改性白炭黑的生產方法
2023-05-31 15:42:46 2
專利名稱：改性白炭黑的生產方法
技術領域：
本發明屬於化工產品生產領域，特別涉及一種用作橡膠或塑料補強劑的改性白炭黑的生產方法。
炭黑和白炭黑是廣泛應用於橡膠、塑料工業中的補強性填充劑。炭黑通常用在黑色橡膠或塑料製品中，而白炭黑則主要用在淺色橡膠或塑料製品中。在橡膠、塑料製品中加入一定量的炭黑或白炭黑後，可使橡膠或塑料大分子之間的化學鍵牢固結合，從而提高橡膠及塑料製品的補強性，增加其強度。
現有技術中的炭黑通常是用燃燒燃料的方法製取的，其具體生產方法是造成一個缺氧的條件，使燃料不能充分燃燒，然後，收集其煙霧中的菸灰來製取炭黑。用這種方法生產炭黑，雖然生產工藝比較簡單，但是，環境汙染比較嚴重，同時，還消耗了大量的燃料，在目前我國能源日趨緊張的情況下，這種用燃料製取的炭黑將會隨著燃料的價格越來越高，進而使橡膠或塑料製品的生產成本大幅度增加。
現有技術中的白炭黑通常是用化學方法生產的，其生產方法有許多種，不同生產方法得到的白炭黑的物化性質也不同，但目前採用最多的是沉澱法和燃燒法。
沉澱法是以可溶性矽酸鹽為原料，最常用的矽酸鹽為矽酸鈉，用酸對其進行分解，製得不溶性二氧化矽SiO2，酸可用鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸等無機酸，這些酸可單獨使用，也可以並用，由此生成二氧化矽SiO2的反應式為
燃燒法是以滷化矽，如SiCl4為原料，在氫-氧氣流中於高溫下水解，製得顆粒極細的白炭黑，其反應式為
製造過程是將SiCl4經一系列工序處理後，製取SiCl4蒸汽，然後，將SiCl4蒸汽與氫氣、氧氣(或空氣)按一定比例混合，送入燃燒室中，在火焰溫度達1000～1200℃時，發生上述水解反應，生成二氧化矽SiO2，然後，將燃燒氣通入冷凝室，將SiO2和其付產品-鹽酸冷卻分離，降低殘存的HCl，最後用溫熱空氣處理法得到白炭黑。
上述兩種方法，工藝流程較長，工序繁多，其工藝條件和操作技術難以掌握和控制，尤其是粒徑的大小，溫度的高低，以及附加材料的配比等，都將直接影響到白炭黑的產品質量，而且，在生產過程中，需要使用多種化學物質進行化學反應，產生出大量有害氣體和汙染物，對周圍環境造成汙染，同時，還消耗大量的能源，增加了生產成本。
本發明的目的是改變現有生產工藝的化學反應方法，簡化生產工藝流程，採用物理膨化加工方法，對原料進行加工處理，提供一種生產工藝簡單，易於掌握和控制，無環境汙染的改性白炭黑的生產方法。
本發明採用酸性火山玻璃質熔巖的礦山尾料為原料，其中二氧化矽SiO2含量一般在68～76%之間，本發明的生產方法是由下列工藝步驟實現的(1)、原料粉碎將火山玻璃質熔巖加入到粉碎機內，粉碎至粒度為75～200目的礦砂;
(2)、脫水處理將粉碎後的礦砂加熱至350～450℃，使其結晶水達到2.5～3.5%;
(3)、煅燒膨化將經過脫水處理的礦砂連續送入煅燒爐中，煅燒爐的火焰溫度為900～1200℃，礦砂灑在火焰上，在接觸火焰的瞬間，煅燒膨化一次完成，膨化後，礦砂體積增加20～40倍，形成蜂窩狀多孔發泡玻璃球體;
(4)、研磨上述蜂窩狀多孔發泡玻璃球體冷卻後，投入到研磨機內進行研磨，研磨後的粒度小於150μm;
(5)、淨化處理將研磨後的粉末加入到風選機中，利用風力將不同比重的顆粒分開，把未膨化的顆粒去除淨化，製成白色粗粉;
(6)、超細加工將經過淨化處理的白色粗粉送入氣流粉碎機內，利用高壓氣流的衝擊作用進行超細加工，製得其粒徑為0.02～40μm的白色粉末，即為改性白炭黑，其中二氧化矽含量達96.8%，粒子的縱橫徑向比大於100，呈微米級無定形透明玻璃片體。
