沉淀白炭黑

　　1.1 沉淀白炭黑的基本概念與分類

　　沉淀白炭黑：又稱水合二氧化硅、活性二氧化硅、沉淀二氧化硅和沉淀水合二氧化硅。

　　英文名稱：Silica

　　CAS RN：14464-46-1

　　分子式: SiO2 * nH2O。

　　白炭黑是白色粉末狀X-射線無定形硅酸和硅酸鹽產(chǎn)品的總稱，主要是指沉淀二氧化硅、氣相二氧化硅、超細二氧化硅凝膠和氣凝膠，也包括粉末狀合成硅酸鋁和硅酸鈣等。白炭黑是多孔性物質(zhì)，其組成可用SiO2 * nH2O表示，其中nH2O是以表面羥基的形式存在。能溶于苛性堿和氫氟酸，不溶于水、溶劑和酸(氫氟酸除外)。耐高溫、不燃、無味、無嗅、具有很好的電絕緣性。

　　白炭黑按生產(chǎn)方法大體分為沉淀法白炭黑和氣相法白炭黑。

　　氣相法白炭黑常態(tài)下為白色無定形絮狀半透明固體膠狀納米粒子(粒徑小于100nm)，無毒，有巨大的比表面積(100～400m2/g)(使用F-Sorb 2400比表面積儀BET法測試)。氣相法白炭黑全部是納米二氧化硅，產(chǎn)品純度可達99%，粒徑可達10～20 nm，但制備工藝復(fù)雜，價格昂貴。

　　沉淀法白炭黑又分為傳統(tǒng)沉淀法白炭黑和特殊沉淀法白炭黑。前者是指以硫酸、鹽酸、CO2與水玻璃為基本原料生產(chǎn)的白炭黑，后者是指采用超重力技術(shù)、溶膠-凝膠法、化學(xué)晶體法、二次結(jié)晶法或反相膠束微乳液法等特殊方法生產(chǎn)的白炭黑。

　　沉淀白炭黑主要用作天然橡膠和合成橡膠的補強劑、牙膏摩擦劑等。

　　1.2 沉淀白炭黑的主要物理化學(xué)性質(zhì)

　　白炭黑，又名輕質(zhì)二氧化硅，學(xué)名沉淀水合二氧化硅。是一種高科技的無機精細化工產(chǎn)品，主要成分SiO2。性能與炭黑相似，外觀為白色高度分散的無定形粉末或絮狀粉末，也有加工成顆粒狀作為商品的。質(zhì)輕，原始粒徑0.3μm以下，相對密度2.319～2.653，熔點1750℃，不溶于水及絕大多數(shù)酸，有吸水性，在空氣中吸收水分后會成為聚集的細粒。能溶于苛性鈉和氫氟酸。對其它化學(xué)藥品穩(wěn)定，耐高溫不分解，不燃燒。對基質(zhì)和活性成分及添加劑顯示出化學(xué)惰性，對維生素、激素、氟化物、抗生素、酶制劑及化妝品中常用的許多活性成分都有良好的相容性。具有很高的電絕緣性。由于具有多孔性及大的比表面積，在生膠中有較大的分散力，填充于橡膠中顯示出高的補強性。經(jīng)表面改性處理的憎水性白炭黑易溶于油內(nèi)，用于橡膠和塑料等作為補強填充劑，都會使其產(chǎn)品的機械強度和抗撕指標顯著提高。由于制造方法不同，白炭黑的物化性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)均會有一定差異，故其應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用效果也不同。

　　表1.1 沉淀白炭黑的理化性質(zhì)表

　　學(xué)名 沉淀水合二氧化硅

　　分子式 SiO2 * nH2O

　　主要成分 SiO2

　　原始粒徑 0.3μm以下

　　相對密度 2.319～2.653

　　熔點 1750℃

　　外觀 白色無定形粉末

　　溶解性 不溶于水和酸;溶于苛性鈉和氫氟酸

　　1.3 沉淀白炭黑主要應(yīng)用領(lǐng)域

　　白炭黑為高度分散狀的無定形粉末或絮狀粉末，質(zhì)輕，具有很高的電絕緣性、多孔性和吸水性。其原始顆粒粒徑小于3um，故表面積大，具有很好的補強和增粘作用以及良好的分散、懸浮和振動液化特性，已廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、造紙、涂料、染料和油墨等十幾個領(lǐng)域，尤其是在橡膠行業(yè)，白炭黑以其優(yōu)越的補強性和透明性居于首位。

