无机活性填料白炭墨的碳化法制备与表面改性研究

沉淀水合二氧化硅外观呈白色，由于在橡胶中有类似于炭黑的补强性能，而又俗称为白炭黑。它以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性等成为重要无机填料之一。白炭黑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，广泛应用于橡胶、塑料、涂料、医药、日用化工诸多领域。本文对其碳化法制备工艺及表面改性进行了较为系统的研究。 白炭黑的制各多采用盐酸法和硫酸法，且生产工艺较成熟。考虑到近年来工业废气二氧化碳的过量排放造成的温室效应导致大气环流和气候的异常，本文研究了碳化法制备白炭黑的生产工艺。利用电石生产排放的含二氧化碳的废气—石灰窑气和水玻璃进行碳化反应，进行了单因素试验，探讨反应温度、反应时间、原料配比及二氧化碳浓度等因素对碳化过程、产率及产品性能的影响。并对实验现象和微观特征进行了深入的理论分析，取得了制备综合性能较佳的产品的工艺参数，为石灰窑气的回收利用和碳化法白炭黑制各的工业化提供技术支持。 太原理工大学硕士研究生学位论文 普通白炭黑作为填料，可以提高制品的耐热性、耐磨性、 刚度及可加工性，并降低制品的成本。但是由于普通白炭黑粉一 体为亲水型无机化合物，表面有亲水性较强的经基，呈现碱性。 其亲水疏油的性质使得白炭黑与有机高聚物的亲和性差，易形 成聚体，造成在高聚物的内部分散不均匀，从而造成两材料间 界面缺陷，直接应用效果不好。为了提高白炭黑在复合材料中 的分散性能和改进白炭黑填充复合材料的物理性能，拓宽白炭 黑的应用领域，使其成为一种功能性补强填充改性材料，本文 还探索了表面改性制备活性白炭黑的实验研究，它是当前新型 无机材料研究领域的一个热点。 碳化法白炭黑的表面改性研究，采用了反应过程中添加几种 新型表面活性剂，如聚乙二醇(6000)、聚乙二醇(10000)、聚 乙二醇(20000)、十二烷基苯磺酸钠、梭甲基纤维素及硅烷偶 联剂KH一550，对白炭黑进行表面处理，考察、测定了活性白炭 黑的粒度分布、DBP吸着率等指标，并用红外光谱进行测试，结 果表明:选用PEG(6000)或KH一550作为表面活性剂且选取合适 的添加量时，反应的产率就会提高，与普通白炭黑相比，活性 白炭黑的粒径小，粒度分布均匀，比表面积大，DBP吸着率高。 另外，本文还在单因素试验的基础上，分别对普通白炭黑 和活性白炭黑的制备进行了正交试验，并对实验结果作直观分 析和方差分析，确定了制备普通白炭黑和活性白炭黑的最佳工 艺条件。对正交试验数据进行了FORTRAN多元线性回归，得到 太原理工大学硕士研究生学位论文 各影响因素与产率之间的多元线性回归方程式。 最后，本文还对生产普通白炭黑和活性白炭黑分别进行物 料衡算和成本核算，初步的技术经济评价表明:生产1吨活性 白炭黑的利润比生产1吨普通白炭黑的利润大，经济效益可观。 说明石灰窑气碳化法制备普通白炭黑和活性白炭黑的新工艺不 仅技术上可行，而且有良好的环境效益和社会效益。