一種利用高鋁粉煤灰制備疏水性白炭黑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種利用高鋁粉煤灰制備疏水性白炭黑產(chǎn)品的方法，涉及硅橡膠模具膠制品、飼料添加劑、農(nóng)藥、膠粘劑、塑料功能性用母粒如PP (聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PVC (聚氯乙烯)PP母粒、塑料EVA開口劑等合成技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]高鋁粉煤灰是近幾年來在我國內(nèi)蒙古中西部和山西北部等煤電地區(qū)，發(fā)現(xiàn)的一種特殊的粉煤灰類型。據(jù)統(tǒng)計，僅鄂爾多斯地區(qū)年產(chǎn)高鋁粉煤灰的量可高達3000萬噸，而遠景儲量高達300億噸以上。目前，高鋁粉煤灰就地利用率非常低，大部分企業(yè)將灰隨意堆放，既占用大量的場地、增加成本、還會揚塵造成二次污染。因此，在資源匱乏的今天，從粉煤灰中提取二氧化硅是使粉煤灰變廢為寶、綜合利用的有效途徑，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。
[0003]沉淀法白炭黑也稱水合二氧化硅，化學式S12.ηΗ20,以無定形態(tài)的微孔粉體形式存在，具有獨特的物理化學性能，如質(zhì)輕、多孔、孔容積大、具有粒徑小、比表面積大、電絕緣性、穩(wěn)定性、補強性、吸附性、增稠性、分散性等，廣泛應用于硅橡膠，塑料，醫(yī)藥，涂料，日用化工，催化劑載體，高分子復合材料，電子封裝材料，精密陶瓷材料等許多行業(yè)。特別是近年來，白炭黑在軍事、通訊、電子、激光技術(shù)等領(lǐng)域有了越來越廣泛的作用。這種方法制備的白炭黑外表面同樣存在大量活性硅醇基、內(nèi)部存在聚硅氧基團，使其呈親水性，對有機相的親合性、分散性差，限制了本發(fā)明的白炭黑的應用領(lǐng)域，因此要對白炭黑進行不同程度的疏水性能控制。
[0004]近年來，廣大科研工作者致力于尋找合適的改性劑對白炭黑進行疏水改性，如專利201310123633.7公開了 “一種疏水性白炭黑的制備方法”，該方法采用高分子改性乳化劑對白炭黑進行疏水改性，實現(xiàn)了白炭黑具有較好的疏水性能的同時具有消泡性能，但是改性劑的添加量較大，經(jīng)濟成本較高；專利201310306588.9公開了 “一種疏水白炭黑的制備方法”;專利20120056893.2公開了一種“超疏水性納米白炭黑膜及白炭黑粉末的制備方法”;專利200610009608.6公開了一種“疏水白炭黑的制備方法”;專利200610151144.2公開了一種“疏水白炭黑及其制備方法”;專利94193657.0公開了一種“疏水白炭黑”的制備方法。
[0005]然而，上述所公開的疏水白炭黑的制備方法中，均存在一定的缺點和弊端。工藝流程應用控制適應性差，產(chǎn)品范圍適應小、操作成本高。因此，從工業(yè)應用價值和實用性出發(fā)，有必要開發(fā)一種工藝流程適應性好、可控、連續(xù)、操作成本低、沒有環(huán)境污染的疏水白炭黑改性工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明技術(shù)解決問題:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種以高鋁粉煤灰為原料，經(jīng)堿溶脫硅、高壓提模處理后所得母液制備功能性疏水白炭黑的方法，抑制了粒子提前團聚，降低了產(chǎn)品的粒徑；增加了核晶形成孔容，提高了核晶形成的比表面積；顯現(xiàn)不同功能性，拓寬了功能性用納米級疏水性二氧化硅產(chǎn)品的應用領(lǐng)域。
[0007]具體工藝步驟如下:
[0008]1、以高鋁粉煤灰為原料，其氧化鋁的含量達40?50%，將高鋁粉煤灰與堿溶液進行堿溶脫硅反應得到的脫硅液；堿溶液的濃度80?180g/L，粉煤灰的固含為25?40wt%，將混合物料加熱至80?120°C，在該溫度下反應30?90min，經(jīng)精制過濾、分離制得模數(shù)為
0.4?1.5的脫硅液；
[0009]2、粉煤灰堿溶脫硅液壓力提模:將粉煤灰堿溶脫硅液置于壓力反應釜中進行提模反應，獲得模數(shù)在2.0?3.0范圍內(nèi)的提模脫硅液；
[0010]3、反應溶液的配制:將步驟(2)制得的提模脫硅液加精制水，即電導率< 10us/cm的水，配制成Na2O濃度為0.70?1.25mol/L的水溶液；將硫酸配制成H2SO4濃度為50?93wt% ；