　　根據(jù)品質(zhì)的不同，具有不同的應(yīng)用，沉淀法白炭黑主要用于汽車橡膠輪胎，農(nóng)藥飼料、涂料、牙膏等添加劑。

　　沉淀白炭黑廣泛用于橡膠、塑料的填充補強劑、油墨增稠劑、油漆涂料添加劑、合成潤滑脂和硅脂稠化劑、制革業(yè)平光劑、農(nóng)藥分散劑、造紙?zhí)畛鋭�、合成樹�?聚脂樹脂、彈性聚氨脂)的添加劑、電子電氣業(yè)絕緣絕熱填料及日用化工原料等行業(yè)。同時用作聚丙烯、無毒聚氯乙烯塑料薄膜的開口劑和食品、農(nóng)藥醫(yī)藥的防結(jié)塊劑和載體。

　　在樹脂基復(fù)合材料中，白炭黑顆粒可以充分、均勻地分散到樹脂材料中，使環(huán)氧樹脂材料強度、韌性、延展性均大幅度提高，提高耐磨性和改善材料表面的光潔度，改善抗老化性能。從而達到全面改善樹脂基材料性能的目的。

　　在塑料工業(yè)中，利用白炭黑透光、粒度小，可以使塑料變得更加致密。不但提高其透明度、強度、韌性，而且防水性能、抗老化性能和硬度、光潔度也明顯提高。例如: 利用納米白炭黑對普通塑料聚丙烯進行改性，現(xiàn)主要技術(shù)指標(吸水率、絕緣電阻、壓縮殘余變形、撓曲強度等)均達到或超過工程塑料尼龍6的性能指標，實現(xiàn)了聚丙烯鐵道配件替代尼龍6使用，產(chǎn)品成本大幅下降，其經(jīng)濟效益和社會效益十分顯著。

　　在橡膠工業(yè)中，通常需在膠料中加入炭黑來提高強度、耐磨性和抗老化性，但由于炭黑的加入使得制品均為黑色。如在普通橡膠中添加少量納米白炭黑后，產(chǎn)品的強度、耐磨性和抗老化性等性能均達到或超過高檔橡膠制品，而且可以保持顏色長久不變。輪胎通常也是黑的，但運用納米材料生產(chǎn)的輪胎不僅色彩鮮艷，性能上也大大提高，輪胎側(cè)面膠的抗折性能由10萬次提高到50萬次。

　　在彩電等家電中，因材料中需加入炭黑進行靜電屏蔽，故家電一般都是黑色，被稱為黑色家電。而利用納米白炭黑，可以研制出靜電屏蔽的涂料，進一步可以控制涂料顏色，黑色家電將變成彩色家電。

　　在涂料工業(yè)中，納米白炭黑改性涂料一改以往產(chǎn)品的不足，大大提高了諸如懸浮穩(wěn)定性差、觸變性差、耐候性差、耐洗刷性差等。

　　在顏料和染料工業(yè)中，可以克服有機顏(染)料雖具有鮮艷的色彩和很強的著色力，但一般耐光、耐熱、耐溶劑和耐遷移性能不佳的缺點。通過添加納米白炭黑對有機顏(染)料進行表面改性處理，不但使顏(染)料抗老化性能大幅提高，而且亮度、色調(diào)和飽和度等指標也均出現(xiàn)一定程度的提高，極大地拓寬了有機顏(染)料的檔次和應(yīng)用范圍。

　　白炭黑反射紫外線的能力強、穩(wěn)定性好，被紫外線照射后不分解、不變色，也不會與配方中的其它組分起反應(yīng)。因此可以在高級化妝品、防紫外線新型有機玻璃等中得到應(yīng)用。