一種制備白炭黑漿液的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制備白炭黑漿液的方法。將模數(shù)為2.4～3.8，質(zhì)量濃度為5％～25％的水玻璃溶液，加入水玻璃溶液質(zhì)量的0.01％～0.1％季銨鹽，在攪拌速度為50m/min～300m/min和溫度為40～90℃條件下通入二氧化碳制備白炭黑，pH值降低至9以下，保持二氧化碳氣氛陳化1～2h，固液分離，得到白炭黑漿液。本發(fā)明制備白炭黑漿液其優(yōu)點在于設備要求簡單，加入季銨鹽能提高白炭黑的疏水性，有效防止白炭黑二次聚集，提高與橡膠的親和性，其工藝特點適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，原料簡單易得，價格低廉，生成產(chǎn)品尺寸小、分布均勻，符合橡膠用白炭黑各項性能指標，具有較好的經(jīng)濟效益。
【專利說明】一種制備白炭黑漿液的方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備白炭黑漿液的方法。本發(fā)明采用二氧化碳與水玻璃溶液溶液反應制備白炭黑漿液，本發(fā)明方法反應效率高且滿足環(huán)保需求。
技術(shù)背景
[0002]隨著綠色輪胎概念的提出，人們對于輪胎填料的要求也越發(fā)提高，目前，作為轎車輪胎只要填料的白炭黑要求越來越高。常規(guī)生產(chǎn)白炭黑的方法主要有氣相法和沉淀法。而沉淀法白炭黑因為生產(chǎn)工藝簡單、成本低、產(chǎn)量大而被廣泛使用。
[0003]沉淀法白炭黑是指以硫酸、鹽酸、二氧化碳與硅酸鈉溶液為基本原料。傳統(tǒng)白炭黑工業(yè)上使用的沉淀法主要使用的硫酸和水玻璃溶液為原料生產(chǎn)白炭黑。但由于硫酸存在著對設備的腐蝕嚴重，對環(huán)境污染等缺點。采用碳酸法制備白炭黑，主要由二氧化碳和水玻璃溶液反應制備白炭黑，這種方法避免了工藝過程中過量強酸及鹽的直接排放，可經(jīng)濟回收利用，減少污染。
[0004]專利200910175259和專利201110026112專利都介紹了在水相中二氧化碳與硅酸鈉反應制備白炭黑的方法，二者雖然在廢物回收利用、經(jīng)濟環(huán)保方面有一定效果，但是其反應周期長、終點難以控制等不足卻暴露無遺。專利201310165170中介紹了一種低模數(shù)水玻璃溶液碳化沉淀法制備白炭黑的方法，但其應用范圍狹窄，較大地浪費水資源。專利200510028053.5介紹了一種使用噴霧干燥白炭黑的工藝，但其工藝使用了硫酸作為原料，對環(huán)境有較大的污染。
[0005]碳酸法制備白炭黑過程中，反應完成后還需要對反應液進行洗滌、壓濾、打漿和干燥等工藝。這種的處理工藝過程中，往往會造成大量水的浪費，因此，生產(chǎn)白炭黑過程中，控制水的用量尤為重要。通常來說，白炭黑的干燥過程中往往會出現(xiàn)白炭黑成品中含凝膠等情況，使得白炭黑的品質(zhì)下降，以及分散不良等問題，從而困擾了白炭黑的品質(zhì)。
[0006]傳統(tǒng)的硫酸制備白炭黑工藝中，當想水玻璃溶液中加入酸溶液時，體系的堿度下降，從而誘發(fā)了娃酸根的聚合反應，娃酸鈉的一ONa轉(zhuǎn)化為一0H,是一種高比表面的微粒，在它的表面吸附有大量的水，如果失水，這種硅-氧結(jié)合就會迅速發(fā)生，形成S1-O-Si結(jié)構(gòu)，迅速增大成粗大的顆粒。一般酸凝體系中，所選用的表面活性劑不能起到將硅酸鈉中S1-O-Si結(jié)構(gòu)終止增大，從而導致了二氧化硅的增長，增大了白炭黑的二次聚集，同時也降低了白炭黑與橡膠的親和性，這是為何大部分的白炭黑難以在橡膠等材料中均勻分散的原因。
