气相法白炭黑特点和用途

白炭黑虽然被称为白炭黑,但其实与炭并没有什么关系。只是因为在橡胶中有和炭黑相似的补强性能,而且是白色的,被称为白炭黑。制备方法为用化学方式提取得到的二氧化硅粉体,其化学成分为“水合二氧化硅”。

白炭黑目前的制备方法主要有两种,一种是沉淀法,其工艺路线大体上是:先采用燃油或燃气在高温下将石英砂与纯碱反应制得工业水玻璃,工业水玻璃用水配制成一定浓度的稀溶液,然后在一定条件下加入某种酸,使二氧化硅沉淀出来,再经清洗、过滤、干燥、粉碎、制得产品白炭黑。沉淀法又分酸法、溶胶法、碳化法等许多不同的具体方法,我国主要是采用酸法。酸法是将可溶性硅酸盐与硫酸(或其它酸)一起反应,当反应液到达某一pH值时停止加酸反应,进行陈化,然后过滤并用水多次反复清洗,脱除Na2SO4后,送干燥、粉碎后得到产品。

另一种是气相法,化学气相沉积(CAV)法,又称热解法、干法或燃烧法。其原料一般为四氯化硅、氧气(或空气)和氢气,高温下反应而成。反应式为:SiCl4+2H2+O2—>SiO2+4HCl。空气和氢气分别经过加压、分离、冷却脱水、硅胶干燥、除尘过滤后送入合成水解炉。将四氯化硅原料送至精馏塔精馏后,在蒸发器中加热蒸发,并以干燥、过滤后的空气为载体,送至合成水解炉。四氯化硅在高温下气化(火焰温度1000~1800℃)后,与一定量的氢和氧(或空气)在1800℃左右的高温下进行气相水解;此时生成的气相法白炭黑颗粒极细,与气体形成气溶胶,不易捕集,故使其先在聚集器中聚集成较大颗粒,然后经旋风分离器收集,再送入脱酸炉,用含氮空气吹洗气相二氧化硅至PH值为4～6即为成品。

那么,沉淀法白炭黑和气相法白炭黑有什么区别呢?

沉淀法白炭黑和气相法白炭黑区别主要在于:颗粒度大小和纯度。

沉淀法二氧化硅一般是微米级,气相法二氧化硅一般是纳米级。沉淀法二氧化硅杂质含量高,纯度一般在93%左右,气相法二氧化硅杂质含量很低,纯度可以达到99%以上。

由于颗粒大小和纯度的巨大差异,气相法二氧化硅在增稠、触变、防沉、补强、消光、摩擦等作用上均优于沉淀法二氧化硅。

水合二氧化硅的具体应用

橡胶的补强

白炭黑作为补强剂广泛应用于橡胶领域,其用量占总量的70%,特别是制造白色、彩色及浅色橡胶制品时,因白炭黑的白色容易进行着色而显得更为适用。比如未经补强的硅橡胶的拉伸强度不超过0.4MPa,经过气相法白炭黑补强之后,强度可提高40倍。

消光剂

白炭黑表面积巨大,折射指数为1.45—1.50,含有水合二氧化硅消光剂的漆膜,当光线射入时,会发生漫反射,从而形成光泽的亚光和消光外观。气相法二氧化硅颗粒更疏松,单位质量下的颗粒数目多于沉淀法二氧化硅,因此在相同添加量的情况下,气相法二氧化硅有着更高的消光效果,并且透明度也更好。

摩擦剂

除了表面积大,水合二氧化硅的吸附能力也是十分强悍,因此水合二氧化硅是目前牙膏摩擦剂的主要品种之一,由于气相法二氧化硅更优越的透明性、摩擦性等,很多晶莹剔透的牙膏的配料中都有着气相法二氧化硅的身影。

用于纸张的上胶、强化

水合二氧化硅拥有十分优秀的耐磨性和强度,上面也说了,它很“白”,因此水合二氧化硅用于纸张时,可以提高纸张的白度和不透明度,使纸张更耐磨耐油,光泽感更好。比如往新闻纸中加入1-2%的气相法二氧化硅,可以使纸的重量减轻10%,还能提高强度,防止油墨渗透。

防沉降、助流作用

用于胶粘剂和密封剂时,水合二氧化硅可起到控制流变、防止沉降、防止流挂和补强作用。此外气相法二氧化硅以更优越的性能作为流变助剂、防沉剂、分散剂广泛应用于油漆、油墨及涂料领域。

化妆品、药品中的防护、运载作用

用于化妆品时,气相法二氧化硅可有效地反射紫外线,具有消光作用,且照射后不分解、不变色;作为载体时,还可延长药效并促进药物或护肤品的吸收,而沉淀法二氧化硅一般达不到这个要求。

关于白炭黑

白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称,主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅和超细二氧化硅凝胶,也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。白炭黑是多孔性物质,其组成可用SiO2·nH2O表示,其中nH2O是以表面羟基的形式存在。能溶于苛性碱和氢氟酸,不溶于水、溶剂和酸(氢氟酸除外)。耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性。

物理化学性质

熔点:1610 °C(lit.)

沸点:>100 °C(lit.)

密度:2.6 g/mL at 25 °C(lit.)

折射率:n20/D 1.544(lit.)

储存条件:2-8°C

form tablets (~0.5 g each)

1、物理性质

外观:白色粉末或粒状或不规则造块。

 真密度:约2.0g/ml 假密度:约0.2g/ml(普通产品)。

 耐高温、不燃烧;电绝缘性好。

 2、化学性质:

 能与烧碱发生反应 SiO2nH2O+2NaOH=Na2SiO3+(n+1)H2O

 能与氢氟酸发生反应 SiO2nH2O+4HF=SiF4+(n+2)H2O

 3、主要化学指标

 SiO2含量(干品)≥90%

 筛余物(45цm)≤0.5%

 加热减量:4.0-8.0%

 灼烧减量:(干品)≤7.0%

 PH值:5.0-8.0

 总铜含量:≤30mg/kg

 总锰含量:≤50mg/kg

 总铁含量:≤1000mg/kg

 DBP吸收值:2.00-3.50cm/g

 比表面积:不同用途有不同范围,一般145-165m/g(HT2) 165-185m/g(HT1)

 200-300m/g(HT3)

 3、主要物理性能(配合橡胶品)

 拉伸强度≥17.0Mpa 500%定伸强度≥6.3Mpa

 扯断伸长度≥675%