一种大孔容沉淀法白炭黑的制备方法

技术领域

本发明涉及白炭黑制备技术领域，具体涉及一种大孔容沉淀法白炭黑的制备方法。

背景技术

白炭黑是一种重要的无机化工产品，又称无定形二氧化硅，在橡胶、塑料、涂料等方面得到了广泛应用。而大孔容白炭黑因其优良的特性，被广泛应用于涂料消光剂、催化剂载体、吸附材料、绝热材料等领域。

现有白炭黑按制备方法的不同可分为沉淀法、溶胶-凝胶法、气相法三种主要产品。而比表面积大于200m

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单、制作成本低、产品具有大孔容特性的沉淀法白炭黑的制备方法。

为实现以上目的，本发明一种大孔容沉淀法白炭黑的制备方法的操作步骤如下：

(一)在反应釜容器内预先加入水和硅酸钠溶液，硅酸钠溶液浓度为1.01～1.25mol/L，加入水与硅酸钠溶液的体积比为100：(20～40)，并升温至50～65℃；

(二)在搅拌条件下滴加质量比浓度为98％的浓硫酸进行反应，反应时间为15～30min，当溶液变成淡蓝色时停止滴加硫酸，按硅酸钠质量的0.5％～1.0％加入两亲性聚合物甲氧基聚乙二醇聚丙交酯作为模板剂，并继续搅拌5～20min；

(三)继续加入浓硫酸反应，反应时间为15～30min，直至反应溶液的pH值达到7.0-8.5后停止加入浓硫酸溶液，得到第一浆料并进行老化处理，老化时间为10～20min，作为下一步反应的底料；

(四)升温至75～95℃，按硅酸钠质量的0.5％加入3-氨丙基三甲氧基硅烷作为结构导向剂，在搅拌条件下同时加入硅酸钠溶液和硫酸进行反应，pH值控制在8.0～10.5，用时40～60分钟后停止加入硅酸钠，继续加浓硫酸将反应釜中的硅酸钠反应完全，搅拌至均匀的悬浊液，并将悬浮液pH值通过继续加酸调至4.0～5.5后继续陈化10～30分钟；

(五)将上述所得浆料用水进行洗涤后，再用乙醇进行洗涤，固液分离后得到滤饼；

(六)将上述所得滤饼经制浆、高温喷雾干燥，得到大孔容白炭黑产品。

上述大孔容沉淀法白炭黑的制备方法具有以下技术特点和有益效果。

(1)采用较高浓度硅酸钠底料，快速生成高溶度的硅酸离子，有利于后续快速进行缩聚自组装过程。

(2)使用两亲性聚合物作为模板剂，其在水溶液中会自发聚集形成胶束，胶束表面为向外的亲水基团，内部为疏水基团；硅酸离子在溶液中沿胶束外表面进行缩聚自组装，形成包裹两亲性聚合物的二氧化硅晶核，经陈化晶化形成稳定的大孔结构，高温干燥除去模板剂后获得大孔二氧化硅。

(3)使用含氨基的硅烷为结构导向剂，其硅氧烷部分与二氧化硅粒子表面的羟基缩聚形成硅壁，这为二氧化硅的生长提供的限域的生长环境，引导二氧化硅粒子生长成具有多孔结构的颗粒。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明一种大孔容沉淀法白炭黑的制备方法做进一步详细说明。

实施例1

1、在50L带搅拌的玻璃反应釜中，加入15L水和4L浓度为1.235mol/L的硅酸钠溶液，开动搅拌加热至55℃，再向反应釜中滴加质量比浓度为98％的浓硫酸，直到溶液变成淡蓝色停止浓硫酸，反应时间为20min，按硅酸钠质量的0.5％加入甲氧基聚乙二醇聚丙交酯两亲性聚合物作为模板剂，并继续搅拌15min。

2、继续加入浓硫酸直至反应后的溶液pH值到7.5后，停止加入浓硫酸溶液，反应时间为30min。得到悬浊液，进行老化处理，老化时间为15min，做为下一步反应的底料。

