本發明涉及無機功能材料白炭黑的制備方法，具體涉及一種冬季輪胎用白炭黑的制備方法。
背景技術：
：沉淀水合二氧化硅又稱白炭黑，是一種高活性的補強填充材料，廣泛應用于橡膠領域。由于其具有的獨特補強性能，在輪胎工業中的應用越來越廣，添加量也越來越大。隨著人們生活水平的提高，對汽車的需求日益增大，汽車安全性和舒適性越來越受到重視，這對輪胎生產廠家來說必須要重視輪胎的開發與應用，而且為了提高車輛在冰雪路面上的操控安全性及穩定性，必須要開發抗冰雪、抗濕滑性的冬用輪胎，基于此背景下要求我們開發一種冬季輪胎用高分散微珠狀白炭黑產品。技術實現要素：本發明目的是提供一種冬季輪胎用白炭黑的制備方法，以提高輪胎在冰雪路面的牽引力和抗冰滑能力。為實現以上目的，本發明一種冬季輪胎用白炭黑的制備方法采用硅酸鈉與濃硫酸進行反應，經壓濾、洗滌、制漿、壓力噴霧干燥后得到用于冬季輪胎的凝膠-溶膠法白炭黑；具體操作步驟和工藝參數為：第一步、精制硅酸鈉溶液：將模數在3.35～3.45的固體水玻璃與40～60℃水按質量比1:3的比例進行配置，加入靜壓釜中，通入熱蒸汽，在0.5～0.8MPa壓力下溶解，保壓3～5h后出料至儲槽沉淀，取上部清液配制成質量比濃度為20～30％的硅酸鈉溶液，經板框過濾合格后備用；第二步、凝膠-溶膠法白炭黑的合成反應：預先加入體積比為(23～28):1的水與第一步制備的硅酸鈉溶液于反應釜中，設定反應攪拌頻率，并升溫至86～96℃，設定硅酸鈉溶液和濃硫酸的流率，采用酸堿并流方式進行中和反應，反應時間控制在90～120min，反應過程的pH值控制在10～11，反應結束后陳化10～20min，然后加濃硫酸調節pH值至4.5～5.0，繼續陳化30～60min，再移至中間槽；第三步、反應漿料的固液分離及洗滌：陳化后的稀漿料采用隔膜式壓濾機進行固液分離，形成濾餅后用水洗滌至硫酸鹽含量≤1.5％；第四步、濾餅制漿：濾餅輸送至制漿系統中，經高速剪切攪拌形成濃漿液，漿料質量比濃度19～25％，為壓力噴霧干燥提供均勻的漿料；第五步、壓力噴霧干燥及產品收集：漿料采用壓力噴霧干燥的方式，以獲得粉塵少、流動性好的三維網狀結構的微珠狀白炭黑產品，再經流化床二次烘干合格后得到冬季輪胎用白炭黑，進入微珠產品料倉包裝、入庫。所述第二步凝膠溶膠法白炭黑的合成反應的pH值每隔8～12min監控一次。上述冬季輪胎用白炭黑的制備方法在第二步凝膠溶膠法白炭黑的合成反應中為了調整白炭黑孔徑分布，將反應開始時預加水與硅酸鈉比例控制在(23～28):1，合成反應時間是90～120min，反應過程的pH值控制在10～11；為了形成發達的支鏈結構以提高白炭黑在橡膠中的交聯密度，在反應結束后陳化10～20min，調節pH值至4.5～5.0后繼續陳化30～60min，再移至中間槽；為了獲得粉塵少、流動性好的三維網狀結構的微珠狀白炭黑產品，采用干燥方式為壓力噴霧干燥。本發明一種冬季輪胎用白炭黑的制備方法具有以下技術特點和有益效果：一是通過調整預加硅酸鈉和預加水的比例以及反應的pH，控制白炭黑一次粒徑的大小，使之形成均勻的孔結構；二是通過調節反應時間和反應結束后的兩次陳化時間，使之形成發達的支鏈結構，有利于提高白炭黑在橡膠中的補強效果；三是通過壓力噴霧干燥以獲得微珠狀產品，與傳統粉狀產品相比具有減少粉塵污染以及流動性好的特點。此外，本發明原料易得，過程易控制，不需增加設備，在原有白炭黑生產裝置上就可生產，并能滿足冬季輪胎對白炭黑的要求，具有很好的經濟效益和社會效益。具體實施方式下面結合具體實例對本發明一種冬季輪胎用白炭黑的制備方法做進一步詳細說明。實施例1本發明一種冬季輪胎用白炭黑的制備方法具體操作如下：1、硅酸鈉溶液的精制：取模數為3.35～3.45的固體硅酸鈉在靜壓釜溶解，靜置澄清后，取上層清液配成質量濃度為28％硅酸鈉溶液，經板框壓濾機過濾合格后備用。