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1、第1卷 第6期广州大学学报(自然科学版)Vol.1No162002年 11月JOURNALOFGUANGZHOUUNIVERSITY(NaturalScienceEdition)Nov.2002文章编号:1671-4229(2002)06-0012-05白炭黑的表面改性技术于欣伟,陈 姚(广州大学生物与化学工程学院,广东广州 510405)摘 要:介绍了白炭黑的表面改性方法、常用改性剂及其改性机理以及改性白炭黑的应用,对几种常见的表面改性方法进行了比较,指出了我国白炭黑表面改性产品的差距和发展对策.关键词:白炭黑;表面改性;疏水;应用中图分类号:TQ134 文献标识码:A
2、 白炭黑是一种超细微具有活性的二氧化硅粒质发生反应,消除或减少其表面活性硅醇基的量,子,化学名称为水合无定形二氧化硅或胶体二氧化以达到改变表面性质的目的.硅,是一种重要的精细无机化工产品.根据制备方国外,白炭黑的表面改性研究起步于20世纪法的不同,白炭黑分为气相法白炭黑和沉淀法白炭60～70年代,研究工作的重点包括改性的方法、改黑.气相法白炭黑主要采用四氯化硅在氢氧火焰中性工艺、改性剂的选择等方面,其中,德国、日本、美[7～9]高温水解而制备,沉淀法白炭黑主要采用硅酸钠与国有大量专利发表.例如,1975年德国在日本[1～3][10]无机酸中和沉淀反应而制备,此外,也有以硅申请了
3、专利“疏水白炭黑的制备方法”,该方法[4～6]灰石、稻壳等为原料制备沉淀法白炭黑.首先在反应器中将聚乙烯醇溶解于水中,加入硅酸白炭黑具有特殊的表面结构(带有表面羟基和钠,升温到82℃,然后同时加入硫酸和硅酸钠,得吸附水)、特殊的颗粒形态(粒子小,比表面积大等)到pH值为2.5的悬浊液,通过过滤、洗涤、干燥和和独特的物理化学性能,广泛应用于橡胶、塑料、涂粉碎得到有机改性产品,该产品可用作油漆消光料、医药、日用化工诸多领域.剂、增稠剂等.1982年日本专利通过对改性剂的不[11]然而,由于白炭黑内部的聚硅氧和外表面存在断研究,推出一种新型的制备方法,该方法用有的活性硅醇基及其吸附水
4、,使其呈亲水性,在有机机卤化硅烷对沉淀白炭黑进行处理,把常规所制备相中难以湿润和分散,而且,由于其表面存在羟基,的沉淀白炭黑悬浊液加热到50～90℃,然后加入表面能较大,聚集体总倾向于凝聚,因而产品的应有机卤化硅烷,再对生成物过滤、洗涤、干燥,在用性能受到影响.如在橡胶硫化系统里不能与聚合300～600℃进行热处理,得到疏水性沉淀白炭黑产物很好地相容和分散,在涂料产品中容易引起凝聚品,该产品可用作橡胶填充剂、消泡剂助剂等.1988[12]沉淀,在轮胎中大量使用需要同时加入硅烷偶联剂年欧洲专利介绍了一种改进的处理工艺,该工2等等.为此,需要对白炭黑进行表面改性,以改善其艺是将10
5、0质量份的气相白炭黑[比表面积200m-1应用效果,提高产品的附加值,拓展产品的应用领·g,含水量4%],在室温下连续通有机卤化硅烷域.经表面改性后的白炭黑是一种具有特殊结构的[10份Me2SiCl2和10份Me3SiCl],然后在150℃下新型无机材料,广泛应用于国民经济的各行各业.保持3h,赶除盐酸后,得到疏水气相白炭黑,该产[13]品可用作硅橡胶补强剂.另外,1985年美国专利1 白炭黑的表面改性介绍将白炭黑置于流化床中,在300～600℃下,使用Me2SiCl2、HCl及表面活性剂配成的混合改性剂,白炭黑的表面改性是利用一定的化学物质通-2得到Si-OH含量低于5.3个
6、·nm的疏水白炭黑.过一定的工艺方法使白炭黑的表面羟基与化学物此外,若用低聚硅氧烷在加热加压下处理白炭黑,收稿日期:2002-09-21; 修订日期:2002-10-08作者简介:于欣伟(1961-),女,教授,硕士;主要研究方向:无机超微细粉体材料. 第6期 于欣伟等:白炭黑的表面改性技术13[14][15]可免去除酸工序等等.1990年美国专利介绍第二步是加不溶于水的有机溶剂使疏水沉淀二氧了制备疏水的特别是球形的疏水沉淀二氧化硅,用化硅从水溶液中分离出来.[16]在硅橡胶中作补强剂.1999年美国专利介绍了目前掌握改性白炭黑的先进技术,并实现规模一种
7、改性的疏水沉淀二氧化硅的制备方法.其工艺化工业生产仍然集中在世界上少数发达国家,如德主要分为两步,第一步是在酸作催化剂条件下,用国的Degussa、美国的Cabot、Grace公司.不同规格的有机硅化合物使水悬浮态的沉淀二氧化硅疏水化;改性白炭黑的主要物性和应用领域如表1所示.表1 不同规格改性白炭黑的主要物性和应用领域Table1Themainpropertiesandappliedareasofmodifiedsilica比表面积平均粒含水量灼烧失pH(4%水种类牌号SiO2/%改性剂应
