一、簡(jiǎn)介

白炭黑的主要成份是SiO2，因其為白色，且主要物性及用途與炭黑相似而得名。

白炭黑按生產(chǎn)方法的不同可分為沉淀白炭黑（沉淀水合二氧化硅）和氣相法白炭黑（氣相二氧化硅），兩種產(chǎn)品的生產(chǎn)方法不同，性質(zhì)及用途也有很大區(qū)別，以下介紹的產(chǎn)品是用硫酸沉淀法生產(chǎn)的，也即沉淀法白炭黑，以下所涉及的白炭黑均為沉淀法白炭黑。

二、名稱定義及分子式

白炭黑的學(xué)名為：沉淀水合二氧化硅。

定義：沉淀水合二氧化硅是從可溶性硅酸鹽水沉液中沉淀而獲得的無定形粒子組成的材料。

化學(xué)分子式：SiO2·nH2O

三、主要性質(zhì)

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

2、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：2.00-3.50cm3/g

比表面積：不同用途有不同范圍，我廠產(chǎn)品控制

145-165m2/g（HT2#）165-185m2/g（HT1#）

200-300m2/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%

四、生產(chǎn)原理

水玻璃和硫酸反應(yīng)生成水合硅酸

加熱

Na2O·mSiO2+H2SO4+nH2o-→Na2SO4+mSiO2·（n+1）H2O↓

反應(yīng)完成液經(jīng)壓濾脫水，洗滌、并通過打漿制得白炭黑料漿，經(jīng)噴霧干燥得白炭黑成品。

五、工藝簡(jiǎn)圖

六、主要用途

白炭黑產(chǎn)品自20世紀(jì)40年代工業(yè)化生產(chǎn)以來，以過60多年的不斷發(fā)展與完善，已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，除被廣泛應(yīng)用于橡膠制品中作補(bǔ)強(qiáng)劑外，還可用于醫(yī)藥行業(yè)、農(nóng)藥、油墨、油漆、涂料、牙膏、紙張、食品、飼料、化妝品、蓄電池等各種行業(yè)。現(xiàn)就白灰黑適用的主要應(yīng)用行業(yè)作簡(jiǎn)要介紹：

1、輪胎行業(yè)

白炭黑初僅作成裝飾膠條用于白胎側(cè)轎車輪胎中，后來其用途逐漸擴(kuò)大，目前已在輪胎各部件中使用。一般來說，若胎面膠的滯后損失降低，則濕抓著也降低。然而，在輪胎胎面膠中用白炭黑，特別是高分散性沉淀法白炭黑與偶聯(lián)劑并用可同時(shí)提高輪胎壽命（改善耐磨性）和安全性（改善抗?jié)窕裕档腿加拖模ń档蜐L動(dòng)阻力），因此，目前國(guó)外輪胎生產(chǎn)廠家多在胎面中并用高分散性白炭黑，可有效改善輪胎性能。此外，沉淀法白炭黑用于輪胎胎體和帶束層中，可改善膠料與鋼絲簾線的粘合力（例如間-甲白體系）；在輪胎胎側(cè)膠中用白炭黑部分代替炭黑可大幅度提高膠料的耐久性能，改善耐屈撓和抗沖擊性，用于轎車和載重輪胎的胎包布中可保持膠料的尺寸穩(wěn)定性，并提高其抗機(jī)械損傷的能力。

（1）胎面

胎面是輪胎與路面接觸的部位，因此，對(duì)其提出三個(gè)基本要求：一是具有較高的濕路面的抓著力或較好的牽引性，以確保車輛行駛及人員的安全；二是滾動(dòng)阻力小，以節(jié)省燃油。一般來講，輪胎滾動(dòng)阻力降低3-4%，耗油量可減少1%。基于胎面的滾動(dòng)阻力約為輪胎的50%，降低期滾動(dòng)阻力則是節(jié)省燃油的重要途徑；三是耐磨耗，使用壽命長(zhǎng)。

a、乘用輪胎胎面

業(yè)已發(fā)現(xiàn)，將具有高分散性的淀白炭黑與特種溶液聚合物及硅烷偶聯(lián)劑并用，再加上佳的混煉工藝能克服胎面膠的滯后損失降低，濕抓著力降低的缺陷。完全以白炭黑作為填充劑的胎面膠可使輪胎滾動(dòng)阻力降低20%，這意味著胎面滯后損失降低了約50%，燃油消耗至少降低30%。

