白炭黑知識詳細介紹
發布時間：2017-02-23 10:34:03 人瀏覽
來源： 橡膠技術網
一、簡介
白炭黑的主要成份是SiO2，因其為白色，且主要物性及用途與炭黑相似而得名。
白炭黑按生產方法的不同可分為沉淀白炭黑（沉淀水合二氧化硅）和氣相法白炭黑（氣相二氧化硅），兩種產品的生產方法不同，性質及用途也有很大區別，以下介紹的產品是用硫酸沉淀法生產的，也即沉淀法白炭黑，以下所涉及的白炭黑均為沉淀法白炭黑。
二、名稱定義及分子式
白炭黑的學名為：沉淀水合二氧化硅。
定義：沉淀水合二氧化硅是從可溶性硅酸鹽水沉液中沉淀而獲得的無定形粒子組成的材料。
化學分子式：SiO2·nH2O
三、主要性質
1、物理性質
外觀：白色粉末或粒狀或不規則造塊。
真密度：約2.0g/ml 假密度：約0.2g/ml（普通產品）。
耐高溫、不燃燒；電絕緣性好。
2、化學性質：
能與燒堿發生反應 SiO2nH2O+2NaOH=Na2SiO3+（n+1）H2O
能與氫氟酸發生反應 SiO2nH2O+4HF=SiF4+（n+2）H2O
2、主要化學指標
SiO2含量（干品）≥90%
篩余物（4.5цm）≤0.5%
加熱減量：4.0-8.0%
灼燒減量：（干品）≤7.0%
PH值：5.0-8.0
總銅含量：≤30mg/kg
總錳含量：≤50mg/kg
總鐵含量：≤1000mg/kg
DBP吸收值：2.00-3.50cm3/g
比表面積：不同用途有不同范圍，一般145-165m2/g（HT2#） 165-185m2/g（HT1#）
200-300m2/g（HT3#）
3、主要物理性能（配合橡膠品）
拉伸強度≥17.0Mpa 500%定伸強度≥6.3Mpa
扯斷伸長度≥675%
四、生產原理
水玻璃和硫酸反應生成水合硅酸
五、工藝簡圖
白炭黑的主要成份是SiO2，因其為白色，且主要物性及用途與炭黑相似而得名。
白炭黑按生產方法的不同可分為沉淀白炭黑（沉淀水合二氧化硅）和氣相法白炭黑（氣相二氧化硅），兩種產品的生產方法不同，性質及用途也有很大區別，以下介紹的產品是用硫酸沉淀法生產的，也即沉淀法白炭黑，以下所涉及的白炭黑均為沉淀法白炭黑。
二、名稱定義及分子式
白炭黑的學名為：沉淀水合二氧化硅。
定義：沉淀水合二氧化硅是從可溶性硅酸鹽水沉液中沉淀而獲得的無定形粒子組成的材料。
化學分子式：SiO2·nH2O
三、主要性質
1、物理性質
外觀：白色粉末或粒狀或不規則造塊。
真密度：約2.0g/ml 假密度：約0.2g/ml（普通產品）。
耐高溫、不燃燒；電絕緣性好。
2、化學性質：
能與燒堿發生反應 SiO2nH2O+2NaOH=Na2SiO3+（n+1）H2O
能與氫氟酸發生反應 SiO2nH2O+4HF=SiF4+（n+2）H2O
2、主要化學指標
SiO2含量（干品）≥90%
篩余物（4.5цm）≤0.5%
加熱減量：4.0-8.0%
灼燒減量：（干品）≤7.0%
PH值：5.0-8.0
總銅含量：≤30mg/kg
總錳含量：≤50mg/kg
總鐵含量：≤1000mg/kg
DBP吸收值：2.00-3.50cm3/g
比表面積：不同用途有不同范圍，一般145-165m2/g（HT2#） 165-185m2/g（HT1#）
200-300m2/g（HT3#）
3、主要物理性能（配合橡膠品）
拉伸強度≥17.0Mpa 500%定伸強度≥6.3Mpa
扯斷伸長度≥675%
四、生產原理