[0011]4、兩段加熱、兩步反應硫酸沉淀法制備改性用納米級二氧化硅母料:將精制水按總質(zhì)量的50?60wt%范圍經(jīng)計量輸入酸化反應爸,加入步驟(3)調(diào)配的提模脫娃液按加入精制水質(zhì)量的8?9wt%計量加入釜內(nèi)，配置為Na2O濃度0.080?0.090mol/L,并添加分散劑，攪拌速度為50?200r/min，第一段加熱至45?55°C，在該溫度下滴加步驟(3)制得的提模脫硅液與硫酸溶液，進行沉淀反應45?60min，停止滴加提模脫硅液與硫酸溶液，pH值
10.0?11.0，停止攪拌陳化1min ;第二段快速加熱攪拌至82?92°C，在該溫度下并流加入步驟(3)制得的提模脫娃液、硫酸溶液進行第二步并流沉淀法反應,反應10?30min,停止加提模脫硅液，繼續(xù)酸化反應pH值終點:pH值9.0?9.5 ;在該段溫度下調(diào)節(jié)硫酸的流速，控制后酸化反應時間在15?25min，反應pH值控制到3.0?5.0，停止加酸，攪拌熟化10?40min。經(jīng)過濾、洗滌、干燥、超細粉碎獲得需要改性用的納米級二氧化硅母料；
[0012]5、納米級二氧化硅母料干法改性:將步驟(4)得到的納米級二氧化硅母料輸入改性反應釜中，并配有冷凝回流裝置，攪拌速度為50?100r/min，加熱至60?80°C，將甲基硅油、三甲基氯硅烷改性劑、醇類催化劑分別按母料投入質(zhì)量的lwt%? 5wt%同時經(jīng)計量并流滴加入改性釜中與母料反應I?2h ;降低攪拌速度至10?30r/min，提高溫度至110?130°C，回流改性反應3?5h ;提高溫度140?180°C干燥I?5h，得到不同疏水性能的二氧化硅產(chǎn)品。
[0013]步驟5中所述甲基硅油為粘度在10cP?100cP范圍內(nèi)的一種、兩種或多種復配的改性劑。
[0014]步驟5中所述醇類化合物為其中甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、丙三醇的一種、兩種或多種復配的催化劑。
[0015]步驟4中所述的分散劑為脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸、椰子油二乙醇酰胺其中的一種、兩種或多種復配的分散劑。
[0016]步驟2中所述提模反應溫度160?180°C，壓力0.6?0.8MPa，時間2.0?3.0h。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:本發(fā)明以高鋁粉煤灰為原料，經(jīng)堿溶脫硅、高壓提模處理后所得母液制備疏水性白炭黑的方法。采用硫酸沉淀法工藝，采用兩段加熱、兩段反應的分段式控制工藝，兩步沉淀法反應。在底堿溶液中加入分散劑，可控制單硅酸聚合成多硅酸的晶核生成和核晶增長程度，抑制了粒子提前團聚，降低了產(chǎn)品的粒徑。兩步沉淀反應降低了核晶形成的原始粒徑，增加了核晶形成孔容，提高了核晶形成的比表面積。在超細改性白炭黑產(chǎn)品中加入了甲基硅油、三甲基氯硅烷改性劑與醇類催化劑，取代了白炭黑成核基團的內(nèi)外表面存在的聚硅氧基團和活性硅醇基、使其由親水基團變?yōu)椴煌潭鹊挠H油基團，易于與不同有機相相容，顯現(xiàn)不同疏水性能，拓寬了疏水性二氧化硅產(chǎn)品的應用領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明一種利用高鋁粉煤灰制備疏水性白炭黑的方法的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖及具體實施例詳細介紹本發(fā)明。但以下的實施例僅限于解釋本發(fā)明，本發(fā)明的保護范圍應包括權(quán)利要求的全部內(nèi)容，不僅僅限于本實施例。
[0020]實施例1
[0021 ] ( I)以高鋁粉煤灰為原料，其氧化鋁的含量達40?50%，將高鋁粉煤灰與堿溶液進行堿溶脫硅反應得到的脫硅液；堿溶液的濃度80g/L，粉煤灰的固含為40wt%，將混合物料加熱至85°C，在該溫度下反應90min，經(jīng)精制過濾、分離制得模數(shù)為0.4的脫硅液；
[0022](2)粉煤灰堿溶脫硅液壓力提模:將粉煤灰堿溶脫硅液置于壓力反應釜中進行提模反應，獲得模數(shù)在2.5范圍內(nèi)的提模脫硅液；
[0023](3)反應溶液的配制:將步驟(2)制得的提模脫硅液加精制水，即電導率< 1us/cm的水,配制成Na2O濃度為1.000mol/L的水溶液；將硫酸配制成H2SO4濃度為93wt% ；
[0024](4)兩段加熱、兩步反應硫酸沉淀法制備改性用納米級二氧化硅母料:將精制水按總質(zhì)量的50wt%范圍經(jīng)計量輸入酸化反應釜，加入步驟(3)調(diào)配的提模脫硅液按加入精制水質(zhì)量的8wt%計量加入釜內(nèi)，配置為Na2O濃度0.085mol/L,并添加2.5wt%脂肪醇聚氧乙烯醚分散劑，攪拌速度為lOOr/min，第一段加