為了使改性白炭黑能進一步促進橡膠或塑料大分子之間的化學鍵牢固結合，增加橡膠或塑料製品的補強性，提高改性白炭黑的產品性能，還可以對其進行表面活化處理，活化處理可以採用以下兩種方法第一種方法在超細加工的同時，對其進行表面活化處理，即取佔改性白炭黑0.5～3%(重)的偶聯劑，將其用稀釋劑按照1∶3的比例稀釋，然後，將稀釋後的溶劑滴入氣流粉碎機內，利用高壓氣流的衝擊作用進行超細加工，同時，偶聯劑與改性白炭黑均勻結合，使改性白炭黑的結構表面呈羥基。
第二種方法是在超細加工後，對其進行表面活化處理，即取佔改性白炭黑0.3～3%(重)的偶聯劑，將其與經過超細加工的改性白炭黑分別加熱至200～400℃，或者混合加熱至200～400℃，充分進行反應，持續20～40分鐘，使改性白炭黑的結構表面呈羥基。
本發明與現有技術相比具有如下優點1、改變了現有白炭黑生產工藝的化學反應方法、工藝流程，而採用物理加工的方法生產改性白炭黑，簡化了生產工藝流程，其工藝條件和操作技術比化學合成法容易掌握，產品質量更易於控制;而且，改善了使用化學品對環境的汙染，安全可靠，同時，還使能源消耗大幅度下降。
2、在生產工藝中採用膨化和超細加工的處理方法，使產品質量得到保證，而通過表面活化處理工藝，進一步提高了改性白炭黑的質量，產品的物化性能均達到國家標準，其主要技術指標對比如下國標GB10517-89 改性白炭黑二氧化矽含量 % ≥90 96.8顏色(白度) % 80 80篩餘物(325目) % ≤0.5 0.3加熱減量 % 4～8 2灼燒減量 % ≤7 2PH值 5～8 7
總Cu含量mg/kg ≤30 無總Mn含量mg/kg 50 無總Fe含量mg/kg ≤1000 500DBP吸收值mg/g 2～3.5 2游離水 % 8 2折光率 - 1.53、採用火山玻璃質熔巖的礦山尾料為原料，不僅資源儲備量非常豐富，而且，對國家資源開採利用率提高了30%，同時，還大幅度降低了產品成本，材料成本僅為現有技術的10～15%。
下面提供
具體實施例方式實施例1(1)原料粉碎將酸性火山玻璃質熔巖的礦山尾料加入到粉碎機內，將其粉碎至粒度為75～200目的礦砂;
(2)、脫水處理火山玻璃質熔巖的原始結晶水一般小於9%，為了使礦砂膨脹充分，需要對其進行脫水處理，即將粉碎後的礦砂加熱至430～450℃，使其結晶水達到2.5～3.5%;
(3)、煅燒膨化將經過脫水處理的礦砂用螺旋輸送機連續送入煅燒爐中，煅燒爐的火焰溫度為900～920℃，礦砂均勻灑在火焰上，在接觸火焰的瞬間，煅燒膨化一次完成，膨化後，礦砂體積增加20～40倍，形成蜂窩狀多孔發泡玻璃球體;
(4)、研磨上述蜂窩狀多孔發泡玻璃球體冷卻後，投入到旋轉研磨機內進行研磨，研磨後的粒度小於150μm;
(5)、淨化處理將研磨後的粉末加入到風選機中，利用風力將不同比重的顆粒分開，將未膨化的顆粒去除淨化，製成白色粗粉;
(6)、超細加工將經過淨化處理的白色粗粉送入氣流粉碎機內，利用高壓氣流的衝擊作用進行超細加工，製得其粒徑為0.02～40μm的白色粉末，即為改性白炭黑。
實施例2(1)原料粉碎將酸性火山玻璃質熔巖的礦山尾料加入到粉碎機內，將其粉碎至粒度為75～200目的礦砂;
(2)、脫水處理將粉碎後的礦砂加熱至350～370℃，使其結晶水達到2.5～3.5%;
(3)、煅燒膨化將經過脫水處理的礦砂用螺旋輸送機連續送入煅燒爐中，煅燒爐的火焰溫度為1180～1200℃，礦砂均勻灑在火焰上進行煅燒膨化，膨化後，礦砂體積增加20～40倍，形成蜂窩狀多孔發泡玻璃球體;
(4)、研磨上述蜂窩狀多孔發泡玻璃球體冷卻後，投入到旋轉研磨機內進行研磨，研磨後的粒度小於150μm;
(5)、淨化處理將研磨後的粉末加入到風選機中，將未膨化的顆粒去除淨化，製成白色粗粉;
(6)、超細加工及表面活化處理將經過淨化處理的白色粗粉送入氣流粉碎機內，在超細加工的同時，對其進行表面活化處理，即取佔改性白炭黑0.5%(重)的矽烷偶聯劑用乙醚按1∶3的比例稀釋，然後，將稀釋後的溶劑緩緩滴入進行超細加工的氣流粉碎機內，利用高壓氣流的衝擊作用進行超細加工，同時，矽烷偶聯劑與改性白炭黑均勻結合，使屬性白炭黑的結構表面呈羥基。