水玻璃和硫酸反應生成水合硅酸
Na2O·mSiO2+H2SO4+nH2o-→Na2SO4+mSiO2·（n+1）H2O↓
反應完成液經壓濾脫水，洗滌、并通過打漿制得白炭黑料漿，經噴霧干燥得白炭黑成品。五、工藝簡圖
六、主要用途
白炭黑產品自20世紀40年代工業化生產以來，以過60多年的不斷發展與完善，已廣泛應用于各行各業，除被廣泛應用于橡膠制品中作補強劑外，還可用于醫藥行業、農藥、油墨、油漆、涂料、牙膏、紙張、食品、飼料、化妝品、蓄電池等各種行業。現就白灰黑適用的主要應用行業作簡要介紹：
1、輪胎行業
白炭黑最初僅作成裝飾膠條用于白胎側轎車輪胎中，后來其用途逐漸擴大，目前已在輪胎各部件中使用。一般來說，若胎面膠的滯后損失降低，則濕抓著也降低。然而，在輪胎胎面膠中用白炭黑，特別是高分散性沉淀法白炭黑與偶聯劑并用可同時提高輪胎壽命（改善耐磨性）和安全性（改善抗濕滑性），降低燃油消耗（降低滾動阻力），因此，目前國外輪胎生產廠家多在胎面中并用高分散性白炭黑，可有效改善輪胎性能。此外，沉淀法白炭黑用于輪胎胎體和帶束層中，可改善膠料與鋼絲簾線的粘合力（例如間-甲白體系）；在輪胎胎側膠中用白炭黑部分代替炭黑可大幅度提高膠料的耐久性能，改善耐屈撓和抗沖擊性，用于轎車和載重輪胎的胎 包布中可保持膠料的尺寸穩定性，并提高其抗機械損傷的能力。
（1）胎面
胎面是輪胎與路面接觸的部位，因此，對其提出三個基本要求：一是具有較高的濕路面的抓著力或較好的牽引性，以確保車輛行駛及人員的安全；二是滾動阻力小，以節省燃油。一般來講，輪胎滾動阻力降低3-4%，耗油量可減少1%。基于胎面的滾動阻力約為輪胎的50%，降低期滾動阻力則是節省燃油的重要途徑；三是耐磨耗，使用壽命長。
a、乘用輪胎胎面
已發現，將具有高分散性的淀白炭黑與特種溶液聚合物及硅烷偶聯劑并用，再加上最佳的混煉工藝能克服胎面膠的滯后損失降低，濕抓著力降低的缺陷。完全以白炭黑作為填充劑的胎面膠可使輪胎滾動阻力降低20%，這意味著胎面滯后損失降低了約50%，燃油消耗至少降低30%。
目前，沉淀法白炭黑在乘用輪胎胎面中的用量一般在65份。
b、載重胎胎面
白炭黑用于載重輪胎旨在提高胎面的抗刺穿能力和耐撕裂性。沉淀法白炭黑特別適用于其胎面，因不僅可減少滾動阻力，且行駛溫度低。對載重輪胎來說，行駛溫度低或低生熱是極其重要的。
c、越野輪胎胎面
沉淀法白炭黑用于越野輪胎胎面的目的是減少其生熱，提高耐熱性和抗崩花掉塊的能力，將含有沉淀法白炭黑的越野胎胎面與純炭黑填充胎面相比，前者的耐割口增長性及撕裂強度較后者的有很大提高，全部使用高分散性沉淀法白炭黑的天然橡膠工程機械輪胎胎面可獲得低生熱性，較好的抗撕裂性和花紋塊耐疲勞撕裂性的效果。
（2）胎側
胎側是一層能夠保護胎體免受氣候侵蝕的外層膠，它應當具有耐 性好，抗氧老化，耐磨耗、耐撕裂、耐周向及徑向龜裂、疲勞壽命長等性。為此，輪胎胎側一般都采用含防老劑、抗臭氧劑和石蠟的天然橡膠/聚丁二烯橡膠并有的膠料。但防老劑消耗盡后，胎側會變硬和龜裂；耐抗臭氧劑和石蠟會使其褪色，且抗臭氧劑具污染性，此時若用沉淀法白炭黑，可使上述現象明顯減弱。
（3）鋼絲簾線粘合
沉淀法白炭黑被廣泛應用于鋼絲帝線掛膠。它既可與間苯二酚甲醛樹胎并用構成RFS粘合體系，增加鍍鋼絲與橡膠的粘合，也可與有機鉆鹽并用構成白炭黑/鈷和白炭黑/樹脂/鈷粘合體系。這兩個粘合體系在熱。濕氣和鹽水老化前后的粘合力均隨白炭黑用量的增加而呈現堿性增加。
