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概述
白炭黑屬無(wú)機(jī)填充劑，白炭黑屬無(wú)機(jī)填充劑，其分子式為SiO2·nH2O，由于是白色，又具有炭黑的補(bǔ)強(qiáng)性能，所以稱作白炭黑。人們?cè)鴮咨a(bǔ)強(qiáng)劑都定義為白炭黑，現(xiàn)在所指的白炭黑專指極細(xì)粒子的硅酸、硅酸鹽白色補(bǔ)強(qiáng)劑。白炭黑在橡膠工業(yè)中主要用作補(bǔ)強(qiáng)劑或改性劑，與炭黑相比，其粒子細(xì)、比表面積大，具有多孔性，補(bǔ)強(qiáng)效果僅次于炭黑，但優(yōu)于其他任何白色補(bǔ)強(qiáng)劑。
白炭黑能賦予膠料極好的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、良好的耐屈撓性和剛性。利用一些新工藝和配合技術(shù)，如熱混煉化學(xué)促進(jìn)工藝、與炭黑并用，人為調(diào)節(jié)白炭黑的表面活性、偶聯(lián)劑的應(yīng)用和適宜的配方等，可以獲得性能優(yōu)越的天然橡膠和各種合成橡膠制品，并可改清一色黑色橡膠制品為透明的或色澤鮮艷的高質(zhì)量制品。
白炭黑為具有高耐低溫、良好的電絕緣性能、生理惰性等優(yōu)越性能的硅橡膠開辟了更加廣闊的發(fā)展前景。硅橡膠在發(fā)展初期，物理機(jī)械性能極低劣，現(xiàn)在已成為應(yīng)用廣泛的工業(yè)制品，這與白炭黑的應(yīng)用和發(fā)展是密不可分的。
早在1936年前蘇聯(lián)首先研制用于橡膠補(bǔ)強(qiáng)的白炭黑研制白炭黑，不僅解決了炭黑的不足，而且實(shí)現(xiàn)了白炭黑的工業(yè)化生產(chǎn)。美國(guó)1940年開始生產(chǎn)白炭黑。20世紀(jì)40年代后期開始，白炭黑的生產(chǎn)陸續(xù)在各國(guó)得到發(fā)展，并對(duì)其性能和應(yīng)用等開展了很多研究工作。在新中國(guó)成立以前我國(guó)對(duì)白炭黑的研發(fā)完全是空白，新中國(guó)成立以后才逐步建立了白炭黑工業(yè)，目前已能初步滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，一些品種已達(dá)到國(guó)外先進(jìn)水平。但總的情況來(lái)看，和國(guó)外先進(jìn)國(guó)家的水平相比還有一定差距，主要表現(xiàn)在：品種少、產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定、價(jià)格偏高，測(cè)試研究手段不足等。
物理化學(xué)性質(zhì)熔點(diǎn)：1610 °C(lit.) 沸點(diǎn)：>100 °C(lit.) 密度：2.6 g/mL at 25 °C(lit.) 折射率：n20/D 1.544(lit.) 儲(chǔ)存條件：2-8°C form tablets (~0.5 g each) 1、物理性質(zhì) 外觀：白色粉末或粒狀或不規(guī)則造塊。
真密度：約2.0g/ml 假密度：約0.2g/ml（普通產(chǎn)品）。
耐高溫、不燃燒；電絕緣性好。
2、化學(xué)性質(zhì)：
能與燒堿發(fā)生反應(yīng) SiO2nH2O+2NaOH=Na2SiO3+（n+1）H2O
能與氫氟酸發(fā)生反應(yīng) SiO2nH2O+4HF=SiF4+（n+2）H2O
3、主要化學(xué)指標(biāo)
SiO2含量（干品）≥90%
篩余物（4.5цm）≤0.5%
加熱減量：4.0-8.0%
灼燒減量：（干品）≤7.0%
PH值：5.0-8.0
總銅含量：≤30mg/kg
總錳含量：≤50mg/kg
總鐵含量：≤1000mg/kg
DBP吸收值：2.00-3.50cm/g
比表面積：不同用途有不同范圍，一般145-165m/g（HT2） 165-185m/g（HT1）
200-300m/g（HT3）
3、主要物理性能（配合橡膠品）
拉伸強(qiáng)度≥17.0Mpa 500%定伸強(qiáng)度≥6.3Mpa
扯斷伸長(zhǎng)度≥675%[2] 成分
白炭黑按生產(chǎn)方法大體分為沉淀法白炭黑和氣相法白炭黑。氣相法白炭黑常態(tài)下為白色無(wú)定形絮狀半 透明固體膠狀納米粒子（粒徑小于100nm），無(wú)毒，有巨大的比表面積。氣相法白炭黑全部是納米二氧化硅，產(chǎn)品純度可達(dá)99%，粒徑可達(dá)10~20nm，但制備工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴；沉淀法白炭黑又分為傳統(tǒng)沉淀法白炭黑和特殊沉淀法白炭黑，前者是指以硫酸、鹽酸、CO2與水玻璃為基本原料生產(chǎn)的二氧化硅，后者是指采用超重力技術(shù)、溶膠-凝膠法、化學(xué)晶體法、二次結(jié)晶法或反相膠束微乳液法等特殊方法生產(chǎn)的二氧化硅。沉淀白炭黑主要用作天然橡膠和合成橡膠的補(bǔ)強(qiáng)劑、牙膏摩擦劑等。氣相白炭黑主要用作硅橡膠的補(bǔ)強(qiáng)劑、涂料和不飽和樹脂增稠劑，超細(xì)二氧化硅凝膠和氣凝膠主要用作涂料消光劑、增稠劑、塑料薄膜開口劑等。 白炭黑作為一種環(huán)保、性能優(yōu)異的助劑，主要用于橡膠制品（包括高溫硫化硅橡膠）、紡織、造紙、農(nóng)藥、食品添加劑領(lǐng)域。從白炭黑2004-2008年這四年產(chǎn)量的增速來(lái)看，四年復(fù)合增長(zhǎng)率13.3%。