一种链状沉淀白炭黑的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及白炭黑的制备方法，尤其是一种用T型反应器制备微观结构为链状沉淀白炭黑的方法。
【背景技术】
[0002]白炭黑主要成分是水合二氧化硅，其组成可表达为Si02.ηΗ20ο作为一种纳米材料，其初始粒径一般在10?40nm，因为白炭黑表面会含有大量羟基，所以极自身相互吸附形成更大粒径的颗粒。目前白炭黑被广泛应用于橡胶补强领域，这一应用也占据了白炭黑消费总量的70%以上。将白炭黑应用在橡胶中，能提高橡胶的撕裂强度、耐磨性能以及抗湿滑性能，有效降低滚动阻力，橡胶生热。随着今后绿色轮胎的发展与普及，白炭黑的重要性愈加凸显。
[0003]根据生产工艺的不同，白炭黑又可以分为气相法白炭黑与沉淀法白炭黑。相比沉淀法法白炭黑，气相法白炭黑产品的纯度更高，可达99%以上。气相法白炭黑一次粒径在10?20nm，在扫描电镜下两种白炭黑的微观结构也有着明显的区别。气相法白炭黑电镜下的微观结构呈现出链状结构，颗粒之间相互聚集情况不会很严重，而沉淀法白炭黑电镜下的微观结构更多的是呈颗粒状，很多颗粒团聚在一起形成大的颗粒。两种白炭黑微观结构的差异导致了在橡胶中的分散程度的不同，气相白炭黑较容易分散到橡胶中，沉淀白炭黑分散困难。本专利将在传统合成沉淀白炭黑的基础上，通过对反应器以及反应工艺条件的改进，可控制备具有链状结构的沉淀白炭黑。
【发明内容】
[0004]鉴于上述问题，本发明提供了一种通过T型反应器可控制备具有链状结构沉淀法白炭黑的制备方法。按照本发明提供的方法，得到的沉淀白炭黑的微观结构为类似于气相法白炭黑的链状结构。具体技术方案如下:
[0005]一种链状沉淀白炭黑的制备方法，包括以下步骤:
[0006](1)将0.5?1.5mol/L的硅酸钠溶液和0.5?1.5mol/L的硫酸溶液以一定的流速通过T型反应器两端的聚四氟管注入T型反应器中，在60?90°C温度下反应，停留时间为10?120秒。
[0007](2)在水热反应釜中对步骤(1)的产物进行老化，老化时间为1?4小时，老化温度为100?120°C ;然后，将老化后的产物经充分洗涤、过滤、干燥，再进行粉碎得到最终产物，即所述链状沉淀白炭黑；
[0008]其中，所述硅酸钠溶液和硫酸溶液的质量比是1:0.8?1.2。
[0009]步骤(1)的反应体系在反应终点的pH值为7?10。
[0010]所述硅酸钠溶液和硫酸溶液流速为0.05?2m/s。
[0011]硅酸钠和硫酸溶液在注入软管时预先将软管置于60?90 °C的恒温水浴中，保证反应温度在60?90°C。
[0012]本发明的优点和有益效果如下:气相法白炭黑呈链状结构，作为补强剂添加到硅橡胶，大大的提高了硅橡胶的机械强度，但其成本较高；而传统沉淀氧化硅呈团聚状态，不利于其在硅橡胶中的分散，从而不能有效的提高其补强性能。本发明利用T型反应器以及水热老化过程，合成的沉淀氧化硅呈链状结构，有效地降低了链状氧化硅的成本，该链状氧化硅在硅橡胶补强中有着重要的潜在应用价值。
【附图说明】
[0013]图1是实施例1的链状沉淀二氧化硅扫描电镜图片；
[0014]图2是实施例1的链状沉淀二氧化硅透射电镜图片；
[0015]图3是实施例1的链状沉淀二氧化硅X射线衍射图。
【具体实施方式】
[0016]下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据本发明的内容作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
[0017]实施例1
[0018]浓度为lmol/L的硅酸钠溶液，1.2mol/L硫酸溶液，硅酸钠溶液的流速为1.3m/s，调节硫酸溶液的流速，使得反应终点的pH值为10。利用注射栗将二者分别通过T型反应器两端部的聚四氟管通入到T型反应器中，停留时间为30s。除注射栗外的反应装置放入70°C的恒温水浴中，随后将产物放入水热反应釜中，在110°C的温度下水热老化3h。待老化结束，将产物充分洗涤、过滤，干燥，结束后经粉碎得到链状白炭黑样品。样品的扫描电镜图如图1所示，透射电镜图如图2所示，XRD结果如图3所示。
