[發(fā)明專利]一種利用硫酸沉淀法制備高品質(zhì)的納米級白炭黑的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210393219.3
• 申請日: 2012-10-17
• 公開（公告）號: CN102910635A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳君華;劉寧;郭雨;程年壽;郭騰;章毛連;周麗;楊萬科
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽科技學(xué)院
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12;B82Y30/00
• 代理公司: 安徽信拓律師事務(wù)所 34117
• 代理人: 婁爾玉

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域白炭黑的制備，特別是涉及一種利用硫酸沉淀法制備高品質(zhì)的納米級白炭黑的方法。

背景技術(shù)：

白炭黑是無定形態(tài)的輕質(zhì)二氧化硅粉體材料，擁有較大的比表面積、良好的電絕緣性、分散性、多孔性和吸附性等特性，同時又具有較好的補強、增稠作用，廣泛應(yīng)用于橡膠、塑料、涂料、醫(yī)藥、電子、日用化工及催化劑等諸多行業(yè)。

白炭黑的制備方法有物理法和化學(xué)法兩大類。物理法生產(chǎn)過程中易引入雜質(zhì)，產(chǎn)品粒徑大多在數(shù)百或數(shù)十微米以上，檔次不高，難以滿足工業(yè)需求，因此，工業(yè)生產(chǎn)中所用的白炭黑主要采用化學(xué)法生產(chǎn)。化學(xué)法通常包含沉淀法和氣相法兩類，氣相法白炭黑生產(chǎn)是采用高純度的四氯化硅為原料，在氫、氧混合氣燃燒生成水的高溫氣氛下(1200～1600℃)水解，再經(jīng)過驟冷、聚集、脫酸等后處理工藝獲得，產(chǎn)品粒徑為納米級，純度較高，是目前納米白炭黑的主要生產(chǎn)方法，但該法設(shè)備投資巨大、反應(yīng)工藝復(fù)雜、能耗高、產(chǎn)率低、產(chǎn)品價格昂貴，僅使用于極少數(shù)特殊行業(yè)。沉淀法是當(dāng)今生產(chǎn)白炭黑的主流方法，多采用硅酸鈉或泡花堿與酸中和沉淀反應(yīng)的方法制備，產(chǎn)品常用于普通橡膠及硅橡膠等行業(yè)，該法設(shè)備投資較小、生產(chǎn)工藝簡單、原材料價廉易得、產(chǎn)品收率及性價比較高，有利于規(guī)?；a(chǎn)，但該法生產(chǎn)過程中的原生粒子間的自聚較嚴(yán)重，顆粒大小不易控制，產(chǎn)品粒徑多數(shù)在數(shù)微米或數(shù)十微米以上并且粒徑大小差別較大，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的分散性能及對橡膠制品的補強性能。為提高白炭黑產(chǎn)品性能，拓展產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，滿足市場對質(zhì)優(yōu)價廉白炭黑產(chǎn)品的旺盛需求，立足傳統(tǒng)沉淀法生產(chǎn)工藝開發(fā)高品質(zhì)納米級白炭黑產(chǎn)品的制備新方法尤為重要。中國專利CN?102092721?A公開了硫酸沉淀法制備納米級白炭黑的方法，是對傳統(tǒng)白炭黑生產(chǎn)工藝技術(shù)的創(chuàng)新，但該專利沒有公布或揭示聚乙二醇對硫酸法生產(chǎn)白炭黑的原生粒子間自聚行為的抑制及產(chǎn)品粒度分布等的影響，為此，在深入研究聚乙二醇對制備納米白炭黑生產(chǎn)工藝技術(shù)及規(guī)律的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)聚乙二醇的平均分子量不同（聚合度大小不同），不僅種類不同而且其許多方面的性能也存在較大差別，如水溶性、形成膠束粒子的大小、分散性、乳液穩(wěn)定性等等，對硫酸法生產(chǎn)納米級白炭黑產(chǎn)品的BET比表面積及粒度分布等影響較大，因此選擇合適的平均分子量的聚乙二醇對生產(chǎn)高品質(zhì)的納米級白炭黑具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種選擇合適平均分子量的聚乙二醇來利用硫酸沉淀法制備高品質(zhì)的納米級白炭黑的方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種利用硫酸沉淀法制備高品質(zhì)的納米級白炭黑的方法，包括以下述步驟：：

(1)在1000重量份濃度為5～15％的硅酸鈉溶液中加入1～50重量份的表面活性劑和10～200重量份的助分散劑，充分?jǐn)嚢杈鶆虻没旌弦海?/p>

(2)將濃度為20～40％的硫酸加入步驟(1)制得的混合液中進(jìn)行反應(yīng)，并持續(xù)攪拌至反應(yīng)體系的pH值為4～9，得到沉淀物；

(3)將步驟(2)得到的沉淀物在60～90℃條件下陳化1～3h，然后壓濾得到濾餅；

(4)將步驟(3)中得到的濾餅進(jìn)行洗滌、在100～150℃條件下干燥2～4h，經(jīng)研磨即得納米級白炭黑；

其特征在于：所述的表面活性劑為聚乙二醇（即PEG），所述的PEG的平均分子量在400～3000以內(nèi)，所述的PEG為PEG-400至PEG-3000以內(nèi)的任意一種。

為便于說明問題，本發(fā)明利用硫酸沉淀法制備高品質(zhì)的納米級白炭黑的方法以下均簡稱為本方法。

本方法是以硅酸鈉為原料，利用硫酸為沉淀劑，通過表面活性劑和助分散劑調(diào)控硅酸根的水解速率與硅酸分子的聚合度來制備納米級白炭黑。

本方法的化學(xué)反應(yīng)如下：

Na₄SiO₄+2H₂SO₄→4Na⁺+2SO₄^2-+H₄SiO₄↓

nH₄SiO₄→(SiO₂)n↓+2nH₂O

在上述化學(xué)反應(yīng)中，硅酸分子的自聚過程和聚合度決定了白炭黑產(chǎn)品的粒度大小和質(zhì)量。制備納米級白炭黑的關(guān)鍵技術(shù)在于硅酸分子自聚過程的調(diào)控及產(chǎn)品聚合度的控制。