本發(fā)明涉及白炭黑，具體涉及一種高分散性白炭黑的制備方法。

背景技術(shù)：

1、白炭黑主要指沉淀二氧化硅、氣相二氧化硅和超細二氧化硅凝膠，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。白炭黑能溶于苛性堿和氫氟酸，不溶于水、溶劑和酸（氫氟酸除外）。

2、白炭黑具有優(yōu)秀的耐高溫性和電絕緣性，被廣泛應(yīng)用于橡膠制品、農(nóng)業(yè)化學制品、日用化工制品等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的制備白炭黑的方法有氣相法和沉淀法，其中，氣相法為以四氯化硅、氧氣（或空氣）和氫氣為原料，高溫下進行反應(yīng)，制備得到氣相法白炭黑；沉淀法為以水玻璃溶液和酸為原料，經(jīng)沉淀、過濾、洗滌、干燥和煅燒，制備得到沉淀法白炭黑。與氣相法相比，沉淀法的制備方法簡單，成本低，制備得到的沉淀法白炭黑的加工性好，因此，國內(nèi)大部分生產(chǎn)企業(yè)采用沉淀法。

3、但是氣相法白炭黑的粒徑小，形狀一般為球鏈狀，表面羥基濃度低，分散性好，而沉淀法白炭黑的粒徑大，形狀一般為球形，表面羥基濃度高，分散性差。原因主要為在通過沉淀法制備白炭黑時，使用的原料水玻璃為四面體結(jié)構(gòu)，頂點為-ona，在水玻璃與酸反應(yīng)后，頂點的-ona轉(zhuǎn)化為-oh，生成硅膠，硅膠為比表面積很大的顆粒，在其表面吸附有大量的水，水的存在對頂點中的o與si的結(jié)合起到了阻礙作用，如果失水，頂點中的o與si會迅速結(jié)合，并迅速增長為粒徑分布不均勻的粗大顆粒，降低表面活性，此外，還有部分頂點中的o未與si結(jié)合，仍以-oh的形式存在，即仍以羥基的形式存在，導致沉淀法白炭黑的表面羥基濃度高，從而降低了沉淀法白炭黑的分散性。

4、為了解決上述問題，目前最常用的方法為對沉淀法白炭黑進行表面改性或在沉淀法白炭黑的制備中加入正丁醇。其中，對沉淀法白炭黑進行表面改性，具體為使用硅烷偶聯(lián)劑對沉淀法白炭黑進行表面改性；在沉淀法白炭黑的制備中加入正丁醇，具體為將水玻璃溶液與正丁醇、分散劑混合后，再加入酸進行反應(yīng)，一方面，正丁醇能夠與水玻璃中頂點的o形成氫鍵，從而起到隔離作用，避免頂點的o與si的結(jié)合，另一方面，正丁醇能夠與水形成共沸物，從而將沉淀法白炭黑中的水分脫除，降低表面羥基濃度。

5、但是對沉淀法白炭黑進行表面改性具有以下問題：第一，會導致沉淀法白炭黑的純度降低，第二，由于沉淀法白炭黑易團聚形成團聚體，硅烷偶聯(lián)劑進行表面改性時，難以進入團聚體內(nèi)部進行表面改性，導致表面改性不均勻，進一步導致了粒徑分布不均勻。在沉淀法白炭黑的制備中加入正丁醇后得到的沉淀法白炭黑中含有少量正丁醇，正丁醇的存在會導致沉淀法白炭黑的吸濕性增加，耐儲存性變差，還會導致吸油值降低。

6、因此，研究一種白炭黑的制備方法，在提高白炭黑的分散性的同時，降低白炭黑的粒徑和吸濕性，保證白炭黑的粒徑分布均勻、純度、吸油值不發(fā)生降低，是目前急需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種高分散性白炭黑的制備方法，能夠提高白炭黑的分散性，降低白炭黑的粒徑和吸濕性，保證白炭黑的粒徑分布均勻、純度、吸油值不發(fā)生降低。

2、為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

3、一種高分散性白炭黑的制備方法，由以下步驟組成：制備親水性碳酸鎂，制備反應(yīng)液，制備混合液，反應(yīng)，一次處理，二次處理；

4、所述制備親水性碳酸鎂的方法為，將碳酸鎂、無水乙醇、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、去離子水混合后，在40-45℃下以100-200rpm的攪拌速度攪拌9-10h，以8000-9000rpm的離心速度離心5-6min，取沉淀，使用無水乙醇清洗沉淀，真空干燥，得到親水性碳酸鎂；

5、所述制備親水性碳酸鎂中，碳酸鎂、無水乙醇混合后，3-氨基丙基三乙氧基硅烷、去離子水的質(zhì)量比為18-20:6000-6500:20-25:400-500；

6、所述碳酸鎂的d50粒徑為2μm；

7、所述制備反應(yīng)液的方法為，將水玻璃水溶液、親水性碳酸鎂混合后，在40-45℃下以100-200rpm的攪拌速度攪拌30-35min，得到反應(yīng)液；

