CN103880021A - 一种在反微乳液体系中制备白炭黑的方法 - Google Patents

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Abstract

一种在反微乳液体系中制备白炭黑的方法，尤其是制备橡胶用高分散性白炭黑。该方法在于预先制备好以有机溶剂（油相）为连续相，澄清的硅酸钠溶液（水相）为分散相的反微乳液体系，并在一定的温度条件下，向该反微乳液体系通入二氧化碳，固液分离烘干制得白炭黑产品。本发明所涉及的发明方法中，整个反应过程在纳米级的硅酸钠“水核”中进行，只需2-5s即可完成，大大提高了生产白炭黑的效率；在制备白炭黑过程中通过二氧化碳替代了对无机酸的使用，满足了环保的需要；反应过程中有机溶剂可循环使用，可提高经济效益。本发明生产的白炭黑粒径小比表面积大，且分布均匀、微观结构规整，具有高分散性白炭黑的特点。

Description

一种在反微乳液体系中制备白炭黑的方法
技术领域
本发明涉及一种反微乳液体系中制备白炭黑的方法，尤其是制备橡胶用高分散性白炭黑。本发明采用二氧化碳法在反微乳液体系中制备白炭黑，反应迅速，效率高且满足环保需求。
背景技术
近年来，随着白炭黑用量的逐年增加，白炭黑生产制备前景广泛。工业上，白炭黑被分为沉淀法白炭黑和气相法白炭黑。其中，沉淀法白炭黑因为生产工艺简单、成本低、产量大而被广泛使用。
传统沉淀法白炭黑是由硅酸钠溶液和酸反应制得，根据酸的种类不同可分为硫酸法、硝酸法、盐酸法和碳酸法。碳酸法是由硅酸钠和二氧化碳反应制备白炭黑，这种方法避免了工艺过程中过量强酸及盐的直接排放，可经济回收利用，减少污染。
200910175259，201110026112专利都介绍了在水相中二氧化碳与硅酸钠反应制备白炭黑的方法，二者虽然在废物回收利用、经济环保方面有一定效果，但是其反应周期长、终点难以控制等不足却暴露无遗。
反微乳液法作为一种新型纳米粒子制备方法，其以油相作为介质相，反应原料一相被均匀分散成无数个“水核”，每个水核均被看成是一个微型反应器，因此反应生成的粒子尺寸小且分散均匀、微观结构规整。利用此机理，反微乳液法近年来被用于生产纳米二氧化硅。
王玉琨的“微乳液法合成纳米二氧化硅粒子”，何晓晓的“基于反相微乳液法的尺寸可控二氧化硅纳米颗粒制备研究”中都介绍以正硅酸乙酯为原料在反微乳液体系中制备白炭黑的方法，这种方法制得的白炭黑粒子尺寸小、分布均匀，但是由于原料十分昂贵，因此该法仅限于科学研究，较难实现工业化生产。
发明内容
本发明采用反微乳液体系中通入二氧化碳制备白炭黑的方法，综合了二氧化碳及反微乳液体系中制备白炭黑的优势。
本发明所涉及的试验方法包括如下步骤：将澄清的水玻璃溶液加入到含有表面活性剂及助表面活性剂的丁酮反微乳液中，在40-70℃温度条件下通入二氧化碳气体生成白炭黑颗粒，固液分离，烘干得白炭黑成品。
作为优选：所用水玻璃模数为2.4-3.2，质量浓度为5%-15%。
作为优选：水玻璃溶液与丁酮的质量比为1/6-1/3。
作为优选：所使用的表面活性剂为主链含碳数为12至18的季铵盐，其与水玻璃溶液用量比为0.5%-2%。
作为优选：助表面活性剂为正丁醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇，表面活性剂与助表面活性剂用量比为1.5%-3%。
反微乳液可以循环利用。
有益效果
本发明所涉及的方法制备白炭黑其目的在于缩短反应周期，提高反应效率；有机相可经济回收再利用，满足环保需求；原料简单，生成产物尺寸小、分布均匀，符合橡胶用白炭黑各项性能指标；具有较好的经济效益。
附图说明
图1为该法制得的白炭黑高倍数SEM电镜图，
图2为德固赛VN3型白炭黑高倍数SEM电镜图。
图3为法国罗地亚1165型高分散性白炭黑。
具体实施方式
实施例1：
在烧杯中依次加入180g丁酮、30g质量含量为15%模数为2.4的澄清硅酸钠溶液，加入60g质量含量为1%的十二烷基三甲基溴化铵以及40g正丁醇配成反微乳液体系；将配制好的混合液转移到圆底烧瓶中，在70℃温度条件下通入二氧化碳，生成白炭黑；固液分离，烘干得到白炭黑成品；反微乳液体系循环使用。
实施例2：
在烧杯中依次加入150g丁酮、30g质量含量为12%模数为2.8的澄清硅酸钠溶液，加入45g质量含量为1%的十四烷基三甲基溴化铵以及20g正戊醇配成反微乳液体系；将配制好的混合液转移到圆底烧瓶中，在60℃温度条件下通入二氧化碳，生成白炭黑；固液分离，烘干得到白炭黑成品；反微乳液体系循环使用。
实施例3：
