[发明专利]一种疏水白炭黑的制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种白炭黑的制备方法，具体地说是一种疏水白炭黑的制备方法。

二、背景技术

白炭黑即水合二氧化硅（SiO₂·nH₂O），是一种白色、无毒、无定形微细粉状物，具有质轻、化学稳定性好、多孔性、耐高温、不燃烧、电绝缘性好等优异的性能。白炭黑主要用于橡胶工业中，以其优良的补强性改善了橡胶的抗撕裂性和胶接性，性能明显优于普通炭黑。此外，白炭黑还可以用作涂料、塑料、油漆、油墨等化工产品的填料，且其应用领域正在不断扩大。

白炭黑的制备方法主要有沉淀法和气相法，其中沉淀法白炭黑制备工艺简单，价格便宜，易工业化生产。但沉淀法白炭黑产品的粒径较大，其表面羟基数目较多，表面能高，极易发生粒子团聚；同时白炭黑内部存在的聚硅氧基团和外表面存在大量活性硅醇基，使其呈亲水性，与有机相的相容性、分散性差，限制了其效果和应用领域，因此要对白炭黑进行疏水改性。

白炭黑的表面改性是利用一定的化学物质，通过一定的工艺方法使其与白炭黑表面上的羟基发生反应，消除或减少白炭黑表面硅醇基的量，接枝或包覆其他化学物质，使白炭黑由亲水性变为疏水性，以达到改变表面性质的目的。目前主要是通过添加偶联剂、长碳链醇类或聚合物对白炭黑进行表面改性，经改性后的白炭黑疏水度有了一定的提高，但改性工艺较为复杂，改性过程需要使用大量的有机溶剂，增加了改性成本，使产品后处理复杂，且易造成一定的环境污染。

三、发明内容

本发明旨在提供一种疏水白炭黑的制备方法，以简单、环保的方法提高白炭黑的疏水性能。

本发明疏水白炭黑的制备方法，是将沉淀白炭黑干燥至恒重，然后与改性剂溶液混合，用0.1mol/L的H₂SO₄溶液或NaOH溶液调pH值至8，于30-90℃搅拌反应20-100min，搅拌转速控制在250-450转/分，过滤并干燥后得到疏水白炭黑；

所述改性剂选自十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基三甲基氯化铵(DTAC)、十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)中的一种或几种。

所述改性剂的质量为所述沉淀白炭黑质量的0.5-10%。

所述改性剂选自十六烷基三甲基氯化铵或十六烷基三甲基溴化铵，添加量为所述沉淀白炭黑质量的0.5-3%。

所述改性剂选自十二烷基三甲基氯化铵或十二烷基三甲基溴化铵，添加量为所述沉淀白炭黑质量的5-10%。

若使用的为复配改性剂时，改性剂总量为所述沉淀白炭黑质量的1-6%。

所述改性剂溶液为改性剂与去离子水混合后得到的混合液；所述沉淀白炭黑的质量与所述改性剂溶液中去离子水的质量之比为1:9-20。

本发明方法改性后的白炭黑，其活化度可显著提高，均大于95%，从而可提高其在橡胶、塑料等有机基体中的相容性和分散性。

本发明具体制备方法如下：

1、沉淀白炭黑的制备

蛇纹石是1:1型三八面体层状硅酸盐矿物，理论化学式为3MgO₂·SiO₂·2H₂O。蛇纹石开采后，符合一定尺寸的块矿一般用作助溶剂直接使用，而粒度较小的碎矿约占开采总量的1/3～2/3，称之为蛇纹石尾矿，其主要成分和块矿一样。

本发明所使用的沉淀白炭黑可以市购，也可以自制。本发明实验时使用的沉淀白炭黑是以蛇纹石尾矿为原料，采用常规方法（CN102602938A）制备得到的，具体过程如下：

将蛇纹石尾矿粉碎并过200目筛得到粉料，向粉料中加入质量浓度为5-10%的硫酸溶液，于60-95℃浸泡并搅拌3-7小时，过滤分离得到酸浸滤饼即为蛇纹石酸浸渣，主要成分为活性二氧化硅；将所述蛇纹石酸浸渣研磨成粉状，经质量浓度15-25%的硫酸溶液浸泡并搅拌1-2h后过滤，滤饼洗涤至BaCl₂溶液检测无SO₄^2-；将所述滤饼加入质量浓度20-25%的NaOH溶液中，液固质量比3:1-4:1，70-90℃恒温水浴下搅拌反应0.5-1h，抽滤后所得滤液即为硅酸钠溶液；在80-90℃恒温水浴下向所述滤液中通入纯度≥99%的CO₂气体，控制气体流量，反应至溶液pH值为9-10时停止通气，陈化0.5-1h后过滤、洗涤至滤液呈中性，烘干并研磨即得实验原料沉淀白炭黑。

2、白炭黑的改性