8、所述制備反應(yīng)液中，水玻璃水溶液、親水性碳酸鎂的質(zhì)量比為5500-6000:90-100；

9、所述水玻璃水溶液的質(zhì)量濃度為8%；

10、所述水玻璃的模數(shù)為2.5；

11、所述制備混合液的方法為，將反應(yīng)液、十六烷基三甲基氯化銨、正丁醇混合后，在室溫下以300-400rpm的攪拌速度攪拌40-45min，得到混合液；

12、所述制備混合液中，反應(yīng)液、十六烷基三甲基氯化銨、正丁醇的質(zhì)量比為700-750:2400-2600:7000-8000；

13、所述反應(yīng)的方法為，將混合液加熱至70-80℃，并以100-200rpm的攪拌速度進行攪拌，然后滴加硫酸水溶液至反應(yīng)體系的ph為8-9，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌60-80min，再滴加濃硫酸至反應(yīng)體系的ph為4-5，滴加結(jié)束后停止攪拌，靜置40-60min，得到白炭黑分散液；

14、所述硫酸水溶液的質(zhì)量濃度為20%，滴加速度為2-3g/min；

15、所述濃硫酸的質(zhì)量濃度為98%，滴加速度為1-2g/min；

16、所述一次處理的方法為，將白炭黑分散液在100-105℃下蒸餾，過濾，取濾渣進行熱處理，得到一次處理白炭黑；

17、所述一次處理中，熱處理為將濾渣以2-3℃的升溫速度升溫至100-105℃，保溫50-60min，然后以2-3℃的升溫速度升溫至220-230℃，保溫50-60min；

18、所述二次處理的方法為，將一次處理白炭黑、冰醋酸混合后，超聲震蕩，過濾，取濾渣進行熱處理，得到高分散性白炭黑；

19、所述反應(yīng)中的混合液與二次處理中的冰醋酸的質(zhì)量比為5000-5500:100-120；

20、所述二次處理中，熱處理為將濾渣以2-3℃/min的升溫速度升溫至117-120℃，保溫50-60min，然后以2-3℃/min的升溫速度升溫至220-230℃，保溫50-60min；

21、所述超聲震蕩的頻率為25-30khz，時間為30-40min。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

23、（1）本發(fā)明的高分散性白炭黑的制備方法，通過在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，增加正丁醇和表面活性劑的用量，形成微乳液體系，促進分散，從而提高了制備的白炭黑的分散性、比表面積、純度、吸油值，降低了制備的白炭黑的粒徑，還能夠保證制備的白炭黑的粒徑分布均勻；本發(fā)明還使用了親水性碳酸鎂替代了分散劑硫酸鎂，第一方面，親水性碳酸鎂能夠促進微乳液體系的形成；第二方面，親水性碳酸鎂能夠促進反應(yīng)物的均勻分散；第三方面，在反應(yīng)中，碳酸鎂與硫酸會發(fā)生反應(yīng)，逐步均勻釋放出二氧化碳，促進反應(yīng)的進行，降低反應(yīng)過程中二氧化硅的過度生長，從而提高了制備的白炭黑的分散性、比表面積、純度、吸油值，降低了制備的白炭黑的粒徑，還能夠保證制備的白炭黑的粒徑分布均勻；本發(fā)明還加入了二次處理步驟，具體為將冰醋酸與一次處理白炭黑混合后，進行超聲震蕩，然后進行熱處理，超聲震蕩的過程中，剩余的正丁醇與羥基之間的氫鍵斷裂，正丁醇與冰醋酸發(fā)生酯化反應(yīng)，生成正丁醇乙酯，冰醋酸與釋放的羥基之間形成氫鍵，然后在熱處理中，利用冰醋酸的易揮發(fā)性，加速白炭黑中剩余的羥基，即水分的去除，從而進一步降低白炭黑中雜質(zhì)含量，提高白炭黑的純度、分散度、吸油值，降低白炭黑的吸濕性；

24、（2）本發(fā)明的高分散性白炭黑的制備方法，能夠提高白炭黑的分散性，制備的白炭黑的分散度為9.5級；

25、（3）本發(fā)明的高分散性白炭黑的制備方法，能夠降低白炭黑的粒徑，保證白炭黑的粒徑分布均勻，制備的白炭黑的d50粒徑為151-164μm，d90粒徑為207-218μm；

26、（4）本發(fā)明的高分散性白炭黑的制備方法，能夠降低白炭黑的粒徑，保證白炭黑的粒徑分布均勻，制備的白炭黑的d50粒徑為151-164μm，d90粒徑為207-218μm，bet比表面積為382-395m2/g；

27、（5）本發(fā)明的高分散性白炭黑的制備方法，能夠保證白炭黑的純度不發(fā)生降低，制備的白炭黑的純度為90.7-91.5%；

28、（6）本發(fā)明的高分散性白炭黑的制備方法，能夠保證白炭黑的吸油值不發(fā)生降低，制備的白炭黑的吸油值為3.2-3.3cm3/g；

29、（7）本發(fā)明的高分散性白炭黑的制備方法，能夠降低白炭黑的吸濕性，將本發(fā)明敞口放置于溫度為30℃，相對濕度為70%的環(huán)境中靜置5d，不發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象。