一种白炭黑及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于白炭黑制备技术领域，设及一种白炭黑及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 白炭黑的化学名称为水合无定形二氧化娃，表面含有娃径基，易吸水而成为聚集 的细粒。具有多孔性、比表面积大、高分散性、质轻、化学稳定性好、耐高溫、不燃烧、电绝缘 性好等优异性能。
[0003] 目前全球70 %的白炭黑用于橡胶工业，是优良的橡胶补强剂，能改善胶接性和耐 磨性，其性能优于普通炭黑。随着环保和节能意识的增强，轮胎生产厂家逐渐应用白炭黑来 取代炭黑。白炭黑胎面胶比炭黑胎面胶的摩擦阻力降低20%左右，起到节能减排的作用，有 利于节能环保，对于轮胎橡胶工业的发展具有重要的现实意义和工业价值。
[0004] 与气相法白炭黑相比较，普通沉淀法生产的白炭黑存在表面娃径基含量高、比表 面积分布宽等问题，导致白炭黑在橡胶胶料中的分散性不高且易团聚，使橡胶抗撕裂强度、 耐磨性等性能下降，影响了轮胎使用寿命及安全性。因此需要改进传统的工艺条件W制备 出高分散性的沉淀法白炭黑。 阳0化]CN102951649A公开了一种改性沉淀法白炭黑的制备方法，首先在反应器中加入10%~50%的液体娃酸钢；再向反应器中同时加入剩余50%~90%的娃酸钢和与全部娃 酸钢等摩尔量的浓度为10%~30 %的硫酸水溶液，并加入改性剂十二烷基硫酸钢或硬脂 酸或硬脂酸锋，升溫至50°C~95°C，在揽拌下反应1~化；然后用氨水调节PH值到7~ 9,同时加入沉降剂十二水合硫酸侣钟，继续反应0. 5~化；最后将反应生成物进行水洗、抽 滤，并进行干燥，得到改性沉淀法白炭黑。利用该发明方法仅改善了白炭黑的分散性，并未 介绍白炭黑的具体结构度值也未公开该方法对于白炭黑其他性能的改善。
[0006] CN102092721A公开了硫酸沉淀法制备白炭黑的方法，是W娃酸钢为原料，利用 硫酸为沉淀剂，通过表面活性剂和助分散剂调控娃酸根的水解速率与娃酸分子的聚合度制 备高品质的纳米级白炭黑。在该发明中选用烷基苯横酸盐或聚合醇类作为表面活性剂，有 机小分子酬类或有机小分子醇类作为助分散剂，并且其作用为调控娃酸根的水解速率与娃 酸分子的聚合度，从而控制白炭黑的品质，但是由此制备的白炭黑的吸油值仅为1.90cmV 邑，结构度仍然较低。
[0007] 因此，在本领域，期望能够制备一种具有高分散性W及更高结构度的具有优良综 合性能的白炭黑。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种白炭黑及其制备方法和应用。
[0009] 为达到此发明目的，本发明采用W下技术方案：
[0010] 一方面，本发明提供了一种白炭黑的制备方法，所述方法包括在利用沉淀法制备 白炭黑的过程中加入烷基糖巧作为分散剂。
[0011] 在制备过程中添加烷基糖巧运种非离子表面活性剂，对沉淀的二氧化娃水合物表 面形成了包覆，阻止二氧化娃粒子之间的团聚，保证产物具有高的分散性和高结构度。从而 可W使得制备得到的白炭黑在应用于橡胶制品时，有效防止凝胶的产生，进而提高白炭黑 与橡胶分子的相容性。
[0012] 此外，由于烷基糖巧的加入，使得白炭黑的其他性能，例如拉伸应力应变性能、n 尼粘度W及硫化特性等得到一定程度的改善，使得白炭黑具有优良的综合性能。
[0013] 烷基糖巧，简称APG，是由脂肪醇和葡萄糖合成的，是一种性能较全面的新型非离 子表面活性剂，兼具普通非离子和阴离子表面活性剂的特性，具有高表面活性、良好的生态 安全性和相溶性，是国际公认的首选"绿色"功能性表面活性剂，其分子通式如下：
[0014]
[0015]其中R为Cs18,n= 1~8。
[0016] 在本发明所述白炭黑的制备方法中，所述烷基糖巧的加入量为白炭黑理论产量 的 0. 16 ~4%，例如 0. 16%、0. 18%、0. 2%、0. 5%、0. 8%、1%、1. 3%、1. 5%、1. 8%、2%、 2. 3%、2. 5%、2. 8%、3%、3. 3%、3. 5%、3.8%或 4%，优选为 2 ~4%，进一步优选为 2%。
[0017] 在本发明所述白炭黑的制备方法中，所述烷基糖巧的平均聚合度为1. 2~1. 8,例 如 1. 2、1. 3、1. 4、1. 5、1. 6、1. 7 或 1.8。
[0018] 本发明所述白炭黑的制备方法包括W下步骤：将水玻璃溶液与烷基糖巧加入反应 蓋，升溫至85~95°C，滴加硫酸溶液，进行沉淀反应，反应结束后，调节抑值至5~6,进行 陈化反应，得到所述白炭黑。
[0019] 在本发明所述白炭黑的制备方法中，所述水玻璃的模数为3. 2~3. 5,例如3. 2、 3. 3、3. 4 或 3. 5。
[0020] 优选地，所述水玻璃溶液中Si〇2的摩尔浓度为0. 67~2.Olmol/l，例如0. 67mol/ LO. 70mol/X、0. 75mol/X、0. 78mol/X、0. 8mol/L、0. 85mol/L、0. 9mol/X、0. 95mol/X、l.Omol/ L、I. 2mol/L、I. 4mol/L、I.6mol/L、I.8mol/L、I. 9mol/L、2.Omol/L或 2.Olmol/L，优选为 I. 34mol/L。
