[發明專利]一種pH值擺動法制備高分散大孔容沉淀二氧化硅的方法

在審

• 申請號: 201810143044.8
• 申請日: 2018-02-11
• 公開（公告）號: CN108439414A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 闕偉東;毛善兵;王永慶;夏洪慶;鄒亮
• 申請（專利權）人: 確成硅化學股份有限公司
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12;C08K7/26
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 陸菊華

本發明公開了一種pH值擺動法制備高分散大孔容沉淀二氧化硅的方法，本發明的高分散大孔容沉淀二氧化硅的分散等級為9.5?10；汞吸附測定孔容大于等于1.7cm³/g。其制備方法以液體硅酸納和稀硫酸為原料，控制pH值從11±1至5±1之間來回擺動共5次，然后進行壓濾洗滌、噴霧干燥、造粒，從而制得高分散大孔容沉淀二氧化硅。本發明制得的沉淀二氧化硅具有高分散性并且具有大孔容。

技術領域

本發明涉及沉淀二氧化硅的制備領域，具體涉及一種高分散大孔容沉淀二氧化硅、及pH值擺動法制備高分散大孔容沉淀二氧化硅的方法。

背景技術

沉淀二氧化硅是現代工業一種新型的精細化工產品，廣泛用于輪胎、橡膠制品、造紙、飼料添加劑、食品添加劑、塑料、建筑節能保溫材料、牙膏、農藥、油墨等；隨著科技的進步，它的性能不斷被認識，用途不斷在擴大，尤其在汽車輪胎制品中，被廣泛應用。這是因為，隨著對輪胎綠色環保、安全、乘坐舒適性的要求越來越高，輪胎企業就必須在輪胎中加入更多的沉淀二氧化硅，尤其是分散性能更好以及大孔容的沉淀二氧化硅才能滿足要求。汞吸附值高的聚集體，支鏈結構多而發達，具有較高結構，混煉時因為孔隙多，膠料在其中滲透較慢，有較多的時間來濕潤，分散較好；而低結構的白炭黑與膠料結合較快，而且白炭黑粒子之間易再次聚集，粘度增加較快，難以分散。普通沉淀二氧化硅汞吸附值一般在1.2cm³/g-1.5cm³/g之間；在輪胎胎面膠中，只能加入20-30份沉淀二氧化硅，同時加入50-60份炭黑作為補強劑，因此加入普通沉淀二氧化硅及炭黑作為補強劑的胎面膠制作的輪胎，其滾動阻力與全炭黑作為補強劑的胎面膠制作的輪胎基本沒有降低；

采用高分散大孔容沉淀二氧化硅作為補強劑，可以在胎面膠中加入最多70-80份，加入5-10份的炭黑僅起到著色作用；采用該配方胎面膠制作的輪胎，滾動阻力與全炭黑以及少量普通沉淀二氧化硅作為補強劑配方的胎面膠制作的輪胎，顯著降低滾動阻力15-20％。表現在汽車油耗降低3-5％。

現有技術中，沉淀二氧化硅的生產方法有物理法與化學法，要想得到活性好、補強性高的無定形沉淀二氧化硅需要采用化學法。化學法分為干法熱解和濕法沉淀兩種。干法熱解分為氣相法和電弧法；濕法沉淀分為硫酸、鹽酸、硝酸和二氧化碳沉淀法等。目前，沉淀二氧化硅生產主要采用氣相法和硫酸、鹽酸沉淀法兩種生產工藝。

氣相法白炭黑因其生產裝置投資量大，一套裝置產能一般在5000噸以下；加之氣相法白炭黑的生產能耗及綜合成本太高，粉體應用領域窄，主要用于油墨、硅橡膠等領域；由于受原材料、能耗、成本、應用領域、產能、技術等諸多方面因素的影響，因此氣相法白炭黑粉體制備具有局限性。

而沉淀法制得的二氧化硅，常常因為表面含有硅醇基，造成白炭黑的表面極性較大，易被水浸潤，而與有機物、短類聚合物的相容性不好，極大地降低了使用性能和使用范圍，所以常常需要對其改性，制得改性白炭黑，以增強其性能、擴大其使用范圍，部分替代氣相法二氧化硅。

根據電子顯微鏡觀察，沉淀白炭黑(水合二氧化硅)的宏觀結構象炭黑，粒子呈球形，其微觀結構分為3個層次，初級粒子，聚集體和附聚體。初級粒子作為獨立的粒子在適當的分析方法下是可以識別的。在電子顯微鏡下，沉淀法白炭黑的初級粒子是直徑在2-20nm的球形粒子。聚集體是由初級粒子聚集形成的鏈或團聚結構。聚集程度可以定義為：白炭黑作為一個聚合的結構在任何分散方法和過程下不能被打散為初級粒子的結構。附聚體是聚集體松散的組合，通過范德華力被結合在一起。附聚體在理想的分散技術下可以打散為聚集體。

通過不同的過程下，沉淀和碾磨過程中的參數，平均粒徑，分散粒子大小和聚集等級在一個相對寬的范圍內可以有很大差異。從本質上說，沉淀二氧化硅中的最小粒子是聚集體，并不是初級粒子。