一種在反微乳液體系中制備白炭黑的方法
【專利摘要】一種在反微乳液體系中制備白炭黑的方法，尤其是制備橡膠用高分散性白炭黑。該方法在于預(yù)先制備好以有機(jī)溶劑（油相）為連續(xù)相，澄清的硅酸鈉溶液（水相）為分散相的反微乳液體系，并在一定的溫度條件下，向該反微乳液體系通入二氧化碳，固液分離烘干制得白炭黑產(chǎn)品。本發(fā)明所涉及的發(fā)明方法中，整個(gè)反應(yīng)過程在納米級(jí)的硅酸鈉“水核”中進(jìn)行，只需2-5s即可完成，大大提高了生產(chǎn)白炭黑的效率；在制備白炭黑過程中通過二氧化碳替代了對(duì)無機(jī)酸的使用，滿足了環(huán)保的需要；反應(yīng)過程中有機(jī)溶劑可循環(huán)使用，可提高經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明生產(chǎn)的白炭黑粒徑小比表面積大，且分布均勻、微觀結(jié)構(gòu)規(guī)整，具有高分散性白炭黑的特點(diǎn)。
【專利說明】一種在反微乳液體系中制備白炭黑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種反微乳液體系中制備白炭黑的方法，尤其是制備橡膠用高分散性白炭黑。本發(fā)明采用二氧化碳法在反微乳液體系中制備白炭黑，反應(yīng)迅速，效率高且滿足環(huán)保需求。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著白炭黑用量的逐年增加，白炭黑生產(chǎn)制備前景廣泛。工業(yè)上，白炭黑被分為沉淀法白炭黑和氣相法白炭黑。其中，沉淀法白炭黑因?yàn)樯a(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低、產(chǎn)量大而被廣泛使用。
[0003]傳統(tǒng)沉淀法白炭黑是由硅酸鈉溶液和酸反應(yīng)制得，根據(jù)酸的種類不同可分為硫酸法、硝酸法、鹽酸法和碳酸法。碳酸法是由硅酸鈉和二氧化碳反應(yīng)制備白炭黑，這種方法避免了工藝過程中過量強(qiáng)酸及鹽的直接排放，可經(jīng)濟(jì)回收利用，減少污染。
[0004]200910175259,201110026112專利都介紹了在水相中二氧化碳與硅酸鈉反應(yīng)制備白炭黑的方法，二者雖然在廢物回收利用、經(jīng)濟(jì)環(huán)保方面有一定效果，但是其反應(yīng)周期長(zhǎng)、終點(diǎn)難以控制等不足卻暴露無遺。
[0005]反微乳液法作為一種新型納米粒子制備方法，其以油相作為介質(zhì)相，反應(yīng)原料一相被均勻分散成無數(shù)個(gè)“水核”，每個(gè)水核均被看成是一個(gè)微型反應(yīng)器，因此反應(yīng)生成的粒子尺寸小且分散均勻、微觀結(jié)構(gòu)規(guī)整。利用此機(jī)理，反微乳液法近年來被用于生產(chǎn)納米二氧化硅。
[0006]王玉琨的“微乳液法合成納米二氧化硅粒子”，何曉曉的“基于反相微乳液法的尺寸可控二氧化硅納米顆粒制備研究”中都介紹以正硅酸乙酯為原料在反微乳液體系中制備白炭黑的方法，這種方法制得的白炭黑粒子尺寸小、分布均勻，但是由于原料十分昂貴，因此該法僅限于科學(xué)研究，較難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明采用反微乳液體系中通入二氧化碳制備白炭黑的方法，綜合了二氧化碳及反微乳液體系中制備白炭黑的優(yōu)勢(shì)。
[0008]本發(fā)明所涉及的試驗(yàn)方法包括如下步驟:將澄清的水玻璃溶液加入到含有表面活性劑及助表面活性劑的丁酮反微乳液中，在40-70°C溫度條件下通入二氧化碳?xì)怏w生成白炭黑顆粒，固液分離，烘干得白炭黑成品。
[0009] 作為優(yōu)選:所用水玻璃模數(shù)為2.4-3.2，質(zhì)量濃度為5%_15%。
[0010]作為優(yōu)選:水玻璃溶液與丁酮的質(zhì)量比為1/6-1/3。
