一種雪地輪胎用的高分散性白炭黑的制作工藝的制作方法
【專利摘要】一種雪地輪胎用的高分散性白炭黑的制作工藝，通過合理控制反應(yīng)過程及工藝參數(shù)，得到了一種分散性極高的白炭黑，采用的技術(shù)方案是，所述工藝是以液體硅酸鈉和硫酸為主要原料、以硫酸鹽為輔料，在反應(yīng)釜中控制反應(yīng)溫度反應(yīng)生成所得混合物，并進行提純及造粒。本發(fā)明在現(xiàn)有生產(chǎn)裝置基礎(chǔ)上，不增加設(shè)備投入，不增加人員，不改變原料、只是調(diào)整反應(yīng)參數(shù)的情況下進行。生產(chǎn)的產(chǎn)品具有分散效果好，產(chǎn)品外觀微珠狀均勻，環(huán)保無粉塵。生產(chǎn)過程穩(wěn)定，可實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說明】—種雪地輪胎用的高分散性白炭黑的制作工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種白炭黑的制作工藝，特別是一種雪地輪胎用的高分散性白炭黑的制作工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]白炭黑是現(xiàn)代工業(yè)一種新型的精細(xì)化工產(chǎn)品，隨著科技的進步，它的性能不斷被認(rèn)識，用途不斷在擴大，尤其在汽車輪胎制品中，被廣泛應(yīng)用。這是因為，隨著對輪胎綠色、環(huán)保、安全、乘坐舒適性的要求越來越高，輪胎企業(yè)就必須在輪胎中加入更多的白炭黑，尤其是分散性能更好的白炭黑才能滿足以上要求。冬季輪胎要求對冰面的抓著力更優(yōu)秀，減小冬季冰路面輪胎打滑的現(xiàn)象發(fā)生。目前我國白炭黑水平尚未達到輪胎企業(yè)對此要求的高分散白炭黑的要求，其主要原因是，由于白炭黑的制作工藝的限制，使得白炭黑在橡膠混煉中很難分散開，因此白炭黑對輪胎的改性效果并不是很明顯。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，白炭黑的生產(chǎn)方法有物理法與化學(xué)法，要想得到活性好、補強性高的無定形白炭黑需要采用化學(xué)法?；瘜W(xué)法分為干法熱解和濕法沉淀兩種。干法熱解分為氣相法和電弧法；濕法沉淀分為硫酸、鹽酸、硝酸和二氧化碳沉淀法等。目前，白炭黑生產(chǎn)主要采用氣相法和硫酸、鹽酸沉淀法兩種生產(chǎn)工藝。
[0004]氣相法白炭黑因其生產(chǎn)裝置投資量大，一套裝置產(chǎn)能一般在5000噸以下；加之氣相法白炭黑的生產(chǎn)能耗及綜合成本太高，且未經(jīng)改性處理，粉體應(yīng)用領(lǐng)域窄，由于受原材料、能耗、成本、應(yīng)用領(lǐng)域、產(chǎn)能、技術(shù)等諸多方面因素的影響，因此氣相法白炭黑粉體制備具有局限性。
[0005]而沉淀法制得的白炭黑，常常因為表面含有硅醇基，造成白炭黑的表面極性較大，易被水浸潤，而與有機物、烴類聚合物的相容性不好，極大地降低了使用性能和使用范圍，所以常常需要對其改性，制得改性白炭黑，以增強其性能、擴大其使用范圍。
[0006]從現(xiàn)有沉淀法白炭 黑的合成機理分析，可以將沉淀法白炭黑制備過程歸納為兩類動力學(xué)過程:一是沉淀白炭黑的晶核的生長過程，二是晶核的增長聚集過程。目前，液相沉淀法白炭黑的生產(chǎn)在國內(nèi)均采用稀硫酸兩步法進行:第一步反應(yīng)生成稀硅溶膠、停置熟化一段時間，在稀硅溶膠中逐漸形成晶核，作為第二反應(yīng)的晶種；第二步即用含晶種的溶液作為聚集生長的母液，按一定速度加水玻璃及稀硫酸進行沉淀反應(yīng)，反應(yīng)一定時間后，停加水玻璃，只加稀硫酸進行酸化處理，當(dāng)反應(yīng)液PH值達一定值時，停止加酸，陳化一定時間，然后過濾并用水清洗，脫除Na2SO4后，送干燥、粉碎后得到產(chǎn)品。最后，一般采用干法改性法，對制得的白炭黑進行改性，制得改性白炭黑。