目前，沉淀法白炭黑在乘用輪胎胎面中的用量一般在65份。

b、載重胎胎面

白炭黑用于載重輪胎旨在提高胎面的抗刺穿能力和耐撕裂性。沉淀法白炭黑特別適用于其胎面，因不僅可減少滾動(dòng)阻力，且行駛溫度低。對(duì)載重輪胎來說，行駛溫度低或低生熱是極其重要的。

c、越野輪胎胎面

沉淀法白炭黑用于越野輪胎胎面的目的是減少其生熱，提高耐熱性和抗崩花掉塊的能力，將含有沉淀法白炭黑的越野胎胎面與純炭黑填充胎面相比，前者的耐割口增長(zhǎng)性及撕裂強(qiáng)度較后者的有很大提高，全部使用高分散性沉淀法白炭黑的天然橡膠工程機(jī)械輪胎胎面可獲得低生熱性，較好的抗撕裂性和花紋塊耐疲勞撕裂性的效果。

（2）胎側(cè)

胎側(cè)是一層能夠保護(hù)胎體免受氣候侵蝕的外層膠，它應(yīng)當(dāng)具有耐性好，抗氧老化，耐磨耗、耐撕裂、耐周向及徑向龜裂、疲勞壽命長(zhǎng)等性。為此，輪胎胎側(cè)一般都采用含防老劑、抗臭氧劑和石蠟的天然橡膠/聚丁二烯橡膠并有的膠料。但防老劑消耗盡后，胎側(cè)會(huì)變硬和龜裂；耐抗臭氧劑和石蠟會(huì)使其褪色，且抗臭氧劑具污染性，此時(shí)若用沉淀法白炭黑，可使上述現(xiàn)象明顯減弱。

（3）鋼絲簾線粘合

沉淀法白炭黑被廣泛應(yīng)用于鋼絲帝線掛膠。它既可與間苯二酚甲醛樹胎并用構(gòu)成RFS粘合體系，增加鍍鋼絲與橡膠的粘合，也可與有機(jī)鉆鹽并用構(gòu)成白炭黑/鈷和白炭黑/樹脂/鈷粘合體系。這兩個(gè)粘合體系在熱。濕氣和鹽水老化前后的粘合力均隨白炭黑用量的增加而呈現(xiàn)堿性增加。

綜上所述，白炭黑已越來越廣泛的應(yīng)用于輪胎中，以“綠色輪胎”為代表的各種輪胎越來越青睞白炭黑，因此，開發(fā)更加改善和輪胎性能的白炭黑將是重要的一環(huán)。

2、膠鞋及其它橡膠制品

（1）白炭黑白度高、粒子細(xì)，使用白炭黑制得的硫化膠透明度高，而且可提高膠料的綜合物理性能。因此，白炭黑作為主要的補(bǔ)強(qiáng)填充劑廣泛應(yīng)用于膠鞋生產(chǎn)中，尤其是在透明及半透明鞋底膠料中。目前，青島地區(qū)大部分韓資制鞋企業(yè)都在使用高透明及透明白炭黑。

（2）在膠帶的生產(chǎn)中，為提高其耐磨性能，大量增加白炭黑，同時(shí)，白炭黑表面的硅烷醇起著改善膠料與織物濕潤(rùn)程度的作用，有利于膠料的擴(kuò)散和滲透。

除上述制品外，白炭黑還被用于膠輥、膠管、橡板、電線電纜及家用電器、文體用品中的橡膠部件上等。

3、硅橡膠

硅橡膠具有很高的耐熱性和優(yōu)異耐寒性，耐臭氧性，耐老化和耐大氣老化性，同時(shí)具有優(yōu)良電絕緣性。可在-60℃-250℃范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用，且隨溫度變化，強(qiáng)度等物理指標(biāo)變化甚微。另外，硅橡膠的吸水性小，可長(zhǎng)期在潮濕地方貯存，含水率≤0.015%，正由于硅橡膠上述的特性，在航空航天、電子工業(yè)及儀器具儀表等行業(yè)均有廣泛應(yīng)用，但硅橡膠的應(yīng)用是隨白炭黑的出現(xiàn)開始的，尤其是氣相白炭黑價(jià)過高，近期，開始用沉淀白炭黑代替氣相法白炭黑，但現(xiàn)國(guó)產(chǎn)的沉淀白炭黑只能用于低檔硅橡膠的使用中。