[0011]作為優(yōu)選:所使用的表面活性劑為主鏈含碳數(shù)為12至18的季銨鹽，其與水玻璃溶液用量比為0.5%-2%。
[0012]作為優(yōu)選:助表面活性劑為正丁醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇，表面活性劑與助表面活性劑用量比為1.5%-3%。[0013]反微乳液可以循環(huán)利用。
[0014]有益效果
[0015]本發(fā)明所涉及的方法制備白炭黑其目的在于縮短反應(yīng)周期，提高反應(yīng)效率；有機(jī)相可經(jīng)濟(jì)回收再利用，滿足環(huán)保需求；原料簡(jiǎn)單，生成產(chǎn)物尺寸小、分布均勻，符合橡膠用白炭黑各項(xiàng)性能指標(biāo)；具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為該法制得的白炭黑高倍數(shù)SEM電鏡圖，
[0017]圖2為德固賽VN3型白炭黑高倍數(shù)SEM電鏡圖。
[0018]圖3為法國(guó)羅地亞1165型高分散性白炭黑。
【具體實(shí)施方式】[0019]實(shí)施例1:
[0020]在燒杯中依次加入180g 丁酮、30g質(zhì)量含量為15%模數(shù)為2.4的澄清硅酸鈉溶液，加入60g質(zhì)量含量為1%的十二烷基三甲基溴化銨以及40g正丁醇配成反微乳液體系；將配制好的混合液轉(zhuǎn)移到圓底燒瓶中，在70°C溫度條件下通入二氧化碳，生成白炭黑；固液分離，烘干得到白炭黑成品；反微乳液體系循環(huán)使用。
[0021]實(shí)施例2:
[0022]在燒杯中依次加入150g 丁酮、30g質(zhì)量含量為12%模數(shù)為2.8的澄清硅酸鈉溶液，加入45g質(zhì)量含量為1%的十四烷基三甲基溴化銨以及20g正戊醇配成反微乳液體系；將配制好的混合液轉(zhuǎn)移到圓底燒瓶中，在60°C溫度條件下通入二氧化碳，生成白炭黑；固液分離，烘干得到白炭黑成品；反微乳液體系循環(huán)使用。
[0023]實(shí)施例3:
[0024]在燒杯中依次加入160g 丁酮、40g質(zhì)量含量為10%模數(shù)為2.8的澄清硅酸鈉溶液，加入40g質(zhì)量含量為1%的十六烷基三甲基溴化銨以及15g正己醇配成反微乳液體系；將配制好的混合液轉(zhuǎn)移到圓底燒瓶中，在50°C溫度條件下通入二氧化碳，生成白炭黑；固液分離，烘干得到白炭黑成品；反微乳液體系循環(huán)使用。
[0025]實(shí)施例4:
[0026]在燒杯中依次加入160g 丁酮、40g質(zhì)量含量為8%模數(shù)為2.8的澄清硅酸鈉溶液，加入20g質(zhì)量含量為1%的十六烷基三甲基溴化銨以及IOg正庚醇配成反微乳液體系；將配制好的混合液轉(zhuǎn)移到圓底燒瓶中，在40°C溫度條件下通入二氧化碳，生成白炭黑；固液分離，烘干得到白炭黑成品；反微乳液體系循環(huán)使用。
[0027]實(shí)施例5:
[0028]在燒杯中依次加入150g 丁酮、50g質(zhì)量含量為5%模數(shù)為3.2的澄清硅酸鈉溶液，加入25g質(zhì)量含量為1%的十八烷基三甲基溴化銨以及IOg正辛醇配成反微乳液體系；將配制好的混合液轉(zhuǎn)移到圓底燒瓶中，在60°C溫度條件下通入二氧化碳，生成白炭黑；固液分離，烘干得到白炭黑成品；反微乳液體系循環(huán)使用。
[0029]實(shí)施例6:
[0030]在燒杯中依次加入160g 丁酮、40g質(zhì)量含量為12%模數(shù)為2.4的澄清硅酸鈉溶液，加入40g質(zhì)量含量為1%的十四烷基三甲基溴化銨以及20g正丁醇配成反微乳液體系；將配制好的混合液轉(zhuǎn)移到圓底燒瓶中，在70°C溫度條件下通入二氧化碳，生成白炭黑；固液分離，烘干得到白炭黑成品；反微乳液體系循環(huán)使用。
[0031]實(shí)施例7:
[0032]在燒杯中依次加入150g 丁酮、30g質(zhì)量含量為15%模數(shù)為2.8的澄清硅酸鈉溶液，加入45g質(zhì)量含量為1%的十二烷基三甲基溴化銨以及15g正丁醇配成反微乳液體系；將配制好的混合液轉(zhuǎn)移到圓底燒瓶中，在65°C溫度條件下通入二氧化碳，生成白炭黑；固液分離，烘干得到白炭黑成品；反微乳液體系循環(huán)使用。
[0033]實(shí)施例8:
[0034]在燒杯中依次加入180g 丁酮、30g質(zhì)量含量為10%模數(shù)為2.8的澄清硅酸鈉溶液，加入30g質(zhì)量含量為1%的十六烷基三甲基溴化銨以及20g正丁醇配成反微乳液體系；將配制好的混合液轉(zhuǎn)移到圓底燒瓶中，在60°C溫度條件下通入二氧化碳，生成白炭黑；固液分離，烘干得到白炭黑成品；反微乳液體系循環(huán)使用。 [0035]實(shí)施例9:
[0036]在燒杯中依次加入150g 丁酮、50g質(zhì)量含量為10%模數(shù)為3.2的澄清硅酸鈉溶液，加入50g質(zhì)量含量為1%的十四烷基三甲基溴化銨以及20g正丁醇配成反微乳液體系；將配制好的混合液轉(zhuǎn)移到圓底燒瓶中，在55°C溫度條件下通入二氧化碳，生成白炭黑；固液分離，烘干得到白炭黑成品；反微乳液體系循環(huán)使用。
[0037]實(shí)施例10:
[0038]在燒杯中依次加入150g 丁酮、30g質(zhì)量含量為15%模數(shù)為2.4的澄清硅酸鈉溶液，加入45g質(zhì)量含量為1%的十六烷基三甲基溴化銨以及15g正丁醇配成反微乳液體系；將配制好的混合液轉(zhuǎn)移到圓底燒瓶中，在50°C溫度條件下通入二氧化碳，生成白炭黑；固液分離，烘干得到白炭黑成品；反微乳液體系循環(huán)使用。
[0039]實(shí)施例11:
[0040]在燒杯中依次加入160g 丁酮、40g質(zhì)量含量為10%模數(shù)為2.8的澄清硅酸鈉溶液，加入40g質(zhì)量含量為1%的十六烷基三甲基溴化銨以及20g正丁醇配成反微乳液體系；將配制好的混合液轉(zhuǎn)移到圓底燒瓶中，在70°C溫度條件下通入二氧化碳，生成白炭黑；固液分離，烘干得到白炭黑成品；反微乳液體系循環(huán)使用。
[0041]表1、實(shí)施例中白炭黑性能檢測(cè)結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種反微乳液體系中制備白炭黑的方法，其特征在于:將澄清的水玻璃溶液加入到含有表面活性劑及助表面活性劑的丁酮反微乳液中，在40 - 70°C溫度條件下通入二氧化碳?xì)怏w生成白炭黑顆粒，固液分離，烘干得白炭黑成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所用水玻璃模數(shù)為2.4-3.2，質(zhì)量濃度為5%-15%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:水玻璃溶液與丁酮的質(zhì)量比為1/6-1/3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所使用的表面活性劑為主鏈含碳數(shù)為12至18的季銨鹽，其與水玻璃溶液用量比為0.5%-2%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:助表面活性劑為正丁醇、(1，4)丁二醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇，表面活性劑與助表面活性劑質(zhì)量比為1.5%-3%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法 ，其特征在于:反微乳液循環(huán)利用。
【文檔編號(hào)】C01B33/12GK103880021SQ201410132606
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】王益慶, 鄧斯奇, 沈家鋒, 劉佳音, 張莉, 張立群 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)