濃度為70?75%的硫酸溶液淹沒(méi)過(guò)濾物4?6cm，使用混合氣體對(duì)反應(yīng)爸進(jìn)行加壓至1?2MPa，所述混合氣體為氟氣、氮?dú)夂脱鯕獍大w積比1:5:2混合而成，緩慢攪拌升溫至60?70°C，升溫速度為10 °C /h，轉(zhuǎn)速設(shè)定為 110 ?120r/min ；
(3)待上述反應(yīng)釜內(nèi)混合物的pH為6.5?7.0時(shí)，減壓至標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，溫度降為28?35°C，靜置4?8h后出料，將所得的出料物放入離心機(jī)中進(jìn)行離心分離，得離心物，將所得的離心物與水按固液比1: 3進(jìn)行混合放入容器中，然后使用溫度為200?230°C的過(guò)熱蒸汽對(duì)其加熱20?30min ；
(4)待上述加熱結(jié)束后，向其中分別加入100?200mL脂肪醇聚氧乙烯醚、160?190g碳酸氫銨和10?20g異丁基三乙氧基硅烷攪拌均勻，然后向其中加入300?400mL正丙醇，在溫度為120?160°C，頻率為25?30kHz的超聲波下，攪拌3?7h，在攪拌過(guò)程中使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%的氫氧化鈉溶液或質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的鹽酸溶液保證其pH為6.5?7.5 ;
(5)待上述攪拌結(jié)束后過(guò)濾，使用去離子水對(duì)過(guò)濾物進(jìn)行沖洗2?4次，然后與水按照固液比1:5，在轉(zhuǎn)速1000?1200r/min下，攪拌10?15min后，得白炭黑漿料，將所得的白炭黑漿料經(jīng)離心噴霧干燥后，得改性白炭黑。
[0006]本發(fā)明的改性白炭黑熔點(diǎn)為1490?1580°C，化學(xué)活性好，補(bǔ)強(qiáng)效果好，密度為2.8?3.0g/mL，耐老化性能好、壓縮永久變形低和高定伸性能。
[0007]本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是:
(1)本發(fā)明生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)需使用大量有機(jī)溶劑，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，改性成本低；
(2)所得產(chǎn)品后期處理簡(jiǎn)單，處理效果明顯，改性均勻，具有耐老化性能好、壓縮永久變形低和高定伸性能等特點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0008]首先取1?3g花崗巖放入石料磨粉機(jī)中進(jìn)行粉碎，過(guò)篩得80?100目顆粒，將所得的顆粒放入容器中，向其中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的氫氧化鈉溶液淹沒(méi)顆粒物2?4cm，攪拌30?40min，再靜置1?2h后，過(guò)濾得過(guò)濾物；再稱(chēng)取400?600g上述過(guò)濾物放入50L反應(yīng)釜中，向其中加入質(zhì)量濃度為70?75%的硫酸溶液淹沒(méi)過(guò)濾物4?6cm，使用混合氣體對(duì)反應(yīng)釜進(jìn)行加壓至1?2MPa，所述混合氣體為氟氣、氮?dú)夂脱鯕獍大w積比1:5:2混合而成，緩慢攪拌升溫至60?70°C，升溫速度為10°C /h，轉(zhuǎn)速設(shè)定為110?120r/min ;待上述反應(yīng)釜內(nèi)混合物的pH為6.5?7.0時(shí)，減壓至標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，溫度降為28?35°C，靜置4?8h后出料，將所得的出料物放入離心機(jī)中進(jìn)行離心分離，得離心物，將所得的離心物與水按固液比1:3進(jìn)行混合放入容器中，然后使用溫度為200?230°C的過(guò)熱蒸汽對(duì)其加熱20?30min ;然后待上述加熱結(jié)束后，向其中分別加入100?200mL脂肪醇聚氧乙稀醚、160?190g碳酸氫銨和10?20g異丁基三乙氧基硅烷攪拌均勻，然后向其中加入300?400mL正丙醇，在溫度為120?160°C，頻率為25?30kHz的超聲波下，攪拌3?7h，在攪拌過(guò)程中使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%的氫氧化鈉溶液或質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的鹽酸溶液保證其pH為6.5?7.5 ;最后待上述攪拌結(jié)束后過(guò)濾，使用去離子水對(duì)過(guò)濾物進(jìn)行沖洗2?4次，然后與水按照固液比1:5，在轉(zhuǎn)速1000?1200r/min下，攪拌10?15min后，得白炭黑漿料，將所得的白炭黑漿料經(jīng)離心噴霧干燥后，得改性白炭黑。
[0009]實(shí)例1
首先取lg花崗巖放入石料磨粉機(jī)中進(jìn)行粉碎，過(guò)篩得80目顆粒，將所得的顆粒放入容器中，向其中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的氫氧化鈉溶液淹沒(méi)顆粒物2cm，攪拌30min，再靜置lh后，過(guò)濾得過(guò)濾物；再稱(chēng)取400g上述過(guò)濾物放入50L反應(yīng)釜中，向其中加入質(zhì)量濃度為70%的硫酸溶液淹沒(méi)過(guò)濾物4cm，使用混合氣體對(duì)反應(yīng)爸進(jìn)行加壓至IMPa，所述混合氣體為氟氣、氮?dú)夂脱鯕獍大w積比1:5:2混合而成，緩慢攪拌升溫至60°C，升溫速度為10°C /h，轉(zhuǎn)速設(shè)定為110r/min ;待上述反應(yīng)爸內(nèi)混合物的pH為6.5時(shí)，減壓至標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，溫度降為28°C，靜置4h后出料，將所得的出料物放入離心機(jī)中進(jìn)行離心分離，得離心物，將所得的離心物與水按固液比1:3進(jìn)行混合放入容器中，然后使用溫度為200°C的過(guò)熱蒸汽對(duì)其加熱