綜上所述，白炭黑已越來越廣泛的應用于輪胎中，以“綠色輪胎”為代表的各種輪胎越來越青睞白炭黑，因此，開發更加改善和輪胎性能的白炭黑將是重要的一環。
2、膠鞋及其它橡膠制品
（1）白炭黑白度高、粒子細，使用白炭黑制得的硫化膠透明度高，而且可提高膠料的綜合物理性能。因此，白炭黑作為主要的補強填充劑廣泛應用于膠鞋生產中，尤其是在透明及半透明鞋底膠料中。目前，青島地區大部分韓資制鞋企業都在使用高透明及透明白炭黑。
（2）在膠帶的生產中，為提高其耐磨性能，大量增加白炭黑，同時，白炭黑表面的硅烷醇起著改善膠料與織物濕潤程度的作用，有利于膠料的擴散和滲透。
除上述制品外，白炭黑還被用于膠輥、膠管、橡板、電線電纜及家用電器、文體用品中的橡膠部件上等。
3、硅橡膠
硅橡膠具有很高的耐熱性和優異耐寒性，耐臭氧性，耐老化和耐大氣老化性，同時具有優良電絕緣性。可在-60℃-250℃范圍內長期使用，且隨溫度變化，強度等物理指標變化甚微。另外，硅橡膠的吸水性小，可長期在潮濕地方貯存，含水率≤0.015%，正由于硅橡膠上述的特性，在航空航天、電子工業及儀器具儀表等行業均有廣泛應用，但硅橡膠的應用是隨白炭黑的出現開始的，尤其是氣相白炭黑價過高，近期，開始用沉淀白炭黑代替氣相法白炭黑，但現國產的沉淀白炭黑只能用于低檔硅橡膠的使用中。
4、醫藥行業
白炭黑具有生理惰性，高吸收性、分散性和增稠性，在藥物制劑中得到廣泛的應用，例如：準生素E粉現大量使用白炭黑作載體。
5、農藥行業
白炭黑在農藥行業中主要作用是作載體，提高流動性并防止結塊，目前，白炭黑主要應用于各類可濕性粉劑。
6、在油墨中的應用
白炭黑在油墨中主要起增稠作用，用于控制印刷油墨的流量。還用于控制打印機油墨的流量，使它不能任意流動或流掛，以獲得清晰的打印。
7、油漆及涂料的消光劑
白炭黑廣泛應用于水性和溶劑型透明木器涂料（木器清漆）、高固體分涂料、建筑涂料、墻紙涂料等中作消光劑，用高分子蠟處理的二氧化硅消光劑副縣長于水性透明木器涂料，其涂膜具優異的光學性能，在使用中只有軟沉淀。
由于白炭黑產品的功能多，已成為許多工業部門不可缺少的添加劑，特別是生產環境污染小，具有廣闊的發展前景。
七、各指標在應用中的作用
1、比表面積
白炭黑補強作用的大小，主要取決于它的比表面一般隨比表面積增大，橡膠制品的各項強度指標均增大，但回彈性降低，撕裂強度降低，且不耐磨，混煉時分散困難，生熱高，膠料門尼粘度大，易焦燒，因此，不同配方，不同用途，要求比表面積也不一樣，比表面積對硫化橡膠物理機械性能的影響不是始終如一的。
2、吸油值
吸油值大小體現的是結構度的高低，吸油值大，結構度小，硫化膠的 伸強度一般較大，抗張強度和硬度較大，特別是耐磨耗較小，但伸長率較低。
3、900℃灼燒減量
表現的是表面羥基過多時，易造成橡膠復合材料的結構化，使材料變脆。影響加工性能，并且硫化膠易掉塊，且表面羥基對硫化促進劑有強烈的吸附作用，延長硫化時間。
4、105℃加熱減量
反映粒子空隙中自由水的多少，過少時，膠料結構化程度高煉膠變得困難，若加熱減量為零，則白炭黑毫無用處，一般控制在6%左右較合適。
5、PH值
一般在7左右，PH值升高（酸性減小），膠料硫化速度加快。
6、可溶性鹽
越少越好，但越少，成本越高。
轉自：橡膠技術網，橡膠行業門戶網站！
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