[0007]現(xiàn)有的這種工藝，由于反應(yīng)工藝參數(shù)控制不合理，導(dǎo)致得到的白炭黑產(chǎn)品分散性能較差，不能滿足雪地輪胎對高分散白炭黑的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供了一種雪地輪胎用的高分散性白炭黑的制作工藝，通過合理控制反應(yīng)過程及工藝參數(shù)，得到了一種分散性極高的白炭黑，可廣泛應(yīng)用到防滑及抓地性能要求高的冬季輪胎中。
[0009]本發(fā)明為實現(xiàn)發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是，一種雪地輪胎用的高分散性白炭黑的制作工藝，所述工藝是以液體硅酸鈉和硫酸為主要原料、以硫酸鹽為輔料，在反應(yīng)釜中控制反應(yīng)溫度反應(yīng)生成所得混合物，并進行提純及造粒，關(guān)鍵是:所述在反應(yīng)釜中生成所得混合物的具體步驟包括:
A、原料調(diào)配:調(diào)配密度為1.150-l.250g/cm3的硅酸鹽溶液、稀釋后密度為1.030-l.060g/cm3的硫酸溶液和密度為1.01-1.08g/cm3的硫酸鹽溶液，備用；
B、將上述A中所列密度的硅酸鈉溶液、硫酸鹽溶液及溫度為4(T60°C的熱水調(diào)配成密度為1.05-1.1 g/cm3，之后加入到反應(yīng)釜中，并攪拌直至反應(yīng)結(jié)束形成第一混合溶液；
C、升溫:將上述第一混合溶液加熱至7(T85°C；
D、將步驟A中調(diào)配好的硫酸溶液加入到反應(yīng)釜內(nèi)并攪拌，直至反應(yīng)釜內(nèi)形成PH值為
7.0-8.5的第二混合溶液；
E、再升溫:將上述第二混合溶液加熱至85、5°C；
F、在反應(yīng)釜中同時加入步驟A中調(diào)配好的硅酸鈉溶液和硫酸溶液并攪拌，且保持整個加入過程中，反應(yīng)釜內(nèi)的混合物PH值為7.5-9.0，直至加入和上述B中加入硅酸鈉的量的比值為1:(12-18)；
G、在反應(yīng)釜中繼續(xù)加入硫酸溶液，直至反應(yīng)釜內(nèi)生成PH值為3.4-5.8的反應(yīng)產(chǎn)物。
[0010]本發(fā)明的關(guān)鍵是:通過本發(fā)明生產(chǎn)的產(chǎn)品具有特殊的形態(tài)、粒徑和孔隙率(BET/CTAB)，具有良好的在聚合物中的分散能力，在冬季輪胎的應(yīng)用中可以極大提高輪胎的防滑與抓地性能。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明在現(xiàn)有生產(chǎn)裝置基礎(chǔ)上，不增加設(shè)備投入，不增加人員，不改變原料、只是調(diào)整反應(yīng)參數(shù)的情況下進行。生產(chǎn)的產(chǎn)品具有分散效果好，產(chǎn)品外觀微珠狀均勻，環(huán)保無粉塵。生產(chǎn)過程穩(wěn)定，可實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
[0012]本發(fā)明雪地輪胎用高分散白炭黑采用獨特的生產(chǎn)工藝，控制白炭黑的原生粒子，生成白炭黑的特殊結(jié)構(gòu)，使其在和橡膠混煉時能更容易的和橡膠分子結(jié)合，以達到分散效果好，混煉后的橡膠性能好。能起到節(jié)油和減少汽車尾氣排放的效果，冰面抓著力提高5%，能起到冰面的防滑效果，保證汽車行駛安全，降低噪音提高乘坐舒適性，滿足了綠色輪胎和雪地輪胎對高分散白炭黑的要求。
【具體實施方式】
[0013]一種雪地輪胎用的高分散性白炭黑的制作工藝，所述工藝是以液體硅酸鈉和硫酸為主要原料、以硫酸鹽為輔料，在反應(yīng)釜中控制反應(yīng)溫度反應(yīng)生成所得混合物，并進行提純及造粒，關(guān)鍵是:所述在反應(yīng)釜中生成所得混合物的具體步驟包括:
A、原料調(diào)配:調(diào)配密度為1.15(Tl.250g/cm3的硅酸鹽溶液、稀釋后密度為1.03(Tl.060g/cm3的硫酸溶液和密度為1.01-1.08g/cm3的硫酸鹽溶液，備用；
B、將上述A中所列密度的硅酸鈉溶液、硫酸鹽溶液及溫度為4(T60°C的熱水調(diào)配成密度為1.05-1.1 g/cm3，之后加入到反應(yīng)釜中，并攪拌直至反應(yīng)結(jié)束形成第一混合溶液；