[0021] 在本发明所述白炭黑的制备方法中，所述硫酸溶液的摩尔浓度为I. 5~3. 5mol/ L，例女曰 1. 5mol/L、1. 55mol/L、1.6mol/L、1. 7mol/L、1.8mol/L、1. 9mol/L、2. 0mol/L、2. 2mol/ L、2. 4mol/L、2. 5mol/L、2. 6mol/L、2. 8mol/L、3. 0mol/L、3.lmol/L、3. 2mol/L、3.3mol/L、 3. 4mol/L或 3. 5mol/l，优选 2. 5mol/L。
[0022] 优选地，所述硫酸溶液用量与水玻璃溶液的体积比为1:3~9，例如1:3、1:4、1:5、 1:6、1:7、1:8 或 1:9,优选为 1:6. 02。
[0023] 在本发明所述白炭黑的制备方法中，所述沉淀反应的溫度为85~95°C，例如 85°(：、86°(：、87°(：、88°(：、89°(：、90°(：、91°(：、92°(：、93°(：、94°(：或95°(：，优选为85~90°(：，进一 步优选为90°C。
[0024] 优选地，所述沉淀反应的时间为70~130min，例如70min、75min、78min、80min、 83min、85min、88min、90min、92min、95min、98min、lOOmin、105min、lOSmin、llOmin、115min、 118min、120min、122min、125min、128min或 130min，优选为IOO~130min，进一步优选为 lOOmin。 阳0巧]优选地，陈化反应的溫度为85~95 °C，例如85°C、86 °C、87 °C、88°C、89 °C、90 °C、 9rC、92°C、93°C、94°C或 95°C，优选为 85 ~90°C，进一步优选为 90°C。
[0026]优选地，陈化反应的时间为 20 ~50min，例如 20min、23min、25min、28min、30min、 33min、35min、38min、40min、42min、45min、48min或 50min,优选为 30min。
[0027] 在本发明所述白炭黑的制备方法中，在陈化反应结束后，进行水洗、分离、干燥得 到所述白炭黑。
[0028] 优选地，所述分离采用过滤或离屯、实现。
[0029]优选地，所述干燥溫度为 95 ~115°C，例如 95°C、98°C、100°C、103°C、105°C、 108°C、110°C、113°C或 115°C。
[0030] 作为本发明的优选技术方案，所述白炭黑的制备方法包括W下步骤：将水玻璃溶 液与用量为白炭黑理论产量的0. 16~4%的烷基糖巧加入反应蓋，升溫至85~95°C，滴加 与水玻璃溶液的体积比为1:3~9的1. 5~3. 5mol/L硫酸溶液，在85~95°C下进行沉淀 反应，反应70~130min后，调节抑值至5~6,在85~95°C下进行陈化20~50min，而后 水洗、分离、干燥得到所述白炭黑。
[0031] 作为进一步的优选技术方案，本发明所述白炭黑的制备方法包括W下步骤：
[0032] 将水玻璃溶液与用量为白炭黑理论产量的2%的烷基糖巧加入反应蓋，升溫至 90°C，滴加与水玻璃溶液的体积比为1:6. 02的2. 5mol/L硫酸溶液，在90°C下进行沉淀反 应，反应IOOmin后，调节抑值至5~6,在90°C下进行陈化30min，而后水洗、分离、干燥得 到所述白炭黑。
[0033] 本发明所使用的术语"水玻璃"可替换为"娃酸钢"。
[0034] 本发明只需一步反应就可W得到白炭黑产物，避免了传统两步反应中工艺繁琐等 问题，且制备出的白炭黑产品具有分散性好、结构度高W及补强性高等优势。
[0035] 另一方面，本发明提供了由第一方面所述制备方法制备得到的白炭黑。
[0036]另一方面，本发明提供了由第一方面所述制备方法制备得到的白炭黑在制备橡胶 补强剂中的应用。
[0037] 本发明所制备的高分散白炭黑是作为高性能轮胎制品补强剂的理想产品。有资料 证明，添加了高分散白炭黑的轮胎可W降低滚动阻力30%W上，进而油耗也得到4. 5~6% 的下降，减少了尾气排放，节能环保，被誉为"绿色轮胎"。
[0038] 相对于现有技术，本发明具有W下有益效果：
[0039] 本发明对白炭黑的制备方法简单，操作容易，产品稳定性好，通过加入烷基糖巧作 为分散剂，使得白炭黑具有高分散性，BET比表面积为90~127m2/g，DBP吸油值为2. 16~ 2. 45mL/g，产品的结构性高，并且烷基糖巧的加入使得由白炭黑制成的橡胶制品的口尼粘 度降低为63. 4-69. 2,提高了橡胶制品的可塑性，橡胶的拉伸应力应变性能W及硫化特性 等方面具都有所改善，因此按本发明制备方法可得到一种具有优良综合性能的高分散白炭 黑，可用作汽车轮胎橡胶用补强剂，具有良好的技术经济性。
【附图说明】
[0040] 图1为实施例1制备的白炭黑的透射电子显微镜照片；
[0041] 图2为对比例1制备的白炭黑的透射电子显微镜照片；
[0042] 图3为对比例2制备的白炭黑的透射电子显微镜照片。
【具体实施方式】
[0043] 下面通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技