白炭黑的改性原理及其应用

白炭黑的改性原理及其应用白炭黑的改性原理白炭黑的表面改性是利用一定的化学物质通过一定的工艺方法使白炭黑的表面烃基与化学物质发生反应，消除或减少其表面活性硅醇基的量，已达到改变表面性质的目的。白炭黑的表面改性又分为无机物改性和有机物改性。无机物改性，如用Tio2包裹Si02.有机物改性是白炭黑改性的主要方法，该改性方法的技术关键在于有机基团取代白炭黑的表面烃基，这一步称为有机硅烷化。有机物改性常用的方法分为干法、湿法和压热法。干法是应用干燥的白炭黑与改性剂（有机物）、蒸汽在固体反应器或流化床反应器中于高温条件下接触反应。目前世界发达国家的气相法白炭黑的表面改性工艺如下图流程国外，白炭黑的表面改性研究起步于20世纪60~70年代，研究工作的重点包括改性的方法、改性工艺、改性剂的选择等。德国、日本、美国有大量专利问世。白炭黑干法表面改性工艺流程600~1000℃预活化N225~650℃硫化床反应改性剂、蒸汽500~250℃吹扫N2改性产品白炭黑600~1000℃预活化25~650℃硫化床反应500~250℃吹扫改性产品湿法改性主要有两种。其一，将干燥的白炭黑与改性剂及一种有机溶剂（苯，甲苯等）组成的溶液加热煮沸，回流反应，然后分离、干燥。该法的主要特点是工艺简单，产品质量容易控制，改性剂耗量小。缺点是其产品后处理过程复杂，且造成有机溶剂污染，较难实现规模化工业生产。其二，将干燥的白炭黑或洗涤后的沉淀白炭黑滤饼配制成水溶液浆料，加入水溶性有机溶剂如醇类或表面活性剂等，然后加入改性剂进行有机硅烷反应；再合成沉淀反应完成后的悬浮液中加入改性剂。该法的主要特点是工艺简单，补助设备少，可以对沉淀白炭黑尤其是沉淀白炭黑的半成品进行改性，有利于降低成本。例如，在硅酸钠和硫酸沉淀反应后的悬浊液中加入醋乳浊液，得到的改性白炭黑用于涂料消光剂，其工艺流程如下:蜡处理的沉淀白炭黑硅酸钠硫酸反应改性洗涤干燥粉碎成品改性剂白炭黑的应用气相白炭黑广泛应用于硅橡胶、油漆涂料、油墨和复印机墨粉、胶黏剂、电缆料与不饱和聚酯树脂、植物保护、食品和化妆品，可起到补强、增凋、看结块、控制体系流变和触变等作用。（1）在硅橡胶中的应用气相白炭黑大量运用于室温硫化硅橡胶和高温硫化硅橡胶，他们往往是以附聚体的形式分散在基体中形成二维的网纵结构，和硅橡胶基料的接触面大，在流化过程形成的交联点多，从而对硅橡胶起到增凋和补强作用。气相白炭黑形成的三维网纵结构只具有相对稳定性，处于一种“弹性”的状态，在外力的作用下，会暂时受到破坏，使体系的黏度降低，呈现良好的流动性。当外界的剪切力撤出后，三维网状结构会迅速恢复，保持住受力前的状态，使体系具有良好的触变性。例外，由于粒径很小，颗粒又呈球形，气相白炭黑分散在基料中形成均匀的体系时，往往具有良好的光学性能，可生产白色透明的硅橡胶制品。用气相白炭黑为填料生产的温室硫化酸性硅酮胶，具有宽广的碉度范围和有效的硫化性能，对各种涂有低漆或不涂底漆的基材均呈现优良的黏结能力，在常温下具有优异的储藏稳定性，广泛应用于建筑业。（2）在油漆和涂料中的应用在液态涂料和油漆中，气相白炭黑兼有流变助剂、防沉剂、助分散剂、消光剂的功能。在配方中加入气相白炭黑，可以控制体系的流变性和触变性，既防此涂料和油漆在施工过程中的流挂现象，又可保证涂层厚薄均匀，获得高品质的涂刷效果。气象白炭黑在液态涂料和油漆中，能够提高颜料盒填料的悬浮性，改善颜色的分散性，从而有效地防此颜料和填料在体系中沉降，使其具有良好的储藏性。颜料绝大多数是以粒子的附聚体和聚集体混合形式存在的，在体系中加入气象白炭黑能将这些大小不一的颜料粒子分散为更细小的粒子或原生粒子，使他们不在聚集或絮凝形成的分散体系，这样就不会出现絮凝、返粗、沉降、颜色漂移、光泽降低、着色力及遮盖力下降等缺陷。气象白炭黑作为消光剂，其作用是调整漆膜的表面光泽，并赋予漆膜表面良好的油腻感。例外，气象白炭黑用于油漆和涂料体系中，能够提高涂层的抗刮擦和耐磨性能，加强了防腐蚀的作用。粉末涂料中也常常用到气象白炭黑。在粉末涂料中，气象白炭黑可以改善粉末涂料的自由流动、防结块和硫化特性。这是由于气象白炭黑的超细粒子能够在粉末涂料相对较大的粒子之间自如移动，在粉末粒子的表面好似形成了一层“涂层”，这层气象白炭黑具有润滑作用，通过物理间隔使得粉末粒子能够灵活的移动。由于水的表面张力能在粉末粒子相互接触时，依靠水分子间的微弱作用力使粉末团聚结块，加入亲水型的气象白炭黑就能够吸收粉末粒子表面的水分，防此粉末涂料团块的出现。气象白炭黑的这种自由流动和结块特点可以提高粉末涂料喷涂的硫化性能。（3）在塑料和不饱和聚酯树脂中的应用气象白炭黑也常常应用于塑料盒弹性体以及不饱和聚酯树脂中。在塑料的混炼中除加入传统填料外，还加入少量的气象白炭黑，就会产生明显的补强作用，大大提高材料的硬度和机械性能，从而改善加工工艺和制品的性能。在不饱和聚酯树脂中加入少量的气象白炭黑可以赋予树脂极佳的透明度和优异的物理性能，这些特征都有助于提高下游制品的质量。（4）在农药、药品和化妆品中的应用活性白炭黑具有很大的内、外比表面积，是理想的农药载体。白炭黑用作各种农药的乳药分散剂、颗粒剂时，能大量吸收杀虫剂，然后缓慢释放出来，这样杀虫时间长，效果好。由于具有触变性、增凋性、生理惰性、高吸水性和分散性，白炭黑在药物制剂和化妆品也得到了广泛的应用。白炭黑可改善药粉的流动性和分散性，是液体或粘性物质变为自由流动的粉末，在药粉中加入可增进对皮肤的粘附性。（5）在黏结剂中的应用在黏结剂中加入白炭黑，能防止填料沉淀，提高黏滞度，增强附着力和加快凝固速度，因此，适用于棉花和橡胶、尼龙和橡胶、皮革和脚底、塑料和钢板及各种合金板材间黏接。（6）在造纸业中的应用白炭黑不仅能使纸张轻量化，事宜高速印刷，而且还能提高纸张的强度，改善油墨的渗透性。此外，白炭黑还可用作分散染料、覆盖层纸浆的增光剂。另外，白炭黑在饲料工业、化肥工业、化学工业、国防工业等领域也有许多用途。