C、升溫:將上述第一混合溶液加熱至7(T85°C；D、將步驟A中調(diào)配好的硫酸溶液加入到反應(yīng)釜內(nèi)并攪拌，直至反應(yīng)釜內(nèi)形成PH值為7.0?8.5的第二混合溶液；
E、再升溫:將上述第二混合溶液加熱至85、5°C；
F、在反應(yīng)釜中同時加入步驟A中調(diào)配好的硅酸鈉溶液和硫酸溶液并攪拌，且保持整個加入過程中，反應(yīng)釜內(nèi)的混合物PH值為7.5-9.0，直至加入和上述B中加入硅酸鈉的量的比值為1:(12?18)；
G、在反應(yīng)釜中繼續(xù)加入硫酸溶液，直至反應(yīng)釜內(nèi)生成PH值為3.4-5.8的反應(yīng)產(chǎn)物。
[0014]所述步驟D攪拌進行的時間是2600-3000秒。
[0015]所述工藝步驟中的提純具體包括:經(jīng)壓濾洗滌、液化得到固體含量為20-24%的乳狀白炭黑料漿，百分號為重量百分比。
[0016]所述工藝步驟中的造粒具體包括:將提純步驟中得到的乳狀白炭黑漿料經(jīng)高壓泵進行壓力噴霧，并進入干燥塔干燥得到白炭黑顆粒。
[0017]所述壓濾步驟采用的設(shè)備是隔膜壓濾機。
[0018]控制干燥后的白炭黑顆粒水分為4?8%，平均粒徑為250-300μπι。
[0019]所述硫酸鹽是硫酸鉀、或硫酸鈣、或硫酸鈉。
[0020]本發(fā)明在具體實施時，實施例1:
Α、原料調(diào)配:調(diào)配密度為1.15g/cm3的娃酸鹽溶液、稀釋后密度為1.03 g/cm3的硫酸溶液和密度為1.0I g/cm3的硫酸鹽溶液，備用；
B、將上述A中所列密度的硅酸鈉溶液、硫酸鹽溶液及溫度為40°C的熱水調(diào)配成密度為1.05g/cm3，之后加入到反應(yīng)釜中，并攪拌直至反應(yīng)結(jié)束形成第一混合溶液；
C、升溫:將上述第一混合溶液加熱至70°C；
D、將步驟A中調(diào)配好的硫酸溶液加入到反應(yīng)釜內(nèi)并攪拌，直至反應(yīng)釜內(nèi)形成PH值為
7.0的第二混合溶液；
E、再升溫:將上述第二混合溶液加熱至85°C；
F、在反應(yīng)釜中同時加入步驟A中調(diào)配好的硅酸鈉溶液和硫酸溶液并攪拌，且保持整個加入過程中，反應(yīng)釜內(nèi)的混合物PH值為7.5，直至加入和上述B中加入硅酸鈉的量的比值為I:12 ；
G、在反應(yīng)釜中繼續(xù)加入硫酸溶液，直至反應(yīng)釜內(nèi)生成PH值為3.4的反應(yīng)產(chǎn)物。
[0021 ] 之后經(jīng)過提純與造粒過程制成白炭黑。
[0022]實施例2:
A、原料調(diào)配:調(diào)配密度為1.250g/cm3的娃酸鹽溶液、稀釋后密度為1.060 g/cm3的硫酸溶液和密度為1.08g/cm3的硫酸鹽溶液，備用；
B、將上述A中所列密度的硅酸鈉溶液、硫酸鹽溶液及溫度為60°C的熱水調(diào)配成密度為1.1 g/cm3，之后加入到反應(yīng)釜中，并攪拌直至反應(yīng)結(jié)束形成第一混合溶液；
C、升溫:將上述第一混合溶液加熱至85°C；
D、將步驟A中調(diào)配好的硫酸溶液加入到反應(yīng)釜內(nèi)并攪拌，直至反應(yīng)釜內(nèi)形成PH值為
8.5的第二混合溶液；
E、再升溫:將上述第二混合溶液加熱至95°C；
F、在反應(yīng)釜中同時 加入步驟A中調(diào)配好的硅酸鈉溶液和硫酸溶液并攪拌，且保持整個加入過程中，反應(yīng)釜內(nèi)的混合物PH值為9.0，直至加入和上述B中加入硅酸鈉的量的比值為I:18 ；
G、在反應(yīng)釜中繼續(xù)加入硫酸溶液，直至反應(yīng)釜內(nèi)生成PH值為5.8的反應(yīng)產(chǎn)物。
[0023]之后經(jīng)過提純與造粒過程制成白炭黑。
[0024]實施例3:
A、原料調(diào)配:調(diào)配密度為1.2g/cm3的娃酸鹽溶液、稀釋后密度為1.04g/cm3的硫酸溶液和密度為1.05g/cm3的硫酸鹽溶液，備用；
B、將上述A中所列密度的硅酸鈉溶液、硫酸鹽溶液及溫度為50°C的熱水調(diào)配成密度為
1.08 g/cm3，之后加入到反應(yīng)釜中，并攪拌直至反應(yīng)結(jié)束形成第一混合溶液；
