白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称,主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅和超细二氧化硅凝胶,也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。白炭黑是多孔性物质,其组成可用SiO2·nH2O表示,其中nH2O是以表面羟基的形式存在。
能溶于苛性碱和氢氟酸,不溶于水、溶剂和酸(氢氟酸除外)。耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性。
白炭黑按生产方法大体分为沉淀法白炭黑和气相法白炭黑。气相法白炭黑常态下为白色无定形絮状半透明固体胶状纳米粒子(粒径小于100nm),无毒,有巨大的比表面积。气相法白炭黑全部是纳米二氧化硅,产品纯度可达99%,粒径可达10~20nm,但制备工艺复杂,价格昂贵;
扩展资料:白炭黑作为一种环保、性能优异的助剂,主要用于橡胶制品(包括高温硫化硅橡胶)、纺织、造纸、农药、食品添加剂领域。从白炭黑2004-2008年这四年产量的增速来看,四年复合增长率13.3%。2009年我国共有白炭黑生产企业超过60家,产能约100万吨,产量75万吨,中国产销量居全球首位。
得益于轮胎制造业、硅橡胶产业、涂料工业、新能源等领域的需求增长,预计未来我国沉淀法白炭黑(二氧化硅)的年均需求增长速度约为10%。2015年,亚洲将成为高分散白炭黑最大市场,其需求增速将远高于全球平均9%的增速,达到15%或更高。中国占亚洲市场的40%,将成为全球最大的单一市场。
参考资料来源:百度百科—白炭黑
白炭黑(沉淀法)是应用于橡胶工业的白色补强填料沉淀水合二氧化硅的俗称,白炭黑粒子表面有大量的硅醇基,存在与橡胶大分子化学结合的可能性,是白炭黑能成为橡胶无机补强剂的基本条件。白炭黑表面有很强的化学吸附活性,与白炭黑表面羟基有关,它可以和水以氢键形式结合,形成多分子吸附层,除此之外,它还可以与很多有机小分子物质发生吸附作用,为了获得最佳橡胶物理性能,通常我们会在配方中添加醇类、胺类活性剂。
一、白炭黑表面的硅醇基≡Si-OH的负面影响
1、白炭黑存放中吸收空气中水分,而使自身结构稳定,即吸潮性;
2、白炭黑胶料混炼时极易形成氢键而自聚结团,导致门尼粘度高,混炼加工困难;
3、白炭黑的亲水性与疏水性橡胶大分子相互排斥,影响着白炭黑在橡胶中的分散;
4、活泼的氢离子极易吸附氧化锌、促进剂等胺类材料,导致延迟硫化,胶料性能下降。
二、白炭黑活性剂及作用机理
1、醇和醇胺类的活性剂
醇和醇胺这类助剂—如聚乙二醇(PEG)、三乙醇胺等在橡胶混炼时先被白炭黑吸附,降低白炭黑吸附力,保护胺类促进剂、防老剂以及氧化锌等不被白炭黑所吸附,使胶料的硫化性能不受干扰。
2、锌盐类的分散剂
白炭黑表面硅醇基(≡Si-OH)极易与脂肪酸锌发生阳离子置换反应,生成≡Si-OZnR等。硅醇基上氢离子被置换,消弱了白炭黑表面的极性,减少表面解团自聚,降低胶料门尼粘度,有利白炭黑分散但未改善物性。
3、硅烷类的偶联剂
硅烷型偶联剂实际是一种具有亲水基和亲油基的表面活性剂,亲水基部分与硅醇基的活性氢离子发生置换,而亲油基部分被橡胶基体所接纳,形成白炭黑--硅烷--橡胶基体的化学键,偶联剂改善胶料物性,与炭黑比存在混炼工艺困难、模量低、耐磨性差等。
三、常用的白炭黑活性剂(PEG)简介
聚乙二醇(PEG)这个东西很常用的,各行各业都有用,在橡胶里面主要是中和填料酸性,加快硫化速度和交联密度,具有良好的水溶性,并与许多有机物组份有良好的相溶性,具有优良的润滑性、保湿性、分散性、还能做抗静电剂及柔软剂。
一般橡胶里面用PEG-4000,如果分子量太低,相容性不好,容易析出,而且是液体,不好添加,分子量太高,单位质量的醇基团少(羟值低),中和酸性效果差点,因为4000的分子量是固体片状,好加工,添加方便,不易析出,中分子量的聚合物,和橡胶相容性好点,所以一般选择PEG-4000。
☆PEG作用可以概括以下几点:
1.加工助剂:
可以提高胶料的压出速度,改善脱模性,并使制品表面光亮,还有助于硫化时水份的排出。在应用于轮胎及橡胶模压制品中时,PEG-4000具有良好的润滑作用,使制品表面更光滑。在天然橡胶、合成橡胶中的生产工艺中,还可作为内脱模剂。优点是不挥发,不生产灰变,脱模后模具保持洁净。而且模压制品表面也由于它的加入而更加平滑洁净。
2.硫化活性剂:
起到调节生胶和填充剂(特别是白色)结合性能的作用,另有降低门尼,提高硫化速率的作用,特别对噻唑类促进剂有较好的活化作用,可以提高硫化速度和交联程度。尤其是EPDM白CB补强的挤出微波连续硫化的配方中。与金属粘合的制品最好不用PEG
3.酸性填料的活性剂:
特别是对白炭黑,可以作为白炭黑的处理剂,以活化硫化体系。湿润白炭黑等酸性填料表面。一个反应是中和,一个类似于覆盖。因为酸性填料会吸附,请注意,是吸附促进剂。使用量和酸性填料的酸性表面积用量等等成正比。我们基本上可以理解为酸性表面已经被中和。当然另外的硫化反应也会出现酸性什么的,比如HS等。那些就交给氧化锌去搞定了
4.活化分散剂:
在使用各种填料和色料的胶料中作为活化分散剂时,能减少或消除填料对硫化的影响,使各种助剂分散均匀并延长焦烧时间,提高橡胶制品的物理机械性能。在各类彩色橡胶制品中,可以使制品色泽鲜艳。由于本身的极性特征,还可以增强对非极性橡胶(如EPDM)对微波的吸收。
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