2009年我國(guó)共有白炭黑生產(chǎn)企業(yè)超過(guò)60家，產(chǎn)能約100萬(wàn)噸，產(chǎn)量75萬(wàn)噸，中國(guó)產(chǎn)銷量居全球首位。 得益于輪胎制造業(yè)、硅橡膠產(chǎn)業(yè)、涂料工業(yè)、新能源等領(lǐng)域的需求增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)未來(lái)我國(guó)沉淀法白炭黑(二氧化硅)的年均需求增長(zhǎng)速度約為10%。2015年，亞洲將成為高分散白炭黑最大市場(chǎng)，其需求增速將遠(yuǎn)高于全球平均9%的增速，達(dá)到15%或更高。中國(guó)占亞洲市場(chǎng)的40%，將成為全球最大的單一市場(chǎng)。
制備
制備白炭黑的傳統(tǒng)方法是利用硅酸鈉、四氯化硅、正硅酸乙酯做硅源，除硅酸鈉以外，其它成本都很高。新方法采用廉價(jià)的非金屬礦作為硅源，大大降低了白炭黑的生產(chǎn)成本。 傳統(tǒng)方法 （1）氣相法 主要為化學(xué)氣相沉積（CAV）法，又稱熱解法、干法或燃燒法。其原料一般為四氯化硅、氧氣（或空氣）和氫氣，高溫下反應(yīng)而成。反應(yīng)式為： SiCl4+ 2H2+ O2—>SiO2+4HCl 空氣和氫氣分別經(jīng)過(guò)加壓、分離、冷卻脫水、硅膠干燥、除塵過(guò)濾后送入合成水解爐。將四氯化硅原料送至精餾塔精餾后，在蒸發(fā)器中加熱蒸發(fā)，并以干燥、過(guò)濾后的空氣為載體，送至合成水解爐。四氯化硅在高溫下氣化（火焰溫度1000~1800℃）后，與一定量的氫和氧（或空氣）在1800℃左右的高溫下進(jìn)行氣相水解；此時(shí)生成的氣相二氧化硅顆粒極細(xì)，與氣體形成氣溶膠，不易捕集，故使其先在聚集器中聚集成較大顆粒，然后經(jīng)旋風(fēng)分離器收集，再送入脫酸爐，用含氮空氣吹洗氣相二氧化硅至PH值為4～6即為成品。 德國(guó)迪高沙（Degussa）公司和美國(guó)卡伯特（Cabot）公司的氣相法生產(chǎn)技術(shù)全球領(lǐng)先。他們的生產(chǎn)裝置規(guī)模大，自動(dòng)化程度高，產(chǎn)品成本低，牌號(hào)（尤其是應(yīng)用于特殊領(lǐng)域的功能性專用產(chǎn)品牌號(hào)）多，品質(zhì)好，如表面積分布均勻、含水量低。我國(guó)沈陽(yáng)化工股份有限公司及上海氯堿化工股份有限公司也采用氣相法生產(chǎn)，但在生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)技術(shù)、自動(dòng)化程度及產(chǎn)品牌號(hào)等方面遠(yuǎn)不及國(guó)外大公司。廣州吉必盛科技實(shí)業(yè)有限公司是目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)量最大，牌號(hào)最全，技術(shù)最先進(jìn)的氣相二氧化硅供應(yīng)商，是氣相二氧化硅國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB20020-2005負(fù)責(zé)起草單位。 （2）沉淀法 沉淀法又叫硅酸鈉酸化法，采用水玻璃溶液與酸反應(yīng)，經(jīng)沉淀、過(guò)濾、洗滌、干燥和煅燒而得到白炭黑。反應(yīng)式為： Na2SiO3 + 2H+ —> 白炭黑 + 2Na+ + H20 國(guó)內(nèi)大部分生產(chǎn)企業(yè)采用沉淀法。 新方法 新方法主要以非金屬礦及其延伸物為硅源，采用沉淀法制備白炭黑。其技術(shù)關(guān)鍵是將結(jié)晶的二氧化硅和硅酸鹽轉(zhuǎn)變成非晶態(tài)二氧化硅。原料主要有硅灰石、蛋白石、埃洛石、橄欖石、蛇蚊石、高嶺土、硬質(zhì)高嶺土、煤矸石、粉煤灰等。 著重介紹以高嶺土或硬質(zhì)高嶺土、煤矸石或粉煤灰為原料制備白炭黑的工藝技術(shù)。 （1）以高嶺土或硬質(zhì)高嶺土為原料 先將高嶺土或硬質(zhì)高嶺土粉碎至50~60目，然后在500~600℃高溫下焙燒2小時(shí)，再將焙燒土與濃度30%的工業(yè)鹽酸按1：2.5（重量）配料，在90℃左右酸浸7小時(shí)，經(jīng)中和、過(guò)濾、洗滌、干燥得到白炭黑，產(chǎn)品質(zhì)量符合GB10507-89標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)得到高效凈水劑聚合氯化鋁。焙燒及酸浸反應(yīng)式如下： 焙燒：Al2O3·2Si02·2H20 —> Al2O3·2Si02 + 2H20 酸浸：Al2O3·2Si02 + 6HCl + 9H20 —>2AlCl3·6H20 + 2SiO2 （2）以煤矸石或粉煤灰為原料 先將煤矸石或粉煤灰粉碎至粒度小于120目，然后分兩步： 第一步生產(chǎn)硅酸鈉：將粉碎的煤矸石或粉煤灰與純堿按重量比1：50混合均勻，經(jīng)高溫冶融（1400~1500℃，1小時(shí)）、水萃浸溶（100℃以上，4~5小時(shí)）、過(guò)濾去雜質(zhì)、濃縮濾液到45~46波美度即得到硅酸鈉。 第二步生產(chǎn)白炭黑：先將硅酸鈉配成水玻璃溶液（模數(shù)為2.4~3.6,SiO2含量為4~10%）,然后在5~20%的硫酸中酸浸（28~32℃，8~16小時(shí)），再升溫至80℃，攪拌，調(diào)節(jié)PH值為5~7，熟化20分鐘，再經(jīng)過(guò)濾洗滌、干燥、分選，得到白炭黑。該白炭黑為活性，純度高。