[0007]而季銨鹽作為一種陽離子型表面活性劑，與帶負電的二氧化硅膠粒產(chǎn)生靜電吸附，同時會發(fā)生取代硅酸鈉中的鈉離子，阻礙了硅氧聯(lián)結(jié)的形成，這樣使得粒子間既有靜電效應又有空間位阻效應，從而使得粒子高度分散的穩(wěn)定狀態(tài)，降低了白炭黑的親水性，防止了納米粒子的二次團聚。
[0008]但在硫酸體系中添加季銨鹽時，由于大量的H+存在，季銨鹽根本不能夠作為白炭黑的分子量調(diào)節(jié)劑存在，也就意味著硫酸的體系不適合添加季銨鹽來制備白炭黑。[0009]但在二氧化碳制備白炭黑的工藝中，由于二氧化碳和硅酸鈉發(fā)生發(fā)生產(chǎn)生的是碳酸鈉或者碳酸氫鈉，在弱堿性的體系中，季銨鹽卻是能夠完全地和硅酸鈉作用，取代了硅酸鈉中的鈉離子，起到了封端的作用，同時由于季銨鹽中存在著較好的親和性，使用季銨鹽制備白炭黑，降低白炭黑的親水性，提高了白炭黑在橡膠中的親和性，改善了白炭黑的分散性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明采用通入二氧化碳與水玻璃溶液反應制備白炭黑漿液的方法。
[0011]一種制備白炭黑漿液的方法，其特征在于:將模數(shù)為2.4~3.8，質(zhì)量濃度為5%~25 %的水玻璃溶液，加入水玻璃溶液質(zhì)量的0.01 %~0.1 %季銨鹽，在攪拌速度為50m/min~300m/min和溫度為40~9(TC條件下通入二氧化碳制備白炭黑,pH值降低至9以下，保持二氧化碳氣氛陳化I~2h，固液分離，得到白炭黑漿液。
[0012]作為優(yōu)選:所使用的季銨鹽優(yōu)選主鏈含碳數(shù)為12至18的季銨鹽，其與水玻璃溶液質(zhì)量比為0.01%~0.1%ο[0013]有益效果
[0014]本發(fā)明所涉及的方法制備白炭黑漿液，其優(yōu)點在于設備要求簡單，工藝特點適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，原料簡單易得，低成本，生成白炭黑產(chǎn)品尺寸小、分布均勻，符合橡膠用白炭黑各項性能指標；具有較好的經(jīng)濟效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明制得的白炭黑高倍數(shù)SEM電鏡圖，
[0016](a) 30k倍數(shù)電鏡圖(b) 60k倍數(shù)電鏡圖
[0017]圖2為國內(nèi)黑貓牌白炭黑高倍數(shù)SEM電鏡圖
[0018](a) 80k倍數(shù)電鏡圖(b) 80k倍數(shù)電鏡圖
[0019]圖3為德固賽VN3型白炭黑高倍數(shù)SEM電鏡圖。
[0020](a) IOOk倍數(shù)電鏡圖(b) 200k倍數(shù)電鏡圖
[0021]圖4為法國羅地亞1165型高分散性白炭黑
[0022](a) IOOk倍數(shù)電鏡圖(b) 180k倍數(shù)電鏡圖
【具體實施方式】
[0023]實施例1:
[0024]將模數(shù)為2.4的水玻璃溶液，加水配制成1000g質(zhì)量分數(shù)為15%的水玻璃溶液，加入0.4g十二烷基三甲基溴化銨,在70°C加熱下攪拌20min,攪拌速率為100m/min后,均勻攪拌后通入二氧化碳制備白炭黑，充分反應后產(chǎn)品PH值為8.2，陳化2h，固液分離得到白炭黑漿液。采用噴霧干燥，得到白炭黑成品，進行白炭黑性能檢測。
[0025]實施例2:
[0026]將模數(shù)為2.8的水玻璃溶液，加水配制成1000g質(zhì)量分數(shù)為10%的水玻璃溶液，加入0.2g十四烷基三甲基溴化銨,在65°C加熱下攪拌20min,攪拌速率為160m/min后,均勻攪拌后通入二氧化碳制備白炭黑，充分反應后產(chǎn)品PH值為8.4，陳化lh，固液分離得到白炭黑漿液。采用閃蒸干燥，得到白炭黑成品，進行白炭黑性能檢測。
[0027]實施例3:
