沉淀法白炭黑又稱沉淀水合二氧化硅,或活性二氧化硅,是一種經硅酸鹽與無機酸沉淀反應所獲得的高比表面積,高結構、高活性的補強填充改性材料,因其具有特殊的表面結構和顆粒形態結構以及獨特的物理化學特性, 應用領域廣泛,是一種重要的補強填充劑。 因其微觀結構和聚集體形態和炭黑類似,并在橡膠中有相近的補強性能, 故被稱為白炭黑。 

2.2白炭黑的性能影響因素

    對白炭黑的性能有影響的因素有許多,如稀釋工序中的稀釋后水玻璃濃度。 反應、陳化工序中的反應初始濃度 C0,反應 PH值,反應加料速率,后酸化 pH值, 陳化時間。 壓濾工序中的進料壓力、水洗壓力和水洗時間。 液化、干燥工序中的噴霧干燥塔進風、 出風溫度和霧化器旋轉速度等等。 這些在《淺談沉淀法白炭黑的工藝條件對產品性能的影響》中已有討論,這里不再敘述,下面用一些實驗數據對水玻璃模數,反應槽攪拌器轉速,硫酸質量分數,反應溫度和反應時間等五點進

行討論。

2. 2. 1水玻璃模數對白炭黑性能的影響

水玻璃模數對白炭黑性能的影響

水玻璃模數  BEF/(m2/g)    DBF(ml/g)

3.13             191             2.85

3.21             219             2.88

3.37             201             3.00

3.45             209             3.20

由表可知,水玻璃模數從3. 13～3. 45變化時,隨著水玻璃模數的增加,對白炭黑產品比表面積影響不明顯,白炭黑產品的結構則趨于提高。 

2. 2. 2反應槽攪拌器轉速對白炭黑性能的影響

反應槽攪拌器轉速對白炭黑性能的影響

攪拌器轉速( r/ min)   BET/ (m2/ g)   DBF( ml/ g)

50             有凝膠生成        -

100                   197             2.56

150                  201             2.69

175                   225             2.90

200                  231             3.16

由表可以看出,當攪拌速度為50r/min時,由于攪拌速度低,反應槽內物料混合不充分,導致反應合成的白炭黑料漿中有凝膠生成, 干燥后的白炭黑產品含有較多的、不易分散的硬塊,是不合格產品。  當反應槽攪拌器轉速在100～200r/ min變化時,增加反應槽攪拌轉速,可以提高白炭黑產品的比表面積(即 BET)同時,還可以提高白炭黑產品的結構( DBP)。 但也有一些企業采用高剪切力的低轉速攪拌器。

2. 2. 3硫酸質量分數對白炭黑性能的影響

硫酸質量分數對白炭黑性能的影響

W(硫酸)/%  BET/(m2/g)    DBP(ml/g)

20               192             3.02

25               219             2.88

30              221             2.70

 由表可知,硫酸質量分數從20%～30%變化時,隨著硫酸質量分數的增加, 白炭黑產品的比表面積呈增長趨勢,而結構則降低。  因此可根據需要,選擇一定的反應溫度/℃ BET/(m2/g)    DBP(ml/g)25 60 80 85

90             182.9            3.12

 95             189.6            2.88

由表可知,隨著反應溫度的提高,白炭黑產品的比表面積先降后增,在90℃時比表面積最小,與此同時, 白炭黑產品的結構卻先增后降, 在90℃時結構最高。這是因為溫度過高,溶液的溶解度升高, 較難達到過飽和狀態,晶核析出速率(成核速率)降低,晶核的生長速率增大,則二次粒徑增大, 比表面積降低。 反應溫度一般控制在85- 90℃。

2. 2. 5反應時間對白炭黑性能的影響

反應時間對白炭黑性能的影響

反應時間/min  BET/(m2/g)     DBP(ml/g)

25                 185               3.06

32                204               3.05

54                 190               3.20

73                 183               3.24

注:反應時間是指同時向反應器中加入水玻璃和硫酸的時間從表可知,隨著反應時間的增加, 白炭黑產品的比表面積呈下降趨勢,結構呈增加趨勢。 但反應時間還應與加料速率、反應槽大小相配合。

3.小結

通過上述分析,可知在生產白炭黑的過程中,任何一個工藝條件的改變都將影響產品的性能指標,因此可利用這些工藝條件對產品性能影響,在一定范圍內改變某些工藝條件,生產出多品種,多規格的白炭黑。