沉淀白炭黑的成形、造粒與表面改性研究.pdf

1、白炭黑即水合二氧化硅,由于在橡膠中有類似于炭黑的補(bǔ)強(qiáng)性能和白色外觀,而被稱為白炭黑。白炭黑具有無定形晶體結(jié)構(gòu)、表面帶有羥基和吸附水、顆粒小、比表面積大、易分散等獨(dú)特性能,是一種重要的填料,被廣泛應(yīng)用于橡膠、塑料諸多領(lǐng)域。近年來,隨著汽車等行業(yè)的高速發(fā)展,對(duì)輪胎高性能化的要求也逐年提高,這就要求輪胎具有良好的抗?jié)窕阅?低的滾動(dòng)阻力等。因此對(duì)橡膠增強(qiáng)填料的要求也越來越高,白炭黑在這些方面較炭黑有明顯優(yōu)勢(shì)。
　　 本論文以水玻璃為原

2、料,采用硫酸液相沉淀法制備白炭黑漿料。系統(tǒng)研究了制備過程中水玻璃濃度、H2SO4濃度、反應(yīng)溫度、pH值、攪拌速度等因素對(duì)形成白炭黑粒子的影響,并優(yōu)化了制備工藝。透射電鏡分析表明:白炭黑一次粒子呈球形,粒子大小在20nm左右,粒子之間相互接觸呈聯(lián)枝狀。同時(shí)通過激光粒度儀分析二次粒子的粒徑大小和分布情況。本實(shí)驗(yàn)條件下確定的最佳制備工藝條件為:20°Bé的水玻璃原料,500r·min-1的攪拌速度,10％的硫酸,50～60℃溫度下進(jìn)行沉淀反應(yīng)

3、,直到溶液pH值為7～8時(shí)停止,最后在90℃下進(jìn)行陳化,此時(shí)得到的白炭黑二次粒子大小在20μm左右。
　　 采用三種不同的干燥方式對(duì)漿料進(jìn)行了干燥造粒,比較了干燥方式對(duì)白炭黑顆粒性能的影響。經(jīng)X-射線衍射分析表明:產(chǎn)品為非晶態(tài)物質(zhì),干燥方式不影響物質(zhì)結(jié)構(gòu)。激光粒度儀,掃描電鏡,DBP吸油值和BET比表面積值等分析表明:干燥方式對(duì)白炭黑含水率、表觀密度、粒徑大小和分布、吸油值以及比表面積影響較大。其中噴霧干燥獲得的白炭黑,顆粒呈近

4、球狀,分散較均勻,粒徑大小在30～40μm,表觀密度在0.23g／ml左右,DBP吸油值達(dá)到2.9g／ml。
　　 由于白炭黑表面有較強(qiáng)的羥基,極易團(tuán)聚,從而降低了補(bǔ)強(qiáng)性能。為了減少白炭黑的團(tuán)聚,提高它與被補(bǔ)強(qiáng)材料的親和性,本文探討了白炭黑的表面改性。通過在溶液中加入表面改性劑PEG6000或正丁醇,減少親水性羥基的數(shù)量,使白炭黑顆粒由親水性轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷?提升顆粒的分散性,降低顆粒的團(tuán)聚。掃描電鏡分析表明:經(jīng)過改性后,顆粒團(tuán)聚現(xiàn)