用途
由于白炭黑產(chǎn)品的一系列優(yōu)越性，使它能夠廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。 橡膠制品 白炭黑用在彩色橡膠制品中以替代炭黑進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，滿足白色或半透明產(chǎn)品的需要。白炭黑同時(shí)具有超強(qiáng)的粘附力、抗撕裂及耐熱抗老化性能，所以在黑色橡膠制品中亦可替代部分炭黑，以獲得高質(zhì)量的橡膠制品，如越野輪胎、工程輪胎、子午胎等。 農(nóng)業(yè)化學(xué)制品 在農(nóng)業(yè)化學(xué)制品中，如農(nóng)藥、高效噴施肥料等，使用白炭黑作載體或稀釋劑、崩解劑，做崩解劑在水分散粒劑wdg中使用可提高懸浮率，建議使用含量10%左右。能保持持久效力，因?yàn)樗某弑砻娣e具有極高吸附力，易于懸浮，有良好的親和性及化學(xué)穩(wěn)定性。即使在雨水、沖洗和炎熱條件下，仍能長(zhǎng)期保持不變。 日用化工制品 用白炭黑作填料和磨蝕劑的透明彩色及不透明牙膏，這類牙膏具有良好的柔韌性、分散性，膏體光滑、柔軟、磨蝕性好，不磨蝕牙膏管體；它能使藥物牙膏保持藥性的穩(wěn)定。特別是與氟化物具有良好的配伍性，可避免鈣鹽作磨料產(chǎn)生難溶鹽的弊端。 膠結(jié)劑 用在天然橡膠或合成橡膠制成的膠粘劑中，提供了觸變性和補(bǔ)強(qiáng)性，同時(shí)由于其伸展性還可以提高粘著力，質(zhì)高價(jià)廉。 抗結(jié)塊劑 白炭黑可用在一些產(chǎn)品中來(lái)提高自由流動(dòng)性，如草地肥料、殺真菌劑、磨輪研磨劑、洗衣漂白劑、酚醛注塑烏洛托品、酚和尿素的塑料制品、制造橡膠硫磺及抗結(jié)塊混合物。 造紙?zhí)盍?/span> 用白炭黑做紙張?zhí)盍峡商岣呒垙埧?/span>油墨透過(guò)性能及機(jī)械強(qiáng)度，增加白度，減少單位重量。能有效實(shí)現(xiàn)紙張輕量化、降低生產(chǎn)成本、提高紙張使用性能。 此外還可用在消防劑、飼料、化妝品、消光劑、顏料、油漆等許多行業(yè)。
氣相應(yīng)用
氣相白炭黑是極其重要的高科技超微細(xì)無(wú)機(jī)新材料之一,由于其粒徑很小，因此比表面積大，表面吸附力強(qiáng)，表面能大，化學(xué)純度高、分散性能好、熱阻、電阻等方面具有特異的性能，以其優(yōu)越的穩(wěn)定性、補(bǔ)強(qiáng)性、增稠性和觸變性，在眾多學(xué)科及領(lǐng)域內(nèi)獨(dú)具特性，有著不可取代的作用。氣相白炭黑俗稱“納米白炭黑”，廣泛用于各行業(yè)作為添加劑、催化劑載體，石油化工，脫色劑，消光劑，橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑，塑料充填劑，油墨增稠劑，金屬軟性磨光劑，絕緣絕熱填充劑，高級(jí)日用化妝品填料及噴涂材料、醫(yī)藥、環(huán)保等各種領(lǐng)域。并為相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展提供了新材料基礎(chǔ)和技術(shù)保證。由于它在磁性、催化性、光吸收、熱阻和熔點(diǎn)等方面與常規(guī)材料相比顯示出特異功能，因而得到人們的極大重視。以下是氣相白炭黑在各行業(yè)的應(yīng)用[1] 電子封裝材料 有機(jī)物電致發(fā)光器材（OELD）是當(dāng)前新開發(fā)研制的一種新型平面顯示器件，具有開啟和驅(qū)動(dòng)電壓低，且可直流電壓驅(qū)動(dòng)，可與規(guī)模集成電路相匹配，易實(shí)現(xiàn)全彩色化，發(fā)光亮度高（>105cd/m2）等優(yōu)點(diǎn)，但OELD器件使用壽命還不能滿足應(yīng)用要求，其中需要解決的技術(shù)難點(diǎn)之一就是器件的封裝材料和封裝技術(shù)。當(dāng)前，國(guó)外（日、美、歐洲等）廣泛采用有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂，即通過(guò)兩者之間的共混、共聚或接枝反應(yīng)而達(dá)到既能降低環(huán)氧樹脂內(nèi)應(yīng)力又能形成分子內(nèi)增韌，提高耐高溫性能，同時(shí)也提高有機(jī)硅的防水、防油、抗氧性能，但其需要的固化時(shí)間較長(zhǎng)（幾個(gè)小時(shí)到幾天），要加快固化反應(yīng)，需要在較高溫度（60℃至100℃以上）或增大固化劑的使用量，這不但增加成本，而且還難于滿足大規(guī)模器件生產(chǎn)線對(duì)封裝材料的要求（時(shí)間短、室溫封裝）。將經(jīng)表面活性處理后的氣相白炭黑充分分散在有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂封裝膠基質(zhì)中，可以大幅度地縮短封裝材料固化時(shí)間（為2.0-2.5h）,且固化溫度可降低到室溫,使OELD器件密封性能得到顯著提高,增加OELD器件的使用壽命。 