在烧杯中依次加入160g丁酮、40g质量含量为10%模数为2.8的澄清硅酸钠溶液，加入40g质量含量为1%的十六烷基三甲基溴化铵以及15g正己醇配成反微乳液体系；将配制好的混合液转移到圆底烧瓶中，在50℃温度条件下通入二氧化碳，生成白炭黑；固液分离，烘干得到白炭黑成品；反微乳液体系循环使用。
实施例4：
在烧杯中依次加入160g丁酮、40g质量含量为8%模数为2.8的澄清硅酸钠溶液，加入20g质量含量为1%的十六烷基三甲基溴化铵以及10g正庚醇配成反微乳液体系；将配制好的混合液转移到圆底烧瓶中，在40℃温度条件下通入二氧化碳，生成白炭黑；固液分离，烘干得到白炭黑成品；反微乳液体系循环使用。
实施例5：
在烧杯中依次加入150g丁酮、50g质量含量为5%模数为3.2的澄清硅酸钠溶液，加入25g质量含量为1%的十八烷基三甲基溴化铵以及10g正辛醇配成反微乳液体系；将配制好的混合液转移到圆底烧瓶中，在60℃温度条件下通入二氧化碳，生成白炭黑；固液分离，烘干得到白炭黑成品；反微乳液体系循环使用。
实施例6：
在烧杯中依次加入160g丁酮、40g质量含量为12%模数为2.4的澄清硅酸钠溶液，加入40g质量含量为1%的十四烷基三甲基溴化铵以及20g正丁醇配成反微乳液体系；将配制好的混合液转移到圆底烧瓶中，在70℃温度条件下通入二氧化碳，生成白炭黑；固液分离，烘干得到白炭黑成品；反微乳液体系循环使用。
实施例7：
在烧杯中依次加入150g丁酮、30g质量含量为15%模数为2.8的澄清硅酸钠溶液，加入45g质量含量为1%的十二烷基三甲基溴化铵以及15g正丁醇配成反微乳液体系；将配制好的混合液转移到圆底烧瓶中，在65℃温度条件下通入二氧化碳，生成白炭黑；固液分离，烘干得到白炭黑成品；反微乳液体系循环使用。
实施例8：
在烧杯中依次加入180g丁酮、30g质量含量为10%模数为2.8的澄清硅酸钠溶液，加入30g质量含量为1%的十六烷基三甲基溴化铵以及20g正丁醇配成反微乳液体系；将配制好的混合液转移到圆底烧瓶中，在60℃温度条件下通入二氧化碳，生成白炭黑；固液分离，烘干得到白炭黑成品；反微乳液体系循环使用。
实施例9：
在烧杯中依次加入150g丁酮、50g质量含量为10%模数为3.2的澄清硅酸钠溶液，加入50g质量含量为1%的十四烷基三甲基溴化铵以及20g正丁醇配成反微乳液体系；将配制好的混合液转移到圆底烧瓶中，在55℃温度条件下通入二氧化碳，生成白炭黑；固液分离，烘干得到白炭黑成品；反微乳液体系循环使用。
实施例10：
在烧杯中依次加入150g丁酮、30g质量含量为15%模数为2.4的澄清硅酸钠溶液，加入45g质量含量为1%的十六烷基三甲基溴化铵以及15g正丁醇配成反微乳液体系；将配制好的混合液转移到圆底烧瓶中，在50℃温度条件下通入二氧化碳，生成白炭黑；固液分离，烘干得到白炭黑成品；反微乳液体系循环使用。
实施例11：
在烧杯中依次加入160g丁酮、40g质量含量为10%模数为2.8的澄清硅酸钠溶液，加入40g质量含量为1%的十六烷基三甲基溴化铵以及20g正丁醇配成反微乳液体系；将配制好的混合液转移到圆底烧瓶中，在70℃温度条件下通入二氧化碳，生成白炭黑；固液分离，烘干得到白炭黑成品；反微乳液体系循环使用。
表1、实施例中白炭黑性能检测结果
Figure BDA0000486435790000041
Figure BDA0000486435790000051

Claims (6)

1.一种反微乳液体系中制备白炭黑的方法,其特征在于：将澄清的水玻璃溶液加入到含有表面活性剂及助表面活性剂的丁酮反微乳液中，在40‐70℃温度条件下通入二氧化碳气体生成白炭黑颗粒，固液分离，烘干得白炭黑成品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所用水玻璃模数为2.4-3.2，质量浓度为5%-15%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：水玻璃溶液与丁酮的质量比为1/6-1/3。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所使用的表面活性剂为主链含碳数为12至18的季铵盐，其与水玻璃溶液用量比为0.5%-2%。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：助表面活性剂为正丁醇、（1,4）丁二醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇，表面活性剂与助表面活性剂质量比为1.5%-3%。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反微乳液循环利用。
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