3、升温至85℃，按硅酸钠质量的0.5％加入3-氨丙基三甲氧基硅烷作为结构导向剂，在搅拌条件下同时加入硅酸钠溶液和浓硫酸进行反应，pH值控制在8.5，用时50分钟后停止加入硅酸钠，继续加浓硫酸将反应釜中的硅酸钠反应完全，搅拌至均匀的悬浊液，并将悬浮液pH值通过继续加酸调至4.5后继续陈化30分钟；

4、将上述所得浆料用水及乙醇各进行3次洗涤，固液分离后得到滤饼。

5、将上述所得滤饼经制浆、高温喷雾干燥，得到大孔容白炭黑产品。

实施例2

1、在50L带搅拌的玻璃反应釜中，加入15L水和4L浓度为1.235mol/L的硅酸钠溶液，开动搅拌加热至55℃，再向反应釜中滴加质量比浓度为98％的浓硫酸，直到溶液变成淡蓝色停止浓硫酸，反应时间为20min，按硅酸钠质量的1.0％加入甲氧基聚乙二醇聚丙交酯两亲性聚合物作为模板剂，并继续搅拌15min。

2、继续加入硫酸直至反应后的溶液pH值到7.5后，停止加入浓硫酸溶液，反应时间为30min。得到悬浊液，进行老化处理，老化时间为15min，做为下一步反应的底料。

3、升温至85℃，按硅酸钠质量的0.5％加入3-氨丙基三甲氧基硅烷作为结构导向剂，在搅拌条件下同时加入硅酸钠溶液和浓硫酸进行反应，pH值控制在8.5，用时50分钟后停止加入硅酸钠，继续加浓硫酸将反应釜中的硅酸钠反应完全，搅拌至均匀的悬浊液，并将悬浮液pH值通过继续加酸调至4.5后继续陈化30分钟；

4、将上述所得浆料用水及乙醇各进行3次洗涤，固液分离后得到滤饼。

5、将上述所得滤饼经制浆、高温喷雾干燥，得到大孔容白炭黑产品。

实施例3

1、在50L带搅拌的玻璃反应釜中，加入15L水和5.5L浓度为1.235mol/L的硅酸钠溶液，开动搅拌加热至60℃，再向反应釜中滴加质量比浓度为98％的浓硫酸，直到溶液变成淡蓝色停止浓硫酸，反应时间为15min，按硅酸钠质量的1.0％加入甲氧基聚乙二醇聚丙交酯两亲性聚合物作为模板剂，并继续搅拌15min。

2、继续加入硫酸直至反应后的溶液pH值到7.5后，停止加入浓硫酸溶液，反应时间为25min。得到悬浊液，进行老化处理，老化时间为15min，做为下一步反应的底料。

3、升温至80℃，按硅酸钠质量的0.5％加入3-氨丙基三甲氧基硅烷作为结构导向剂，在搅拌条件下同时加入硅酸钠溶液和浓硫酸进行反应，pH值控制在8.5，用时40分钟后停止加入硅酸钠，继续加浓硫酸将反应釜中的硅酸钠反应完全，搅拌至均匀的悬浊液，并将悬浮液pH值通过继续加酸调至4.5后继续陈化30分钟；

4、将上述所得浆料用水及乙醇各进行3次洗涤，固液分离后得到滤饼。

5、将上述所得滤饼经制浆、高温喷雾干燥，得到大孔容白炭黑产品。

对比例1

与实施例1不同的是，反应过程中不加入甲氧基聚乙二醇聚丙交酯两亲性聚合物模板剂及3-氨丙基三甲氧基硅烷结构导向剂，其他条件同实施例1。

以上实施例制得的白炭黑产品检测技术指标列于下表：

表中可以看出，实施例1的综合技术指标最好，是最佳实施例。

需要说明的是，以上实施例并不用于限制本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。