樹脂復(fù)合材料 樹脂基復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕等特點(diǎn)，但當(dāng)前來(lái)材料界和國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)對(duì)樹脂基材料使用性能的要求越來(lái)越高，如何合成高性能的樹脂基復(fù)合材料，已成為當(dāng)前材料界和企業(yè)界的重要課題。氣相白炭黑的問(wèn)世，為樹脂基復(fù)合材料的合成提供了新的機(jī)遇，為傳統(tǒng)樹脂基材料的改性提供了一條新的途徑，只要能將氣相白炭黑顆粒充分、均勻地分散到樹脂材料中，完全能達(dá)到全面改善樹脂基材料性能的目的。 1、提高強(qiáng)度和延伸率。環(huán)氧樹脂是基本的樹脂材料，把氣相白炭黑添加到環(huán)氧樹脂中，在結(jié)構(gòu)上完全不同于粗晶二氧化硅（白炭黑等）添加的環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料，粗晶SiO2一般作為補(bǔ)強(qiáng)劑加入，它主要分布在高分子材料的鏈間中，而氣相白炭黑由于表面嚴(yán)重的配位不足、龐大的比表面積以及表面欠氧等特點(diǎn)，使它表現(xiàn)出極強(qiáng)的活性，很容易和環(huán)氧環(huán)狀分子的氧起鍵合作用，提高了分子間的鍵力，同時(shí)尚有一部分氣相白炭黑顆粒仍然分布在高分子鏈的空隙中，與粗晶SiO2顆粒相比較，表現(xiàn)很高的流漣性，從而使氣相白炭黑添加的環(huán)氧樹脂材料強(qiáng)度、韌性、延展性均大幅度提高。 2、提高耐磨性和改善材料表面的光潔度。氣相白炭黑顆粒比SiO2要小100—1000倍，將其添加到環(huán)氧樹脂中，有利于拉成絲。由于氣相白炭黑的高流動(dòng)性和小尺寸效應(yīng)，使材料表面更加致密細(xì)潔，摩擦系數(shù)變小，加之納米顆粒的高強(qiáng)度，使材料的耐磨性大大增強(qiáng)。 3、抗老化性能。環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料使用過(guò)程中一個(gè)致命的弱點(diǎn)是抗老化性能差，其原因主要是太陽(yáng)輻射的280—400nm波段的紫外線中、長(zhǎng)波作用，它對(duì)樹脂基復(fù)合材料的破壞作用是十分嚴(yán)重的，高分子鏈的降解致使樹脂基復(fù)合材料迅速老化。而氣相白炭黑可以強(qiáng)烈地反射紫外線，加入到環(huán)氧樹脂中可大大減少紫外線對(duì)環(huán)氧樹脂的降解作用，從而達(dá)到延緩材料老化的目的。 塑料 利用氣相白炭黑透光、粒度小，可以使塑料變得更加致密，在聚苯乙烯塑料薄膜中添加氣相白炭黑后，不但提高其透明度、強(qiáng)度、韌性，而且防水性能和抗老化性能也明顯提高。通過(guò)在普通塑料聚氯乙烯中添加少量氣相白炭黑后生產(chǎn)出的塑鋼門窗硬度、光潔度和抗老化性能均大幅提高。利用氣相白炭黑對(duì)普通塑料聚丙烯進(jìn)行改性，主要技術(shù)指標(biāo)（吸水率、絕緣電阻、壓縮殘余變形、撓曲強(qiáng)度等）均達(dá)到或超過(guò)工程塑料尼龍6的性能指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了聚丙烯鐵道配件替代尼龍6使用，產(chǎn)品成本大幅下降，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著。 涂料 我國(guó)是涂料生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，但當(dāng)前國(guó)產(chǎn)涂料普遍存在著性能方面的不足，諸如懸浮穩(wěn)定性差、觸變性差、耐候性差、耐洗刷性差等，致使每年需進(jìn)口大量高質(zhì)量的涂料。上海、北京、杭州、寧波等地的一些涂料生產(chǎn)企業(yè)敢于創(chuàng)新，成功地實(shí)現(xiàn)了氣相白炭黑在涂料中的應(yīng)用，這種納米改性涂料一改以往產(chǎn)品的不足，經(jīng)檢測(cè)其主要性能指標(biāo)除對(duì)比率不變外，其余均大幅提高，如外墻涂料的耐洗刷性由原來(lái)的一千多次提高到一萬(wàn)多次，人工加速氣候老化和人工輻射暴露老化時(shí)間由原來(lái)的250小時(shí)（粉化1級(jí)、變色2級(jí)）提高到600小時(shí)（無(wú)粉化，漆膜無(wú)變色，色差值4.8），此外涂膜與墻體結(jié)合強(qiáng)度大幅提高，涂膜硬度顯著增加，表面自潔能力也獲得改善。 橡膠 橡膠是一種伸縮性優(yōu)異的彈性體，但其綜合性能并不令人滿意，生產(chǎn)橡膠制品過(guò)程中通常需在膠料中加入炭黑來(lái)提高強(qiáng)度、耐磨性和抗老化性，但由于炭黑的加入使得制品均為黑色，且檔次不高。而氣相白炭黑在我國(guó)的問(wèn)世為生產(chǎn)出色彩新穎、性能優(yōu)異的新一代橡膠制品奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。在普通橡膠中添加少量氣相白炭黑后，產(chǎn)品的強(qiáng)度、耐磨性和抗老化性等性能均達(dá)到或超過(guò)高檔橡膠制品，而且可以保持顏色長(zhǎng)久不變。納米改性彩色三元乙丙防水卷材，其耐磨性、抗拉強(qiáng)度、抗折性、抗老化性能均提高明顯，且色彩鮮艷，保色效果優(yōu)異。彩色輪胎的研制工作也取得了一定的進(jìn)展，如輪胎側(cè)面膠的抗折性能由原來(lái)的10萬(wàn)次提高到50萬(wàn)次以上，有望在不久的將來(lái)，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)汽車、摩托車輪胎的彩色化。 