一种制备改性白炭黑的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制备改性白炭黑的方法，属于白炭黑改性技术领域。
【背景技术】
[0002]白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅和超细二氧化硅凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。白炭黑是多孔性物质，其组成可用Si02.ηΗ20表示，其中ηΗ20是以表面羟基的形式存在。能溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和酸(氢氟酸除外)。耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性。由于白炭黑内部的聚硅氧和外表面存在的活性硅醇基及其吸附水，使其呈亲水性，在有机相中难以湿润和分散，而且，由于其表面存在羟基，表面能较大，聚集体总倾向于凝聚，因而产品的应用性能受到影响。如在橡胶硫化系统中，未改性的白炭黑不能很好地在聚合物中分散，填料、聚合物之间很难形成偶联键，从而降低硫化效率和补强性能。白炭黑的表面改性是利用一定的化学物质通过一定的工艺方法使白炭黑的表面羟基与化学物质发生反应，消除或减少其表面活性硅醇基的量，使产品由亲水变为疏水，增大其在聚合物中的分散性。
[0003]目前白炭黑的改性方法主要有三种，即干法改性、湿法改性和热压改性。湿法改性具有改性剂用量少，改性成本低，但因使用大量有机溶剂导致产品后期处理复杂，易造成环境污染。干法改性避免得了湿法改性使用有机溶剂的缺点，具有工艺简单，处理量大，后处理简单，反应效率高，但是操作条件严格，改性剂用量大，改性成本高，改性不均匀的缺点。而热压法改性存在能耗高，设备要求高，处理量相对较小，改性剂用量大，改性不均匀的缺点。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题:针对湿法改性过程中需使用大量的有机溶剂，干法改性过程中改性剂用量大，热压法改性设备要求高，处理量较小，导致产品后期处理复杂，对环境造成污染，改性成本高、能耗高，改性不均匀的弊端，提供了一种制备改性白炭黑的方法，本发明以花岗岩为原料，通过氢氧化钠溶液等浸泡去除杂质，同时对原材料进行初步改性，在混合气体的保护下，制备出初步改性白炭黑，再通过加入碳酸氢铵、脂肪醇聚氧乙烯醚等物质，在高温、紫外灯的照射下，生成改性白炭黑粗品，最终经水洗，干燥得到改性白炭黑。所得产品化学活性好，生产成本低，改性均匀，对环境无污染，能耗低。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是:
(1)取1?3g花岗岩放入石料磨粉机中进行粉碎，过筛得80?100目颗粒，将所得的颗粒放入容器中，向其中加入质量分数为60%的氢氧化钠溶液淹没颗粒物2?4cm，搅拌30?40min，再静置1?2h后，过滤得过滤物；
(2)称取400?600g上述过滤物放入50L反应釜中，向其中加入质量浓度为70?75%的硫酸溶液淹没过滤物4?6cm，使用混合气体对反应爸进行加压至1?2MPa，所述混合气体为氟气、氮气和氧气按体积比1:5:2混合而成，缓慢搅拌升温至60?70°C，升温速度为10 °C /h，转速设定为 110 ?120r/min ；
(3)待上述反应釜内混合物的pH为6.5?7.0时，减压至标准大气压，温度降为28?35°C，静置4?8h后出料，将所得的出料物放入离心机中进行离心分离，得离心物，将所得的离心物与水按固液比1: 3进行混合放入容器中，然后使用温度为200?230°C的过热蒸汽对其加热20?30min ；
(4)待上述加热结束后，向其中分别加入100?200mL脂肪醇聚氧乙烯醚、160?190g碳酸氢铵和10?20g异丁基三乙氧基硅烷搅拌均匀，然后向其中加入300?400mL正丙醇，在温度为120?160°C，频率为25?30kHz的超声波下，搅拌3?7h，在搅拌过程中使用质量分数为45%的氢氧化钠溶液或质量分数为60%的盐酸溶液保证其pH为6.5?7.5 ;
(5)待上述搅拌结束后过滤，使用去离子水对过滤物进行冲洗2?4次，然后与水按照固液比1:5，在转速1000?1200r/min下，搅拌10?15min后，得白炭黑浆料，将所得的白炭黑浆料经离心喷雾干燥后，得改性白炭黑。
[0006]本发明的改性白炭黑熔点为1490?1580°C，化学活性好，补强效果好，密度为2.8?3.0g/mL，耐老化性能好、压缩永久变形低和高定伸性能。
[0007]本发明与其他方法相比，有益技术效果是:
(1)本发明生产过程中无需使用大量有机溶剂，对环境无污染，改性成本低；
(2)所得产品后期处理简单，处理效果明显，改性均匀，具有耐老化性能好、压缩永久变形低和高定伸性能等特点。
【具体实施方式】
[0008]首先取1?3g花岗岩放入石料磨粉机中进行粉碎，过筛得80?100目颗粒，将所得的颗粒放入容器中，向其中加入质量分数为60%的氢氧化钠溶液淹没颗粒物2?4cm，搅拌30?40min，再静置1?2h后，过滤得过滤物；再称取400?600g上述过滤物放入50L反应釜中，向其中加入质量浓度为70?75%的硫酸溶液淹没过滤物4?6cm，使用混合气体对反应釜进行加压至1?2MPa，所述混合气体为氟气、氮气和氧气按体积比1:5:2混合而成，缓慢搅拌升温至60?70°C，升温速度为10°C /h，转速设定为110?120r/min ;待上述反应釜内混合物的pH为6.5?7.0时，减压至标准大气压，温度降为28?35°C，静置4?8h后出料，将所得的出料物放入离心机中进行离心分离，得离心物，将所得的离心物与水按固液比1:3进行混合放入容器中，然后使用温度为200?230°C的过热蒸汽对其加热20?30min ;然后待上述加热结束后，向其中分别加入100?200mL脂肪醇聚氧乙稀醚、160?190g碳酸氢铵和10?20g异丁基三乙氧基硅烷搅拌均匀，然后向其中加入300?400mL正丙醇，在温度为120?160°C，频率为25?30kHz的超声波下，搅拌3?7h，在搅拌过程中使用质量分数为45%的氢氧化钠溶液或质量分数为60%的盐酸溶液保证其pH为6.5?7.5 ;最后待上述搅拌结束后过滤，使用去离子水对过滤物进行冲洗2?4次，然后与水按照固液比1:5，在转速1000?1200r/min下，搅拌10?15min后，得白炭黑浆料，将所得的白炭黑浆料经离心喷雾干燥后，得改性白炭黑。
[0009]实例1
首先取lg花岗岩放入石料磨粉机中进行粉碎，过筛得80目颗粒，将所得的颗粒放入容器中，向其中加入质量分数为60%的氢氧化钠溶液淹没颗粒物2cm，搅拌30min，再静置lh后，过滤得过滤物；再称取400g上述过滤物放入50L反应釜中，向其中加入质量浓度为70%的硫酸溶液淹没过滤物4cm，使用混合气体对反应爸进行加压至IMPa，所述混合气体为氟气、氮气和氧气按体积比1:5:2混合而成，缓慢搅拌升温至60°C，升温速度为10°C /h，转速设定为110r/min ;待上述反应爸内混合物的pH为6.5时，减压至标准大气压，温度降为28°C，静置4h后出料，将所得的出料物放入离心机中进行离心分离，得离心物，将所得的离心物与水按固液比1:3进行混合放入容器中，然后使用温度为200°C的过热蒸汽对其加热