[0028]將模數(shù)為3.2的水玻璃溶液，加水配制成1000g質(zhì)量分數(shù)為16%的水玻璃溶液，加入0.8g十六烷基三甲基溴化銨,在80°C加熱下攪拌20min,攪拌速率為100m/min后,均勻攪拌后通入二氧化碳制備白炭黑，充分反應后產(chǎn)品PH值為8.5，陳化2h，固液分離得到白炭黑漿液。采用烘箱干燥，得到白炭黑成品，進行白炭黑性能檢測。
[0029]實施例4:
[0030]將模數(shù)為3.8的水玻璃溶液，加水配制成1000g質(zhì)量分數(shù)為5%的水玻璃溶液，加入0.3g十二烷基三甲基氯化銨，在60°C加熱下攪拌20min，攪拌速率為200m/min后，均勻攪拌后通入二氧化碳制備白炭黑，充分反應后產(chǎn)品PH值為8.1，陳化lh，固液分離得到白炭黑漿液。采用微波干燥，得到白炭黑成品，進行白炭黑性能檢測。
[0031]實施例5:
[0032]將模數(shù)為2.6的水玻璃溶液，加水配制成1000g質(zhì)量分數(shù)為8%的水玻璃溶液，加Λ 0.1g十四烷基三甲基氯化銨，在50°C加熱下攪拌20min，攪拌速率為150m/min后，均勻攪拌后通入二氧化碳制備白炭黑，充分反應后產(chǎn)品PH值為8，陳化2h，固液分離得到白炭黑漿液。采用閃蒸干燥，得到白炭黑成品，進行白炭黑性能檢測。
[0033]實施例6:
[0034]將模數(shù)為3.3的水玻璃溶液，加水配制成1000g質(zhì)量分數(shù)為25%的水玻璃溶液，加入Ig十八烷基三甲基溴化銨，在55°C加熱下攪拌20min,攪拌速率為100m/min后,均勻攪拌后通入二氧化碳制備白炭黑，充分反應后產(chǎn)品PH值為8.2，陳化lh，固液分離得到白炭黑漿液。采用噴霧干燥，得到白炭黑成品，進行白炭黑性能檢測。
[0035]實施例7:
[0036]將模數(shù)為3.6的水玻璃溶液，加水配制成1000g質(zhì)量分數(shù)為23%的水玻璃溶液，加入0.6g十六烷基三甲基氯化銨,在40°C加熱下攪拌20min,攪拌速率為100m/min后,均勻攪拌后通入二氧化碳制備白炭黑，充分反應后產(chǎn)品PH值為8.3，陳化lh，固液分離得到白炭黑漿液。采用閃蒸干燥，得到白炭黑成品，進行白炭黑性能檢測。
[0037]實施例8:
[0038]將模數(shù)為3.0的水玻璃溶液，加水配制成1000g質(zhì)量分數(shù)為11 %的水玻璃溶液，加入0.4g十二烷基四甲基氯化銨，在75°C加熱下攪拌20min,攪拌速率為300m/min后,均勻攪拌后通入二氧化碳制備白炭黑，充分反應后產(chǎn)品PH值為8.4，陳化2h，固液分離得到白炭黑漿液。采用烘箱干燥，得到白炭黑成品，進行白炭黑性能檢測。
[0039]實施例9:
[0040]將模數(shù)為3.4的水玻璃溶液，加水配制成1000g質(zhì)量分數(shù)為14%的水玻璃溶液，加入0.8g十八烷基三甲基氯化銨，在55°C加熱下攪拌20min，攪拌速率為150m/min后，均勻攪拌后通入二氧化碳制備白炭黑，充分反應后產(chǎn)品PH值為8.3，陳化lh，固液分離得到白炭黑漿液。采用烘箱干燥，得到白炭黑成品，進行白炭黑性能檢測。
[0041]實施例10:
[0042]將模數(shù)為3.1的水玻璃溶液，加水配制成1000g質(zhì)量分數(shù)為6%的水玻璃溶液，加入0.2g十四烷基四甲基氯化銨，在80°C加熱下攪拌20min，攪拌速率為250m/min后，均勻攪拌后通入二氧化碳制備白炭黑，充分反應后產(chǎn)品PH值為8.2，陳化lh，固液分離得到白炭黑漿液。采用噴霧干燥，得到白炭黑成品，進行白炭黑性能檢測。
[0043]實施例11:
[0044]將模數(shù)為2.5的水玻璃溶液，加水配制成1000g質(zhì)量分數(shù)為7%的水玻璃溶液，加Λ 0.1g十二烷基四甲基溴化銨,在85°C加熱下攪拌20min,攪拌速率為250m/min后,均勻攪拌后通入二氧化碳制備白炭黑，充分反應后產(chǎn)品PH值為8.6，陳化lh，固液分離得到白炭黑漿液。采用噴霧干燥，得到白炭黑成品，進行白炭黑性能檢測。