顏（染）料 有機(jī)顏（染）料雖具有鮮艷的色彩和很強(qiáng)的著色力，但一般耐光、耐熱、耐溶劑和耐遷移性能往往不及無(wú)機(jī)顏料。通過(guò)添加氣相白炭黑對(duì)有機(jī)顏（染）料進(jìn)行表面改性處理，不但使顏（染）料抗老化性能大幅提高，而且亮度、色調(diào)和飽和度等指標(biāo)也均出現(xiàn)一定程度的提高，性能可與進(jìn)口高檔產(chǎn)品相媲美，極大地拓寬了有機(jī)顏（染）料的檔次和應(yīng)用范圍。 陶瓷 用氣相白炭黑代替納米A1203添加到95瓷里，既可以起到納米顆粒的作用，同時(shí)它又是第二相的顆粒，不但提高陶瓷材料的強(qiáng)度、韌性，而且提高了材料的硬度和彈性模量等性能，其效果比添加A1203更理想?！±脷庀喟滋亢趤?lái)復(fù)合陶瓷基片，不但提高了基片的致密性、韌性和光潔度，而且燒結(jié)溫度大幅降低。此外，氣相白炭黑在陶瓷過(guò)濾網(wǎng)、剛玉球等陶瓷產(chǎn)品中應(yīng)用效果也十分顯著。 密封膠、粘結(jié)劑 密封膠、粘結(jié)劑是量大、面廣、使用范圍寬的重要產(chǎn)品。它要求產(chǎn)品粘度、流動(dòng)性、固化速度達(dá)最佳條件。我國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域的產(chǎn)品比較落后，高檔的密封膠和粘結(jié)劑都依賴進(jìn)口。國(guó)外在這個(gè)領(lǐng)域的產(chǎn)品已經(jīng)采用納米材料作改性劑，而氣相白炭黑是首選材料，它主要是在氣相白炭黑表面包敷一層有機(jī)材料，使之具有憎水性，將它添加到密封膠中很快形成一種硅石結(jié)構(gòu)，即納米Si0X小顆粒形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)抑制膠體流動(dòng)，加快固化速度，提高粘結(jié)效果，由于氣相白炭黑顆粒尺小從而也增加了產(chǎn)品的密封性和防滲性。 玻璃鋼制品 玻璃鋼制品雖然有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，但其本身硬度較低、耐磨性較差。有關(guān)專家通過(guò)超聲分散方法將氣相白炭黑添加到膠衣樹脂中，與未加氣相白炭黑的膠衣做性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其莫氏硬度由原來(lái)的2.2級(jí)（相當(dāng)于石膏的硬度）提高到2.8~2.9級(jí)（3級(jí)是天然大理石硬度），耐磨性提高1~2倍，因納米顆粒與有機(jī)高分子產(chǎn)生接枝和鍵合作用，使材料韌性增加，故抗拉強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度提高1倍以上，耐熱性能也大幅提高。 藥物載體 隨著當(dāng)前城市生活垃圾的大幅增長(zhǎng)以及環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，加大消滅“四害”的力度、預(yù)防疾病的傳播已十分迫切。在樹干上涂刷石灰、向垃圾箱噴灑藥水已作用不大，當(dāng)前大城市已采用噴涂中樞神經(jīng)麻醉藥類殺蟲劑來(lái)消滅蚊子、蒼蠅、蟑螂等昆蟲類害蟲，但這些殺蟲劑多從國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格較高，噴涂后有效期較短（只有一個(gè)月）。采用氣相白炭黑為載體吸附該類殺蟲劑，起到了很好的緩釋效果，據(jù)測(cè)定，其噴涂后有效期長(zhǎng)達(dá)一年以上。 化妝品 對(duì)于化妝品來(lái)說(shuō)，要求對(duì)紫外線屏蔽能力強(qiáng)，最好是既能防護(hù)紫外中波（UVB）對(duì)人體的危害，亦能對(duì)紫外長(zhǎng)波（UVA）起防護(hù)作用。實(shí)質(zhì)上，紫外屏蔽包括兩方面，一是前面所述對(duì)紫外線的吸收，另一方面是對(duì)紫外線的反射，當(dāng)前，世界上從紫外反射性能角度開發(fā)的抗紫外劑還未見報(bào)道?！≡诜罆癞a(chǎn)品中以往多使用有機(jī)化合物為紫外線吸收劑，但是存在諸如為了盡可能保護(hù)皮膚不接觸紫外線而提高添加量之后，會(huì)增加發(fā)生皮膚癌以及產(chǎn)生化學(xué)性過(guò)敏等問(wèn)題，而氣相白炭黑為無(wú)機(jī)成分，易于與化妝品其它組分配伍，無(wú)毒、無(wú)味，不存在上述問(wèn)題，且自身為白色，可以簡(jiǎn)單地加以著色，尤其可貴的是氣相白炭黑反射紫外能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好，被紫外線照射后不分解，不變色，也不會(huì)與配方中其它組分起化學(xué)反應(yīng)。氣相白炭黑的這些突出特點(diǎn)為防曬化妝品的升級(jí)換代奠定了良好的基礎(chǔ)。 抗菌材料 利用氣相白炭黑龐大的比表面積、表面多介孔結(jié)構(gòu)和超強(qiáng)的吸附能力以及奇異的理化特性，將銀離子等功能離子均勻地設(shè)計(jì)到氣相白炭黑表面的介孔中，并實(shí)施穩(wěn)定，成功開發(fā)出高效、持久、耐高溫、廣譜抗菌的納米抗菌粉（粒徑只有70納米左右），不但填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，而且主要技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)日本同類產(chǎn)品。