[发明专利]一种白炭黑及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于白炭黑制备技术领域，涉及一种白炭黑及其制备方法和应用。

背景技术

白炭黑的化学名称为水合无定形二氧化硅，表面含有硅羟基，易吸水而成为聚集的细粒。具有多孔性、比表面积大、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。

目前全球70％的白炭黑用于橡胶工业，是优良的橡胶补强剂，能改善胶接性和耐磨性，其性能优于普通炭黑。随着环保和节能意识的增强，轮胎生产厂家逐渐应用白炭黑来取代炭黑。白炭黑胎面胶比炭黑胎面胶的摩擦阻力降低20％左右，起到节能减排的作用，有利于节能环保，对于轮胎橡胶工业的发展具有重要的现实意义和工业价值。

与气相法白炭黑相比较，普通沉淀法生产的白炭黑存在表面硅羟基含量高、比表面积分布宽等问题，导致白炭黑在橡胶胶料中的分散性不高且易团聚，使橡胶抗撕裂强度、耐磨性等性能下降，影响了轮胎使用寿命及安全性。因此需要改进传统的工艺条件以制备出高分散性的沉淀法白炭黑。

CN102951649A公开了一种改性沉淀法白炭黑的制备方法，首先在反应器中加入10％～50％的液体硅酸钠；再向反应器中同时加入剩余50％～90％的硅酸钠和与全部硅酸钠等摩尔量的浓度为10％～30％的硫酸水溶液，并加入改性剂十二烷基硫酸钠或硬脂酸或硬脂酸锌，升温至50℃～95℃，在搅拌下反应1～2h；然后用氨水调节PH值到7～9，同时加入沉降剂十二水合硫酸铝钾，继续反应0.5～2h；最后将反应生成物进行水洗、抽滤，并进行干燥，得到改性沉淀法白炭黑。利用该发明方法仅改善了白炭黑的分散性，并未介绍白炭黑的具体结构度值也未公开该方法对于白炭黑其他性能的改善。

CN102092721A公开了硫酸沉淀法制备白炭黑的方法，是以硅酸钠为原料，利用硫酸为沉淀剂，通过表面活性剂和助分散剂调控硅酸根的水解速率与硅酸分子的聚合度制备高品质的纳米级白炭黑。在该发明中选用烷基苯磺酸盐或聚合醇类作为表面活性剂，有机小分子酮类或有机小分子醇类作为助分散剂，并且其作用为调控硅酸根的水解速率与硅酸分子的聚合度，从而控制白炭黑的品质，但是由此制备的白炭黑的吸油值仅为1.90cm³/g，结构度仍然较低。

因此，在本领域，期望能够制备一种具有高分散性以及更高结构度的具有优良综合性能的白炭黑。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种白炭黑及其制备方法和应用。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种白炭黑的制备方法，所述方法包括在利用沉淀法制备白炭黑的过程中加入烷基糖苷作为分散剂。

在制备过程中添加烷基糖苷这种非离子表面活性剂，对沉淀的二氧化硅水合物表面形成了包覆，阻止二氧化硅粒子之间的团聚，保证产物具有高的分散性和高结构度。从而可以使得制备得到的白炭黑在应用于橡胶制品时，有效防止凝胶的产生，进而提高白炭黑与橡胶分子的相容性。

此外，由于烷基糖苷的加入，使得白炭黑的其他性能，例如拉伸应力应变性能、门尼粘度以及硫化特性等得到一定程度的改善，使得白炭黑具有优良的综合性能。

烷基糖苷，简称APG，是由脂肪醇和葡萄糖合成的，是一种性能较全面的新型非离子表面活性剂，兼具普通非离子和阴离子表面活性剂的特性，具有高表面活性、良好的生态安全性和相溶性，是国际公认的首选“绿色”功能性表面活性剂，其分子通式如下：

其中R为C_8-18，n＝1～8。

在本发明所述白炭黑的制备方法中，所述烷基糖苷的加入量为白炭黑理论产量的0.16～4％，例如0.16％、0.18％、0.2％、0.5％、0.8％、1％、1.3％、1.5％、1.8％、2％、2.3％、2.5％、2.8％、3％、3.3％、3.5％、3.8％或4％，优选为2～4％，进一步优选为2％。

在本发明所述白炭黑的制备方法中，所述烷基糖苷的平均聚合度为1.2～1.8，例如1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7或1.8。

本发明所述白炭黑的制备方法包括以下步骤：将水玻璃溶液与烷基糖苷加入反应釜，升温至85～95℃，滴加硫酸溶液，进行沉淀反应，反应结束后，调节pH值至5～6，进行陈化反应，得到所述白炭黑。

在本发明所述白炭黑的制备方法中，所述水玻璃的模数为3.2～3.5，例如3.2、3.3、3.4或3.5。