[0019]实施例2
[0020]浓度为0.5mol/L的硅酸钠溶液，0.8mol/L硫酸溶液，硅酸钠溶液的流速为0.lm/s，调节硫酸溶液的流速，使得反应终点的pH值为7。利用注射栗将二者分别通过T型反应器两端部的聚四氟管通入到T型反应器中，停留时间为60s。除注射栗外的反应装置放入80°C的恒温水浴中，随后将产物放入水热反应釜中，在120°C的温度下水热老化3h。待老化结束，将产物充分洗涤、过滤，干燥，结束后经粉碎得到白炭黑样品。样品大部分为链状结构，也有部分为单颗粒的团聚体。产物表征结果与实施例1类似。
[0021]实施例3
[0022]浓度为1.4mol/L的硅酸钠溶液，1.4mol/L硫酸溶液，硅酸钠溶液的流速为0.5m/s，调节硫酸溶液的流速，使得反应终点的pH值为10。利用注射栗将二者分别通过T型反应器两端部的聚四氟管通入到T型反应器中，停留时间为60s。除注射栗外的反应装置放入90°C的恒温水浴中，随后将产物放入水热反应釜中，在100°C的温度下水热老化lh。待老化结束，将产物充分洗涤、过滤，干燥，结束后经粉碎得到白炭黑样品。。样品部分为链状结构，部分为单颗粒的团聚体。
[0023]实施例4
[0024]浓度为lmol/L的硅酸钠溶液，lmol/L硫酸溶液，硅酸钠溶液的流速为1.3m/s，调节硫酸溶液的流速，使得反应终点的pH值为7.5。利用注射栗将二者分别通过T型反应器两端部的聚四氟管通入到T型反应器中，停留时间为90s。除注射栗外的反应装置放入60°C的恒温水浴中，随后将产物放入水热反应釜中，在110°C的温度下水热老化3h。待老化结束，将产物充分洗涤、过滤，干燥，结束后经粉碎得到链状白炭黑样品。只有较少部分为链状结构，大部分为单颗粒的团聚体。
【主权项】
1.一种链状沉淀白炭黑的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将0.5?1.5mol/L的硅酸钠溶液和0.5?1.5mol/L的硫酸溶液以一定的流速通过T型反应器两端的聚四氟管注入T型反应器中，在60?90°C温度下反应，停留时间为10?120 秒； (2)在水热反应釜中对步骤(1)的产物进行老化，老化时间为1?4小时，老化温度为100?120°C ;然后，将老化后的产物经充分洗涤、过滤、干燥，再进行粉碎得到最终产物，SP所述链状沉淀白炭黑； 其中，所述硅酸钠溶液和硫酸溶液的质量比是1:0.8?1.2。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)的反应体系在反应终点的pH值为7?10。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅酸钠溶液和硫酸溶液流速为0.05 ?2m/s。
【专利摘要】本发明涉及一种微观结构为链状的沉淀白炭黑的制备方法，其制备过程为：反应采用T型反应器，T型反应器的两端分别注入0.5～1.5mol/L的硅酸钠溶液和0.5～1.5mol/L的硫酸溶液，中间端口为产物浆料出口。保持硅酸钠溶液浓度一定，通过调节硫酸溶液的流量来控制终点pH值为7～10。保持两者注入速度为0.05～2m/s，反应温度保持在60～90℃。将浆料产物放入水热反应釜中，在烘箱中以100～120℃的温度进行水热老化，待产物冷却，进行过滤、洗涤、干燥以及粉碎得到最终产物。
【IPC分类】C01B33/12
【公开号】CN105271258
【申请号】CN201510884737
【发明人】姜海波, 李春忠, 陈鹏宇, 周梅芳
【申请人】华东理工大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年12月4日