制备白炭黑的传统方法是利用硅酸钠、四氯化硅、正硅酸乙酯做硅源,除硅酸钠以外,白炭黑,其它成本都很高。新方法采用廉价的非金属矿作为硅源,大大降低了白炭黑的生产成本。
传统方法
(1)气相法
主要为化学气相沉积(CAV)法,又称热解法、干法或燃烧法。其原料一般为四氯化硅、氧气(或空气)和氢气,三明白炭黑,高温下反应而成。反应式为:
SiCl4+ 2H2+
O2—>SiO2+4HCl
空气和氢气分别经过加压、分离、冷却脱水、硅胶干燥、除尘过滤后送入合成水解炉。将四氯化硅原料送至精馏塔精馏后,在蒸发器中加热蒸发,并以干燥、过滤后的空气为载体,送至合成水解炉。四氯化硅在高温下气化(火焰温度1000~1800℃)后,与一定量的氢和氧(或空气)在1800℃左右的高温下进行相水解;此时生成的气相二氧化硅颗粒极细,与气体形成气溶胶,不易捕集,故使其先在聚集器中聚集成较大颗粒,然后经旋风分离器收集,再送入脱酸炉,用含氮空气吹洗气相二氧化硅至PH值为4~6即为成品。
德国迪高沙(Degussa)公司和美国卡伯特(Cabot)公司的气相法生产技术全球领。他们的生产装置规模大,自动化程度高,产品成本低,牌号(尤其是应用于特殊领域的功能性专用产品牌号)多,品质好,如表面积分布均匀、含水量低。我国沈阳化工股份有限公司及上海氯碱化工股份有限公司也采用气相法生产,但在生产规模、生产技术、自动化程度及产品牌号等方面远不及国外大公司。广州吉必盛科技实业有限公司是目前国内产量,白炭黑,牌号全,技术先进的气相二氧化硅供应商,是气相二氧化硅国家标准GB20020-2005负责起草单位。
(2)沉淀法
沉淀法又叫硅酸钠酸化法,采用水玻璃溶液与酸反应,经沉淀、过滤、洗涤、干燥和煅烧而得到白炭黑。反应式为:
Na2SiO3 + 2H+
—> 白炭黑 + 2Na+ + H20
国内大部分生产企业采用沉淀法。
密封胶、粘结剂是量大、面广、使用范围宽的重要产品。它要求产品粘度、流动性、固化速度达条件。我国在这个领域的产品比较落后,密封胶和粘结剂都依赖进口。国外在这个领域的产品已经采用纳米材料作改性剂,而气相白炭黑材料,它主要是在气相白炭黑表面包敷一层有机材料,使之具有憎水性,m-5白炭黑,将它添加到密封胶中很快形成一种硅石结构,即纳米Si0X小颗粒形成网络结构抑制胶体流动,加快固化速度,提高粘结效果,由于气相白炭黑颗粒尺小从而也增加了产品的密封性和防渗性。
