[发明专利]一种用硅酸钠制备高分散纳米白炭黑的方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种制备白炭黑的方法，特别是涉及一种用硅酸钠制备高分散纳米白炭黑的方法。

背景技术

白炭黑在橡胶、塑料、合成树脂、涂料、医药、化妆品、化纤等领域应用广泛且需求量大。白炭黑在橡胶工业中主要制品为汽车轮胎，作为补强剂和改性剂,其补强效果优于炭黑以外的其它补强填充剂。我国轮胎白炭黑消费比例达到发达国家水平，每年仅该领域需要的白炭黑就将超过110万吨。近几年，出口轮胎占国内轮胎总产量40%的份额，如果所有出口轮胎都采用或部分采用白炭黑替代炭黑，每年增加的白炭黑用量就将超过20万吨。据统计，近几年使用高分散性白炭黑的绿色轮胎保持着10%~20%的年增长率，而且越来越多的原配胎指标中开始指定加白炭黑。绿色轮胎在全球市场发展较快，而且很多西方已经规定新车原配胎必须采用绿色轮胎，因此高分散沉淀法白炭黑未来使用量将更大。

高分散白炭黑与普通白炭黑相比，具有一次粒子细，表面羟基含量低，亲油性增强，与橡胶高分子的结合力、浸润性高的特点，是一种专用于高性能轮胎的理想补强填充材料。高分散沉淀法白炭黑在橡胶中分散性能好，使得轮胎制品的耐磨性高，滚动阻力低，抗屈挠龟裂性好，资料证明，添加高分散白炭黑的更性能轮胎可降低滚动阻力30%以上，从而降低油耗，减少尾气的排放，具有节能环保的特点。

在涂料行业中，由于白炭黑折射指数为1.45-1.50，在清漆中具有良好的光学性能。近年来，随着住房建设的迅速发展，涂料特别是建筑涂料的市场需求有较快的发展。白炭黑作为涂料的消光剂，其需求量也将有相应的发展。

白炭黑是目前牙膏用摩擦剂的主要品种之一。其具有比表面积大、吸附能力强、粒径均匀、性质稳定、无毒无害等特征，可作为较好的牙膏原料。白炭黑在牙膏中应用时间不长，但已显示出多种功能，除作摩擦剂外，还可作缓蚀剂、增稠剂、触变剂。虽然白炭黑在牙膏中的应用时间不长，但因其具有比表面积大、吸附能力强、粒料均匀和无毒无害等特性，目前已成为牙膏用摩擦剂的主要品种之一，预计随着人民生活水平的提高，使用白炭黑为磨料的高档牙膏的消费比例将逐步提高。2006年牙膏行业白炭黑使用量约1.0万吨，并逐年保持较快的增长速度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用硅酸钠制备高分散纳米白炭黑的方法，本方法利用有机酸对硅酸钠溶液进行酸化处理，即以一种有机酸对水玻璃溶液进行酸化处理，制备出优质高分散纳米白炭黑，提高了纳米白炭黑粒度均匀性及其分散性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用硅酸钠制备高分散纳米白炭黑的方法，所述方法包括：a、水玻璃溶液的净化除杂处理和浓度调节，除去对白炭黑质量影响较大的偏铝酸根离子；b、添加少量的电解质和分散剂，电解质Na、Ca、Mg离子浓度0.07mol/L-0.10 mol/L；c、利用有机酸对水玻璃溶液的酸化处理，反应温度控制在75℃-85℃，并在反应过程中不断搅拌；首先，将水玻璃溶液进行净化除杂，稀释并加入分散剂，经有机酸酸化得到絮状沉淀，经过滤、洗涤、干燥后即得到纳米白炭黑；

    具体工艺过程：

  （1）将水玻璃溶液除杂再稀释，添加电解质和分散剂，然后均匀缓慢滴加有机酸进行酸化处理，得絮状沉淀，直至PH为7时停止滴加；其化学反应式如下：Na₂SiO₃+2H⁺→H₂SiO₃+2Na^+；   H₂SiO₃→SiO₂·nH₂O(s)↓+(m-n)H₂O；

（2）将沉淀物经过滤、洗涤、干燥、粉碎即可获得产品。

    所述的一种用硅酸钠制备高分散纳米白炭黑的方法，所述水玻璃，来源于石英砂、沸石、硅灰石、煤矸石、蛋白石、硬质高岭土、高岭土、埃洛石、硅藻土、膨润土、蛇纹石、粉煤灰、黄磷矿、海泡石等，质量分数大于24.6%。

    所述的一种用硅酸钠制备高分散纳米白炭黑的方法，所述分散剂为聚乙二醇，丙三醇，正丁醇。

    所述的一种用硅酸钠制备高分散纳米白炭黑的方法，所述有机酸为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、辛酸、癸酸、乙二酸，丙二酸、丁二酸、异丁酸、马来酸、苯甲酸、苯乙酸、苯磺酸、邻苯二甲酸、丙烯酸，上述的一种。

    所述的一种用硅酸钠制备高分散纳米白炭黑的方法，所述有机质量分数为10%-20%。

本发明的优点与效果是：