[0045]實施例12:
[0046]將模數(shù)為2.9的水玻璃溶液，加水配制成1000g質(zhì)量分數(shù)為20%的水玻璃溶液，加入0.7g十四烷基四甲基溴化銨，在90°C加熱下攪拌20min,攪拌速率為150m/min后,均勻攪拌后通入二氧化碳制備白炭黑，充分反應后產(chǎn)品PH值為8.5，陳化2h，固液分離得到白炭黑漿液。采用閃蒸干燥，得到白炭黑成品，進行白炭黑性能檢測。
[0047]實施例13:[0048]將模數(shù)為3.7的水玻璃溶液，加水配制成1000g質(zhì)量分數(shù)為12%的水玻璃溶液，加入0.4g十八烷基四甲基溴化銨，在45°C加熱下攪拌20min,攪拌速率為180m/min后,均勻攪拌后通入二氧化碳制備白炭黑，充分反應后產(chǎn)品PH值為8.8，陳化lh，固液分離得到白炭黑漿液。采用噴霧干燥，得到白炭黑成品，進行白炭黑性能檢測。
[0049]實施例14:
[0050]將模數(shù)為2.7的水玻璃溶液，加水配制成1000g質(zhì)量分數(shù)為21 %的硅酸鈉溶液，加入0.3g十八烷基四甲基氯化銨，在70°C加熱下攪拌20min,攪拌速率為50m/min后,均勻攪拌后通入二氧化碳制備白炭黑，充分反應后產(chǎn)品PH值為9，陳化2h，固液分離得到白炭黑漿液。采用噴霧干燥，得到白炭黑成品，進行白炭黑性能檢測。
[0051]實施例15:
[0052]將模數(shù)為3.5的水玻璃溶液，加水配制成1000g質(zhì)量分數(shù)為18%的硅酸鈉溶液，加入0.5g十六烷基四甲基氯化銨，在78°C加熱下攪拌20min,攪拌速率為50m/min后,均勻攪拌后通入二氧化碳制備白炭黑，充分反應后產(chǎn)品PH值為8.5，陳化2h，固液分離得到白炭黑漿液。采用噴霧干燥，得到白炭黑成品，進行白炭黑性能檢測。
[0053]實施例16:
[0054]將模數(shù)為3.2的水玻璃溶液，加水配制成1000g質(zhì)量分數(shù)為9%的水玻璃溶液，加入0.7g十六烷基四甲基溴化銨,在85°C加熱下攪拌20min,攪拌速率為50m/min后,均勻攪拌后通入二氧化碳制備白炭黑，充分反應后產(chǎn)品PH值為8.3，陳化2h，固液分離得到白炭黑漿液。采用噴霧干燥，得到白炭黑成品，進行白炭黑性能檢測。
[0055]對比例1:
[0056]將模數(shù)為3.2的水玻璃溶液，加水配制成1000g質(zhì)量分數(shù)為10%的水玻璃溶液，加入0.2g十六烷基三甲基溴化銨，在70°C加熱下攪拌20min，攪拌速率為50m/min，充分攪拌后加入硫酸制備白炭黑，過濾，洗滌，干燥得到白炭黑。
[0057]表1、實施例中白炭黑性能檢測結(jié)果
[0058]
【權(quán)利要求】
1.一種制備白炭黑漿液的方法，其特征在于:將模數(shù)為2.4~3.8，質(zhì)量濃度為5%~25 %的水玻璃溶液，加入水玻璃溶液質(zhì)量的0.01 %~0.1 %季銨鹽，在攪拌速度為50m/min~300m/min和溫度為40~9(TC條件下通入二氧化碳制備白炭黑,pH值降低至9以下，保持二氧化碳氣氛陳化I~2h，固液分離，得到白炭黑漿液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備白炭黑漿液的方法，其特征在于:所使用季銨鹽為主鏈含碳數(shù)為12至18的季銨鹽。
【文檔編號】C01B33/12GK103936013SQ201410175731
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】王益慶, 張莉, 沈家鋒, 鄧斯奇, 張立群 申請人:北京化工大學