實施例3其工藝步驟與實施例2相同，不同之處在於，取佔改性白炭黑3%(重)的鈦酸脂偶聯劑用鏈烷烴20炭按1∶3的比例稀釋，然後，將稀釋後的溶劑緩緩滴入進行超細加工的氣流粉碎機內，對改性白炭黑進行表面活化處理。
上述實施例2、實施例3中的稀釋劑也可以是鏈烷烴21炭-30炭。
實施例4其工藝步驟與實施例1相同，不同之處在於，在超細加工完成後，對其進行表面活化處理，即取佔改性白炭黑0.3%(重)的硬脂酸偶聯劑，將其與經過超細加工的改性白炭黑分別加熱至200～220℃，置於同一空間，充分進行反應，持續40分鐘，使改性白炭黑的結構表面呈羥基，其外觀特性為疏水性，疏水性大於80%。
實施例5其工藝步驟與實施例4相同，不同處在於，取佔改性白炭黑3%(重)的矽烷偶聯劑，將其與經過超細加工的改性白炭黑混合後加熱至380～400℃，充分進行反應，持續20分鐘即可。
在上述表面活化處理時，採用不同牌號的偶聯劑，可獲得不同性能的改性白炭黑，因此，偶聯劑的選擇，可根據對改性白炭黑的具體使用要求來選定。
權利要求
1.一種改性白炭黑的生產方法，採用火山玻璃質熔巖為原料，其中二氧化矽SiO2含量一般在68～76%之間，其特徵在於，它是按下列工藝步驟進行的(1.1)、原料粉碎將火山玻璃質熔巖加入到粉碎機內，粉碎至粒度為75～200目的礦砂；(1.2)、脫水處理將粉碎後的礦砂加熱至350～450℃，使其結晶水達到2.5～3.5%；(1.3)、煅燒膨化將經過脫水處理的礦砂連續送入煅燒爐中，煅燒爐的火焰溫度為900～1200℃，礦砂灑在火焰上，在接觸火焰的瞬間，煅燒膨化一次完成，膨化後，礦砂體積增加20～40倍，形成蜂窩狀多孔發泡玻璃球體；(1.4)、研磨上述蜂窩狀發泡玻璃球體冷卻後，投入到研磨機內進行研磨，研磨後的粒度小於150μm；(1.5)、淨化處理將研磨後的粉末加入到風選機中，利用風力將不同比重的顆粒分開，把未膨化的顆粒去除淨化，製成白色粗粉；(1.6)、超細加工將經過淨化處理的白色粗粉送入氣流粉碎機內，進行超細加工，製得其粒徑為0.02～40μm的白色粉末，即為改性白炭黑。
2.根據權利要求1所述的改性白炭黑的生產方法，其特徵在於，在超細加工的同時，對其進行表面活化處理，即取佔改性白炭黑0.5～3%(重)的偶聯劑，將其與稀釋劑按照1∶3的比例稀釋，然後，將稀釋後的溶劑滴入氣流粉碎機內，利用氣流的衝擊作用進行超細加工，同時，偶聯劑與改性白炭黑均勻結合，使改性白炭黑的結構表面呈羥基。
3.根據權利要求1所述的改性白炭黑的生產方法，其特徵在於，在超細加工後，對其進行表面活化處理，即取佔改性白炭黑0.3～3%(重)的偶聯劑，將其與改性白炭黑分別加熱至200～400℃，或者混合加熱至200～400℃，充分進行反應，持續20～40分鐘，使改性白炭黑的結構表面呈羥基。
4.根據權利要求2或3所述的改性白炭黑的生產方法，其特徵在於，所述的偶聯劑為矽烷偶聯劑，鈦酸脂偶聯劑和硬脂酸偶聯劑其中之一。
5.根據權利要求2所述的改性白炭黑的生產方法，其特徵在於，所述的稀釋劑為乙醚、鏈烷烴20炭-30炭其中之一。
全文摘要
一種改性白炭黑的生產方法，改變了現有生產工藝的化學反應方法，採用物理加工方法，對火山玻璃質熔巖進行粉碎、脫水、煅燒膨化、研磨、淨化、超細加工以及表面活化處理，即可獲得高質量的改性白炭黑，優點在於，簡化了生產工藝流程，其工藝條件和操作技術比化學合成法容易掌握，產品質量更易於控制，而且，改善了使用化學品對環境的汙染，同時，還使能源消耗大幅度下降。
文檔編號C09C3/04GK1085231SQ9311581
公開日1994年4月13日 申請日期1993年9月21日 優先權日1993年9月21日
發明者潘沈生, 嚴亞勳, 溫樹棠, 關騰輝 申請人:錦州橡塑配合劑廠