2、合成反應：在120m3反應釜加入60.00m3的水，同時加入28％的硅酸鈉溶液2～3m3，升溫至93℃，待溫度穩定后開始反應，設定攪拌頻率，同時加入硅酸鈉溶液和濃硫酸，硅酸鈉流率為17.0±0.5m3/h，濃硫酸流率為0.9±0.2m3/h，每隔10min監控一次pH值使之保持在10～11，反應105min結束，繼續攪拌15min后加酸至pH為4.5～5.0，再攪拌40min后放入稀漿槽。3、過濾、洗滌：將陳化的反應稀漿料通過隔膜式壓濾機壓濾形成濾餅，用水洗滌60～80min，直至漿料硫酸鹽含量在質量比1.5％以下。4、制漿：將洗滌好的濾餅通過螺旋輸送機送入制漿機中，高速攪拌使濾餅均勻液化。5、壓力噴霧干燥及產品收集：將均勻液化的漿料經過過濾器泵入漿料儲槽中，物料經螺桿泵均勻泵入壓力噴霧干燥塔中進行干燥，干燥后經流化床二次烘干合格后得到冬季輪胎用白炭黑，進入微珠產品料倉后包裝、入庫。實施例2本發明一種冬季輪胎用白炭黑的制備方法具體操作如下：1、硅酸鈉溶液的精制：取模數為3.35～3.45的水玻璃在靜壓釜溶解，靜置澄清后，取上層清液配成質量濃度為28％硅酸鈉溶液，經板框過濾合格后備用。2、合成反應：在120m3反應釜加入60.00m3水，同時加入28％濃度的硅酸鈉溶液2～3m3，升溫至90℃，待溫度穩定后開始反應，在設定攪拌強度條件下，同時加入硅酸鈉和濃硫酸，硅酸鈉加入流率為17.0±0.5m3/h，濃硫酸加入流率為0.9±0.2m3/h，每隔10min監控一次pH值使之保持在10～11，反應115min結束，攪拌15min，繼續加酸調節pH值至4.5～5.0，再攪拌40min后放入稀漿槽。3、過濾、洗滌：將陳化的反應稀漿料通過隔膜壓濾機壓濾后，用水洗滌60～80min，直至硫酸鹽含量在質量比1.5％以下。4、制漿：將洗滌好的濾餅通過螺旋輸送機送入制漿機中，高速攪拌液化形成濃漿料。5、壓力噴霧干燥及產品收集：將攪拌均勻的濃漿料經過過濾器泵入漿料儲槽中，物料經螺桿泵均勻泵入壓力噴霧干燥塔中進行干燥，干燥后經流化床二次烘干合格后得到冬季輪胎用白炭黑，進入微珠產品料倉后包裝、入庫。通過調整反應時間和反應溫度來實施以上兩個例子，制得的白炭黑產品化學指標與索爾維1115MP白炭黑的對比分析見表1:表1各產品綜合指標對比項目實施例1實施例21115MP比表面積，m2/g106119117DBP吸收值，cm3/g2.262.292.31pH(5％懸浮物)6.96.86.8硫酸鈉，％1.31.21.5加熱減量，％5.65.96.5灼燒減量，％10.410.811.4注：1、目前國內外輪胎市場應用最多的是索爾維和贏創生產的高分散白炭黑，應用于冬季輪胎的方面，索爾維的1115MP白炭黑占有一定份額，我們通過自主創新，研發出抗冰雪、抗濕滑性的冬用輪胎用白炭黑，并和索爾維1115MP白炭黑進行對比分析。2、以上三種白炭黑產品測試條件相同從表1可知，實施例2的綜合化學指標更接近索爾維1115MP白炭黑，因此選擇實施例2與索爾維1115MP白炭黑進行靜態性能和動態性能對比，見表2：表2產品性能指標對比注：通常采用-30℃的tanδ表征抗冰滑性，-30℃的tanδ值越高則抗冰滑性越好；0℃tanδ表征抗濕滑性，0℃tanδ越高抗濕滑性越好；60℃tanδ表征滾動阻力，60℃的tanδ越低則滾動阻力越低。實施例2與1115MP的靜態性能相比拉伸強度、拉斷伸長率以及撕裂強度指標優于1115MP產品，其他指標接近1115MP產品。從動態性能看，實施例2與1115MP相比，其中阿克隆磨耗低于后者，表明實施例2產品具有更好的耐磨性，0℃的tanδ值高于后者，表明實施例2具有更好的抓地力，而-30℃與60℃二者的tanδ值很接近，表明二者具有相似的抗冰滑性和滾動阻力。從上述兩個對比表可以看出，實施例2為最佳實施例。本發明在凝膠-溶膠法白炭黑反應過程中通過調整預加硅酸鈉和預加水的比例以及反應的pH來調整白炭黑的孔徑；通過調整反應時間和陳化時間，來調整白炭黑的支鏈結構。此白炭黑顆粒相對均勻，孔徑分布范圍集中，在橡膠中可以進行良好的分散，有利于提高其在橡膠制品中的補強性和輪胎的抗冰滑能力。當前第1頁1 2 3