C、升溫:將上述第一混合溶液加熱至80°C；
D、將步驟A中調(diào)配好的硫酸溶液加入到反應(yīng)釜內(nèi)并攪拌，直至反應(yīng)釜內(nèi)形成PH值為
7.8的第二混合溶液；
E、再升溫:將上述第二混合溶液加熱至90°C；
F、在反應(yīng)釜中同時加入步驟A中調(diào)配好的硅酸鈉溶液和硫酸溶液并攪拌，且保持整個加入過程中，反應(yīng)釜內(nèi)的混合物PH值為8，直至加入和上述B中加入硅酸鈉的量的比值為I:15 ；
G、在反應(yīng)釜中繼續(xù)加入硫酸溶液，直至反應(yīng)釜內(nèi)生成PH值為5的反應(yīng)產(chǎn)物。
[0025]之后經(jīng)過提純與造粒過程制成白炭黑。
[0026]本發(fā)明中雪地用的高分散白炭黑的指標(biāo)如下:_
【權(quán)利要求】
1.一種雪地輪胎用的高分散性白炭黑的制作工藝，所述工藝是以液體硅酸鈉和硫酸為主要原料、以硫酸鹽為輔料，在反應(yīng)釜中控制反應(yīng)溫度反應(yīng)生成所得混合物，并進行提純及造粒，其特征在于:所述在反應(yīng)釜中生成所得混合物的具體步驟包括: A、原料調(diào)配:調(diào)配密度為1.15(Tl.250g/cm3的硅酸鹽溶液、稀釋后密度為1.03(Tl.060g/cm3的硫酸溶液和密度為1.0-1.08g/cm3的硫酸鹽溶液，備用； B、將上述A中所列密度的硅酸鈉溶液、硫酸鹽溶液及溫度為4(T60°C的熱水調(diào)配成密度為1.05?1.1 g/cm3，之后加入到反應(yīng)釜中，并攪拌直至反應(yīng)結(jié)束形成第一混合溶液； C、升溫:將上述第一混合溶液加熱至7(T85°C； D、將步驟A中調(diào)配好的硫酸溶液加入到反應(yīng)釜內(nèi)并攪拌，直至反應(yīng)釜內(nèi)形成PH值為7.0?8.5的第二混合溶液； E、再升溫:將上述第二混合溶液加熱至85、5°C； F、在反應(yīng)釜中同時加入步驟A中調(diào)配好的硅酸鈉溶液和硫酸溶液并攪拌，且保持整個加入過程中，反應(yīng)釜內(nèi)的混合物PH值為7.5-9.0，直至加入和上述B中加入硅酸鈉的量的比值為1:(12?18)； G、在反應(yīng)釜中繼續(xù)加入硫酸溶液，直至反應(yīng)釜內(nèi)生成PH值為3.5.8的反應(yīng)產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雪地輪胎用的高分散性白炭黑的制作工藝，其特征在于:所述步驟D攪拌進行的時間是260(3000秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雪地輪胎用的高分散性白炭黑的制作工藝，其特征在于:所述工藝步驟中的提純具體包括:經(jīng)壓濾洗滌、液化得到固體含量為2(24%的乳狀白炭黑料漿，百分號為重量百分比。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雪地輪胎用的高分散性白炭黑的制作工藝，其特征在于:所述工藝步驟中的造粒具體包括:將提純步驟中得到的乳狀白炭黑漿料經(jīng)高壓泵進行壓力噴霧，并進入干燥塔干燥得到白炭黑顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雪地輪胎用的高分散性白炭黑的制作工藝，其特征在于:所述壓濾步驟采用的設(shè)備是隔膜壓濾機。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種雪地輪胎用的高分散性白炭黑的制作工藝，其特征在于:控制干燥后的白炭黑顆粒水分為4?8%，平均粒徑為25(300μπι。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雪地輪胎用的高分散性白炭黑的制作工藝，其特征在于:所述硫酸鹽是硫酸鉀、或硫酸鈣、或硫酸鈉。
【文檔編號】C01B33/113GK103435046SQ201310338438
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月6日
【發(fā)明者】王明印, 馬寶亮, 徐剛, 馬躍輝, 劉雅軍, 張入軍 申請人:龍星化工股份有限公司