[发明专利]一种新型白炭黑的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型白炭黑的制备方法。本发明采用二氧化碳与含淀粉的水玻璃溶液在喷雾干燥机的反应塔中进行原位反应的方法制备新型白炭黑，喷雾干燥直接获得新型白炭黑成品，本发明方法反应迅速，效率高且满足节能环保需求。

背景技术

目前，国内外白炭黑行业中，已经实现工业话的制备白炭黑工艺主要有气相法和沉淀法。通常国内高品质白炭黑的生产方法主要是使用气相法，但由于工艺复杂，设备投资大，原料不易得，成本高等缺点，限制了高品质的白炭黑大规模工业化。而通常的酸沉淀法虽然成本低廉，但是白炭黑品质大多达不到市场的需求。

一般来说，白炭黑即水合二氧化硅，结构式为SiO2·nH2O，具有特殊的表面结构(带有表面羟基和吸附水)、特殊的颗粒形态(粒子小、比表面积大等)和独特的物理化学性能。因而白炭黑具有多孔性、高分散性、质轻、化学稳定性好、耐高温、不燃烧、电绝缘性好等优异性能的重要无机硅化合物。这样的特性使得白炭黑广泛应用在橡胶、塑料、涂料、医药、日用化工等诸多领域。

目前全世界70％的白炭黑用于橡胶工业，是优良的橡胶补强剂，能改善胶接性和抗撕裂性，其性能明显优于普通炭黑的。

然而，由于传统的白炭黑内部的聚硅氧和外表面存在的活性硅醇基及其吸附水特性，使其呈亲水性，将白炭黑添加入橡胶等材料后，白炭黑难以在有机相中湿润和分散。而且，由于白炭黑表面存在羟基，表面能较大，聚集体总倾向于凝聚，因而产品的应用性能受到影响。

工业上往往对白炭黑的要求是疏水性，但由于白炭黑表面含有大量的硅羟基而表现出很强的亲水性，因此改善其同聚合物胶料的界面结合力，需要对其进行表面改性。通常的方法是：利用合适的化学物质通过一定的工艺方法使之与白炭黑表面的羟基发生反应，消除与减少表面硅醇基的量，使产品的亲水性改变为疏水性，以达到改性的目的。目前，使用最为普遍的改性方法有醇酯化法、有机硅化合物反应法、粒子表面的聚合物接枝法，此外还有和重氮甲烷反应、和卤素反应、与氯化硅反应等。但这些化学方法原料昂贵，工艺复杂，反应不易控制，因此也限定了其实现工业化。

中国专利一种淀粉/白炭黑复合填料的制备方法，涉及的白炭黑改性方法是将白炭黑混入预先糊化好的淀粉糊中的共混改性方法，此法工艺简单，易于实现，但仅仅是对白炭黑成品的改性处理，淀粉与白炭黑间的包覆为简单的吸附。

淀粉是由a—D—葡萄糖组成的多糖高分子化合物，分子式为(C₆H₁₀O₅)_n，其分子结构有直链状和支链状两种，它是一种强极性多羟基的结晶性物质。淀粉分子的每个葡萄糖结构单元中的2，3，6位碳上含有羟基，有这几个具有化学活性的羟基，所以可以与许多化合物发生接枝、交联反应，这使得对淀粉进行改性成为可能。因此，将淀粉引入到白炭黑的改性中，通过原位法，使得淀粉与白炭黑发生化学作用，制得新型白炭黑，这样的方法目前少有人研究。

发明内容

本发明涉及一种新型白炭黑的制备方法，在喷雾干燥塔中，通入含有淀粉的水玻璃溶液与二氧化碳反应制备新型白炭黑，喷雾干燥得到淀粉包覆白炭黑成品。这样的方法从根本上解决了白炭黑易团聚，难分散等问题。采用二氧化碳与含有淀粉的水玻璃溶液通过喷雾干燥直接原位生成新型白炭黑的工艺，最终得到淀粉改性白炭黑。

一种白炭黑的制备方法，其特征在于：将模数为2.4～3.8，质量浓度为5％～25％的水玻璃溶液，加入水玻璃溶液质量的0.01％～0.1％的季铵盐以及水玻璃溶液质量的2％～25％的淀粉，在搅拌速度为

50m/min～300m/min和温度为60～95℃条件下，搅拌与糊化均匀后通入进气温度为200～700℃，出口温度为70～140℃的喷雾干燥塔中与含有10～100％二氧化碳的气体原位反应，喷雾干燥得到新型白炭黑成品，在200～300℃下进行碳化，或造粒后在180～250℃下碳化。

作为优选：所用淀粉为糯米淀粉，玉米淀粉，豌豆淀粉，木薯淀粉，红薯淀粉，大豆淀粉，高粱淀粉，淀粉用量为水玻璃质量的2％～25％。

作为优选：所使用的季铵盐为主链含碳数为12至18的季铵盐，其与水玻璃溶液质量比为0.01％～0.1％。

作为优选：喷雾干燥的雾化粒径为5～100微米，进气温度为200～700℃，出口温度为70～140℃。