經(jīng)檢測(cè)，當(dāng)納米抗菌粉在水中的濃度僅為0.315%時(shí)，對(duì)革蘭氏陽(yáng)性代表菌種與革蘭氏陰性代表菌種的抗菌能力就可以非常明顯的表露出來(lái)，抑菌圈出現(xiàn)2—3mm，且隨著納米抗菌粉在水中濃度的增加，抑菌圈明顯增大。據(jù)測(cè)定，水中含Ag+為0.01mg/1時(shí)，就能完全殺滅水中的大腸桿菌，并能保持長(zhǎng)達(dá)90天內(nèi)不繁衍出新的菌叢?！⒓{米抗菌粉應(yīng)用于搪瓷釉料中，生產(chǎn)出具有防霉、抗菌功能的滾筒洗衣機(jī)，其抗菌率高達(dá)99%以上。應(yīng)該指出的是，納米抗菌粉在搪瓷釉料中使用條件較為苛刻，須在堿性較強(qiáng)的液體中和高溫（900℃左右）燒瓷后仍保持很強(qiáng)的抗菌性能，這是其它抗菌粉望塵莫及的。將納米抗菌粉添加在內(nèi)墻涂料中，生產(chǎn)出了具有長(zhǎng)久抗菌防霉功能的內(nèi)墻涂料。將納米抗菌粉用在婦女內(nèi)褲洗滌劑、羊毛、羊絨洗滌劑、洗潔精、洗手液中，經(jīng)衛(wèi)生防疫部門檢測(cè)，其抗菌性能十分顯著?？梢灶A(yù)見，隨著人們健康意識(shí)的增強(qiáng)，納米抗菌粉將逐漸被相關(guān)應(yīng)用企業(yè)的廣大民眾所接受，在票據(jù)、醫(yī)療衛(wèi)生、化學(xué)建材、家電制品、功能纖維、塑料制品等行業(yè)中嶄露頭角。 其它 1、在光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用納米微粒應(yīng)用于紅外反射材料主要是制成薄膜和多層膜來(lái)使用。納米微粒的膜材料在燈泡工業(yè)上有很好的應(yīng)用前景。高壓鈉燈以及各種用于拍照、攝影的碘弧燈都要求強(qiáng)照明，但是燈絲被加熱后69%的能量轉(zhuǎn)化為紅外線，這就表明有相當(dāng)多的電能轉(zhuǎn)化為熱能被消耗掉，僅有一少部分轉(zhuǎn)化為光能來(lái)照明，同時(shí)，燈管發(fā)熱也會(huì)影響燈具的壽命，如何提高發(fā)光效率，增加照明度一直是急待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。納米微粒的誕生為解決這個(gè)問(wèn)題提供了一個(gè)新的途徑。80年代以來(lái)，科研技術(shù)人員用納米Si0X和納米TiO2微粒制成了多層干涉膜，總厚度為微米級(jí)，襯在燈泡罩的內(nèi)壁，結(jié)果不但透光率好，而且有很強(qiáng)的紅外線反射能力。據(jù)專家測(cè)算同種燈光亮度下，該種燈具與傳統(tǒng)的鹵素?zé)粝啾?，可?jié)約15%的電能。
生產(chǎn)方法
目前，白炭黑按其制備方法可分為物理法和化學(xué)法兩大類。用物理法制備的白炭黑產(chǎn)品檔次不高，橡膠行業(yè)所需的白炭黑填料通常是采用化學(xué)法生產(chǎn)的?；瘜W(xué)法主要包括氣相法、沉淀法和離解法三種。
1.氣相法
氣相法生產(chǎn)白炭黑主要是采用硅的氯化物 （四氯化硅等）在氧氣 （或空氣）和氫氣混合氣流中經(jīng)高溫水解生成無(wú)定形粉末的一種方法。其反應(yīng)式為：
SiCl4 +H2+O2→SiO2· nH2O+HCl 其主要工藝流程為：氧氣和氫氣分別經(jīng)過(guò)加壓、分離、冷卻脫水、硅膠干燥、除塵過(guò)濾后送人合成水解爐。原料四氯化硅經(jīng)精餾塔精餾后，在汽化器中汽化，用干燥、過(guò)濾后的空氣為載體，送至合成水解爐。在水解爐中與一定量的氫和氧（或空氣）在1800℃左右的高溫下進(jìn)行氣相水解，此時(shí)生成的氣相二氧化硅顆粒極細(xì)，與氣體形成氣溶膠，不易捕舉，所以先在聚集器中聚集成較大顆粒，然后經(jīng)旋風(fēng)分離器收集，再送人脫酸爐，用堿性空氣（多為含氨空氣）吹氣，將pH值調(diào)至4~6 即為氣相法白炭黑成品。
采用這種方法，其產(chǎn)品粒子大小、表面性質(zhì)、結(jié)構(gòu)性能等重要性質(zhì)直接與原料氣及H2、O2的比例、燃燒溫度、SiO2 在燃燒室中停留的時(shí)間等因素有關(guān)。
氣相法自炭黑粒徑極小，約為15~25nm，比表面積高達(dá)50~400m2/g，表觀密度很小，約為12~16g/L，故飛揚(yáng)性極大，給運(yùn)輸和使用都帶來(lái)許多不便。
目前己生產(chǎn)造粒白炭黑，一種稱為“通用型”的自炭黑，是將其壓縮到表觀密度約為40~60g/L, 另一種稱為“壓實(shí)型”的自炭黑，是將其壓縮到表觀密度為100~120g/L。-氣相法自炭黑雜質(zhì)少，補(bǔ)強(qiáng)牲好，但價(jià)格較高，對(duì)設(shè)備條件要求較高，原料稀少，成本高，技術(shù)也相對(duì)復(fù)雜，限制了其更廣泛的應(yīng)用。氣相法白
炭黑主要適用于跬橡膠，所得產(chǎn)品為透明或半透明狀，產(chǎn)品的物理機(jī)械性能和介電性能良好，耐水性優(yōu)越，但混煉膠增硬現(xiàn)象大，所以在硅橡膠膠料中，必須同時(shí)加入結(jié)構(gòu)控制劑才能獲得良好的工藝性能。 2.沉淀法
