一种基于沉淀法高BET及高结构度白炭黑的制备方法

本发明属于无机材料制备领域，具体涉及一种基于沉淀法高bet及高结构度白炭黑的制备方法。

背景技术：

1、白炭黑是一种无定形粉状物，具有多孔性、高分散性、耐高温等多种特性。由于白炭黑优异的物理和化学性能，被广泛用作橡胶补强剂，经过白炭黑补强后的橡胶，其物理性能、抗撕裂性能、抗疲劳性能和抗磨损性能都得到了较大改善。除此之外，白炭黑还广泛运用于水泥、复合材料、造纸、医药等行业。传统沉淀法工艺制备的白炭黑，比表面积(bet)偏低，表面羟基多，结构度较差，团聚现象严重。用于丁苯橡胶补强时，在橡胶中的分散性较差，导致白炭黑的补强作用降低。如何在提高白炭黑比表面积的同时，提高结构度，满足轮胎行业的要求，近年来已成为行业关注的热点问题。

2、cn106044790a公开了一种沉淀法制备白炭黑的方法，包括以下步骤：(1)在反应器中加入正丁醇水溶液及氯化钠后加入水玻璃溶液，再加入阳离子表面活性剂，搅拌，升温，再继续加入水玻璃溶液、氯化铵水溶液及盐酸，以连续并流的方式加入到反应器中；(2)控制反应的ph值为8-9,直至水玻璃溶液加完；(3)加入氯化铵水溶液及盐酸，调节ph值至4-5，老化2h，得浆料；(4)浆料过滤，水洗后再用乙醇洗涤；(5)滤饼粉碎后经微波干燥，煅烧，得白炭黑。上述方法制备的白炭黑吸油值在2.85-2.95ml/g，bet比表面积在204-211m2/g之间，但废液产生量过多且难以处理。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种高bet及高结构度白炭黑的制备方法。该方法采用梯阶沉淀法，通过加入适量表面活性剂聚乙二醇4000、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、椰油酰胺丙基甜菜碱等改善胶粒形成条件，同时调节反应温度、反应时间、表面活性剂添加量等，有效地实现了白炭黑的高bet以及高结构性，应用于丁苯橡胶补强，大大改善了橡胶的加工与力学性能。

2、基于以上目的，本发明采取以下技术方案。

3、一种基于沉淀法高bet及高结构度白炭黑的制备方法，包括以下步骤：采用梯阶沉淀法制备白炭黑。a阶：将一定量水玻璃溶液与表面活性剂放入到反应釜中作为底液，升温至一定温度后，用蠕动泵匀速将硫酸加入到反应釜中，至反应体系ph值为一定值。b阶：再用两台蠕动泵同时给料，滴加水玻璃溶液和稀硫酸，过程中保持ph值不变。滴加结束后将体系的ph值调节至4，抽滤、用水洗涤除盐，再用工业乙醇抽提过滤后烘干、研磨、筛分，得到高bet及高结构度的高性能白炭黑。

4、其中，水玻璃溶液的浓度为0.3～0.5mol/l；稀硫酸的质量分数为10.0％；反应温度为70～85℃，总反应时间为100min，表面活性剂添加量为0.5～2.0％(以底液加入水玻璃溶液质量分数计)，反应ph值为9.5～10.5。

5、优选：稀硫酸的质量分数为10.0％，反应温度为80℃，总反应时间为100min，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，添加量为1.5％(以底液加入水玻璃溶液质量分数计)，反应ph值为10.0～10.5。

6、采用梯阶沉淀法制备白炭黑，其中a阶水玻璃加入量为总量的17.5％，b阶水玻璃加入量为总量的82.5％。

7、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

8、(1)本发明使用梯阶沉淀法，使得反应体系ph值更易保持在相对稳定范围。传统工艺反应体系ph值不稳定，波动较大。反应ph值过高，反应体系中硅酸胶粒胶凝速率较快，生成白炭黑结构度差；反应ph值过低，则硅酸胶粒胶凝较慢，发生奥斯瓦尔德熟化(ostwald熟化)使得体系中的较小型的溶胶颗粒溶解并再次沉积到较大型的溶胶颗粒上，导致生成的白炭黑孔隙结构不发达。而通过梯阶沉淀，使得反应体系ph值保持在相对稳定范围，反应体系中硅酸胶粒得以适宜的速率胶凝，从而得高bet、高结构度的白炭黑。

9、(2)本发明以表面活性剂十二烷基苯磺酸钠为分散剂，通过影响硅酸胶粒表面stern层(双电层)，增大溶胶颗粒之间的静电斥力，从而影响到硅酸胶粒胶凝，提高白炭黑的分散性与结构性。

10、(3)本发明制得的高bet白炭黑比表面积可达309m2/g以上，吸油值也高达4.72ml/g，与丁苯橡胶混炼，能够在保持加工性能与硫化时间优良的情况下，明显提升补强橡胶的力学性能。

技术特征：

1.一种基于沉淀法高bet及高结构度白炭黑的制备方法，其特征在于：采用梯阶沉淀法，具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的高bet及高结构度白炭黑的制备方法，其特征在于：反应温度为70～85℃，分散剂添加量以底液加入水玻璃溶液质量分数计为0.5～2.0％。

3.根据权利要求1所述的高bet及高结构度白炭黑的制备方法，其特征在于：反应温度为80℃，分散剂为十二烷基苯磺酸钠，添加量为1.5％，反应ph值为10.0～10.5。

4.根据权利要求1所述的高bet及高结构度白炭黑的制备方法，其特征在于：反应温度为80℃，分散剂为十二烷基苯磺酸钠，添加量为1.5％，反应ph值为10.0。

5.根据权利要求1所述的高bet及高结构度白炭黑的制备方法，其特征在于：所述分散剂为聚乙二醇4000、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、椰油酰胺丙基甜菜碱中的一种。

6.根据权利要求1所述的高bet及高结构度白炭黑的制备方法，其特征在于：a阶水玻璃加入量为总量的17.5％，b阶水玻璃加入量为总量的82.5％。

技术总结
本发明属于无机材料制备领域，具体涉及一种基于沉淀法高BET及高结构度白炭黑的制备方法。以水玻璃和稀硫酸为原料，采用梯阶沉淀法，以表面活性剂十二烷基苯磺酸钠为分散剂，制备用于丁苯橡胶补强的高BET及高结构度白炭黑。本发明工艺制备的白炭黑具有典型的高比表面积和高结构度特征。用于补强丁苯橡胶时，表现出优异的加工性能与力学强度。与同类沉淀法市售优质白炭黑相比，拉伸强度、300％定伸、500％定伸均明显提高。本发明方法工艺简单，易实现产业化。

技术研发人员：郭登峰,孙启祥,陈辰,王子豪,陈家树,王明贺
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15