竺淀法寧炭砰普遍采用硅酸鹽（主要為硅酸鈉）與無(wú)機(jī)酸（通常使用硫酸或者鹽酸）中和沉淀反應(yīng)的方法來(lái)制備，生成的水合二氧化硅沉淀后，根據(jù)成品要求，在輥筒壓濾機(jī)或者板塊壓濾機(jī)中經(jīng)過(guò)濾、洗滌除去多余的水分和反應(yīng)副產(chǎn)物，得到白炭黑濾餅，再經(jīng)過(guò)干燥（通常為噴霧干燥）得到成品，若進(jìn)一步進(jìn)行研磨或造粒處理可得到一系列規(guī)格的產(chǎn)品。其反應(yīng)式為：
Na2O·nSiO2+HCl→SiO2·nH2O↓+NaCl
通過(guò)控制反應(yīng)過(guò)程中的物料比例、流量及反應(yīng)的溫度、時(shí)間，經(jīng)過(guò)濾、洗滌和干燥等后處理，可得到不同比表面積、粒徑、純度、形態(tài)、結(jié)構(gòu)度、孔隙度的制品。
沉淀法白炭黑的生產(chǎn)技術(shù)，設(shè)備簡(jiǎn)單，分散劑以及原料易得，投資規(guī)模不大，但能耗高，對(duì)環(huán)境要求高，產(chǎn)品活性不高，顆粒不易控制，親和力差，補(bǔ)強(qiáng)性能低，顆粒表面親水性基團(tuán)鍵合嚴(yán)重，削弱了產(chǎn)品的結(jié)合力。目前，我國(guó)主要有青島泡花堿廠、山東?；景滋亢趶S、無(wú)錫恒亨白炭黑公司、山東聯(lián)科白炭黑公司、株洲興隆化工實(shí)業(yè)公司以及青島法國(guó)羅地亞公司等采用該工藝進(jìn)行生產(chǎn)。 沉淀法白炭黑的粒徑較大，約為20~40nm，純度稍低，補(bǔ)強(qiáng)性比氣相法差，膠料的介電性能特別是受潮后的介電性能較差，但價(jià)格便宜，工藝性能較好，可單獨(dú)用于NR、SBR等通用膠中，也可與炭黑并用，以改善膠料的抗屈撓龜裂性，使割口增長(zhǎng)率減慢。 3.離解法 離解法根據(jù)使用原料的不同，又可分為非金屬礦物法、禾本科植物法以及副產(chǎn)品回收法等。 <1>非金屬礦物法 非金屬礦離解法是用膨潤(rùn)土、高嶺土、硅灰石、硅藻土、海泡石、蛇紋石、煤礦石、凹凸棒土、粉煤灰、鋯英石、黃磷礦等原料來(lái)制取白炭黑。 （1）利用高嶺土生產(chǎn)白炭黑高嶺土制取白炭黑的方法是將高嶺土礦與水配成懸浮液，干燥后粉碎，焙燒，再用水與硫酸配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的硫酸，加入礦粉進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)完成后用水稀釋，在過(guò)濾。將濾餅放入反應(yīng)器中，加入稀硝酸溶液，在攪拌下升溫到60~80℃反應(yīng)1h。過(guò)濾，濾餅用水洗滌至中性，經(jīng)干燥、焙燒、冷卻后粉碎即得到白炭黑。其產(chǎn)品質(zhì)量可達(dá)到干法生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，而設(shè)備及技術(shù)比濕法更為簡(jiǎn)單，成本更低；其原料豐富，價(jià)格低廉；基本無(wú)“三廢”排放，有利于環(huán)境保護(hù)。為了提高白炭黑的產(chǎn)率，也可以將高嶺土原料先煅燒后再使用。 （2）利用硅藻土生產(chǎn)白炭黑硅藻土制備白炭黑的方法是將蛋白土（石）或硅藻土礦粉與燒堿在加熱條件下反應(yīng)生產(chǎn)硅酸鈉，然后將反應(yīng)產(chǎn)物過(guò)濾除去殘?jiān)?，加入鈉鹽，加水調(diào)到合適濃度，用酸中和，將此反應(yīng)物陳化、過(guò)濾、洗滌、簡(jiǎn)單、單位產(chǎn)品能耗及生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。 （3）利用膨潤(rùn)土生產(chǎn)白炭黑膨潤(rùn)土主要成分蒙脫石的化學(xué)式為Al2O3·4SiO2·3H2O。蒙脫石受熱后在活化劑作用下層狀結(jié)構(gòu)易被破壞，由晶態(tài)硅轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂谢钚缘姆蔷B(tài)二氧化硅（SiO2·nH2O）。膨潤(rùn)土經(jīng)活化處理等一系列必要的加工過(guò)程便可直接得到純度較高的白炭黑。用膨潤(rùn)土直接制備的白炭黑經(jīng)橡膠研究單位配方研究和橡膠廠生產(chǎn)應(yīng)用，主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到沉淀法白炭黑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（HG/T3061—2009）。該法附加值大，副產(chǎn)品可作為凈水機(jī)，成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)工藝，因此是一條比較可行的新方法。以膨潤(rùn)土為主要原料生產(chǎn)白炭黑的生產(chǎn)工藝新穎先進(jìn)，流程合理，低能耗，原料價(jià)格低廉易得，是國(guó)家鼓勵(lì)開發(fā)的國(guó)家級(jí)重點(diǎn)新產(chǎn)品。低成本的白炭黑在彩色、淺色橡膠制品的補(bǔ)強(qiáng)方面有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。該產(chǎn)品具有下列特點(diǎn)。 1.在橡膠加工工藝過(guò)程中飛揚(yáng)少，吃膠快，生熱低，不脫輥，易混煉。 2.加熱減量低，利于膠料儲(chǔ)存。用膨潤(rùn)土制備白炭黑能耗只有沉淀法（酸中和水玻璃）的1/5，原材料消耗成本只為沉淀法的1/3，與沉淀法生產(chǎn)的白炭黑相比每噸成本低1000~2000元。 （4）利于硅灰石生產(chǎn)白炭黑硅灰石[CaSiO3或Ca（Si3O9）]為鏈狀偏硅酸鹽礦物，其中偏硅酸鈣純度可達(dá)94%以上，雜質(zhì)少，不溶于鹽酸，是制備白炭黑的理想原料。以礦物質(zhì)為硅源制備白炭黑，其技術(shù)關(guān)鍵是將結(jié)晶的二氧化硅和硅酸鹽轉(zhuǎn)變成為非晶態(tài)的二氧化硅。以硅灰石為硅源制備白炭黑主要工藝是以硅灰石原料，經(jīng)過(guò)稀硫酸酸解、沉淀、水洗、干燥、粉碎而制得產(chǎn)品。當(dāng)然，制備中需加入適量無(wú)機(jī)和有機(jī)助劑。該方法生產(chǎn)的白炭黑為粉末狀，為高比表面積多孔二氧化硅，具有二氧化硅含量和灼燒減量低、無(wú)廢氣排出等優(yōu)點(diǎn)。 （5）利用黏土生產(chǎn)白炭黑用黏土礦物煅燒轉(zhuǎn)化也可制備白炭黑。用煅燒轉(zhuǎn)化反應(yīng)工藝制備白炭黑，主要解決用黏土礦物不經(jīng)水玻璃狀態(tài)直接制備的白炭黑的白度和非晶質(zhì)特性差的問(wèn)題。該方法的工藝步驟為： 1.將黏土礦物與固體反應(yīng)劑按質(zhì)量比例1：（3~5）配料，粉碎至粒度小于100目，在溫度360~750℃下鍛燒0.5h以上； 2.加水溶解煅燒產(chǎn)物； 3.過(guò)濾，從濾液中得到含鋁的鹽，濾餅經(jīng)洗滌、烘干后得到白炭黑。 （6）利用鋯英石生產(chǎn)白炭黑鋯英石也可制取白炭黑。將鋯英石堿分解，分解產(chǎn)物水浸分離出高堿度硅酸鈉溶液，水浸沉淀物酸轉(zhuǎn)化得硅酸（膠）。將高堿硅酸鈉溶液與硅酸混溶，經(jīng)中和沉淀、過(guò)濾洗滌、干燥和粉碎而制備白炭黑。該方法具有工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備投資少、原材料消耗和成本低等優(yōu)點(diǎn)，是制備白炭黑、解決鋯英石生產(chǎn)鋯化學(xué)品過(guò)程中的生態(tài)學(xué)和環(huán)境工藝問(wèn)題的最經(jīng)濟(jì)和有效的方法。 （7）利用煤矸石生產(chǎn)白炭黑用煤矸石也可制取白炭黑。用煤矸石生產(chǎn)活性白炭黑的第一步是生產(chǎn)硅酸鈉，工藝過(guò)程是粉碎煤矸石與純堿混料（混料質(zhì)量比為1:50），經(jīng)高溫冶熔、水萃、浸溶及縮合得硅酸鈉；第二步是將水玻璃溶液送入反應(yīng)器，經(jīng)過(guò)反應(yīng)后，過(guò)濾、洗滌、干燥得成品活性白炭黑。該方法變廢棄煤矸石為有用的活性白炭黑，投資少、附加值高。 用非金屬礦制備的白炭黑中含少量非金屬礦成分。少量非金屬礦成分與白炭黑組成的白炭黑/非金屬礦復(fù)合填料，不僅具有白炭黑、非金屬礦各自的功能，而且具有良好的協(xié)同效應(yīng)，可拓寬彩色、淺色化橡膠制品填料的領(lǐng)域。我國(guó)非金屬礦資源非常豐富，在眾多非金屬礦的開發(fā)利用過(guò)程中，在許多非晶態(tài)二氧化硅未被很好利用，充分開發(fā)這些硅質(zhì)資源是提高資源利用率及經(jīng)濟(jì)效益、減少環(huán)境污染的有效途徑。 <2>禾本科植物法 利用稻殼、谷殼灰為原料生產(chǎn)的白炭黑介于沉淀法和氣相法之間。它的成本核算不但遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于氣相法，而且也低于沉淀法，產(chǎn)品質(zhì)量高于沉淀法，接近氣相法。宜賓五糧液集團(tuán)精細(xì)化工有限公司是目前國(guó)內(nèi)一家用植物法生產(chǎn)白炭黑的廠家。 <3>副產(chǎn)品回收法 用黃磷爐渣、氟硅酸鈉、煤灰、磷肥廠副產(chǎn)品四氟化硅、生產(chǎn)凈水機(jī)的廢渣、廢硅溶膠等也可以制備白炭黑。
影響
1.對(duì)橡膠加工性能的影響 1）橡膠的混煉和分散 白炭黑由于粒徑小、比表面積大，總趨向于二次聚集，加之在空氣中極易吸收水分，致使羥基間易產(chǎn)生很強(qiáng)的氫鍵締合，進(jìn)一步提高了顆粒間的凝集力，所以白炭黑的混煉與分散要比炭黑困難得多。而且在多量配合時(shí)，還容易生成凝膠，使膠料硬化，混煉時(shí)生熱大。為獲得良好分散，就要求初始混煉時(shí)，保持盡可能高的剪切力，以便使填料的這此聚集粒子只可能被破壞而又不致使橡膠分子鏈發(fā)生過(guò)多的機(jī)械降解。為此，白炭黑應(yīng)分批少量投入，以減輕生熱性。例如在開煉機(jī)混煉占炭膠料時(shí)，應(yīng)先將1/2的白炭黑與除了硫黃以外的小料一起徐徐加入，再將剩下的1/2 白炭黑與軟化劑或活性劑，邊混煉邊加入，最后加入硫黃，這樣可獲得較好的分散效果。
適當(dāng)提高混煉溫度，有利于除掉一部分白炭黑表面吸附水分，降低粒子間的凝集力，有助于白炭黑在膠料中的分散。 2.膠料的門尼黏度 膠料門尼黏度隨著白炭黑填充量的增加而增加。 門尼黏度提高的原因，是由于白炭黑與橡膠生成了凝膠，阻礙了橡膠大分子或分子鏈段的活動(dòng)性。
白炭黑生成凝膠的能力與炭黑不相上下，按生成凝膠的程度，可以衡量白炭黑的補(bǔ)強(qiáng)效果。在加熱情況下，白炭黑生成凝膠的
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