4、醫(yī)藥行業(yè)

白炭黑具有生理惰性，高吸收性、分散性和增稠性，在藥物制劑中得到廣泛的應(yīng)用，例如：準(zhǔn)生素E粉現(xiàn)大量使用白炭黑作載體。

5、農(nóng)藥行業(yè)

白炭黑在農(nóng)藥行業(yè)中主要作用是作載體，提高流動(dòng)性并防止結(jié)塊，目前，白炭黑主要應(yīng)用于各類可濕性粉劑。

6、在油墨中的應(yīng)用

白炭黑在油墨中主要起增稠作用，用于控制印刷油墨的流量。還用于控制打印機(jī)油墨的流量，使它不能任意流動(dòng)或流掛，以獲得清晰的打印。

7、油漆及涂料的消光劑

白炭黑廣泛應(yīng)用于水性和溶劑型透明木器涂料（木器清漆）、高固體分涂料、建筑涂料、墻紙涂料等中作消光劑，用高分子蠟處理的二氧化硅消光劑副縣長(zhǎng)于水性透明木器涂料，其涂膜具優(yōu)異的光學(xué)性能，在使用中只有軟沉淀。

由于白炭黑產(chǎn)品的功能多，已成為許多工業(yè)部門不可缺少的添加劑，特別是生產(chǎn)環(huán)境污染小，具有廣闊的發(fā)展前景。

8、塑料（PVC)

白炭黑加入樹脂(pvc)內(nèi)后，可提高樹脂防潮和絕緣性能。填充在塑料制品內(nèi)，可增加抗滑性和防油性。填充在硅樹脂中，可制成耐200℃以上的塑料。

七、各指標(biāo)在應(yīng)用中的作用

1、比表面積

白炭黑補(bǔ)強(qiáng)作用的大小，主要取決于它的比表面一般隨比表面積增大，橡膠制品的各項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)均增大，但回彈性降低，撕裂強(qiáng)度降低，且不耐磨，混煉時(shí)分散困難，生熱高，膠料門尼粘度大，易焦燒，因此，不同配方，不同用途，要求比表面積也不一樣，比表面積對(duì)硫化橡膠物理機(jī)械性能的影響不是始終如一的。

2、吸油值

吸油值大小體現(xiàn)的是結(jié)構(gòu)度的高低，吸油值大，結(jié)構(gòu)度小，硫化膠的伸強(qiáng)度一般較大，抗張強(qiáng)度和硬度較大，特別是耐磨耗較小，但伸長(zhǎng)率較低。

3、900℃灼燒減量

表現(xiàn)的是表面羥基過多時(shí)，易造成橡膠復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)化，使材料變脆。影響加工性能，并且硫化膠易掉塊，且表面羥基對(duì)硫化促進(jìn)劑有強(qiáng)烈的吸附作用，延長(zhǎng)硫化時(shí)間。

4、105℃加熱減量

反映粒子空隙中自由水的多少，過少時(shí)，膠料結(jié)構(gòu)化程度高煉膠變得困難，若加熱減量為零，則白炭黑毫無用處，一般控制在6%左右較合適。

5、PH值

一般在7左右，PH值升高（酸性減小），膠料硫化速度加快。、

6、可溶性鹽

越少越好，但越少，成本越高。

八.生產(chǎn)方法

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)下為白色無定形絮狀半透明固體膠狀納米粒子（粒徑小于100nm），無毒，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

沉淀法白炭黑又稱水合二氧化硅，其二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0 .87一0 .95，白度約為95%，平均粒徑11一100nm，比表面積45一380 m2·g-1，DBP吸收值1 .60~2 .40cm3·g-1。90%的白炭黑是沉淀法產(chǎn)品，因氣相法白炭黑價(jià)格昂貴，橡膠工業(yè)主要應(yīng)用沉淀法白炭黑。沉淀法白炭黑可用于NR和sR，用以制造輪胎、膠鞋、膠管、膠帶、耐熱墊片、醫(yī)療用品及其它各種彩色或白色橡膠制品。/G# |# _/ K1 v4 H" G, M$ o! {

氣相法白炭黑

氣相法白炭黑又稱無水二氧化硅，是一種高純度超細(xì)白炭黑，其二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.998以上，平均粒徑8一19nm，比表面積130~480m2·g-1，DBP吸收值1 .50~2 .00 cm3·g-1。它與沉淀法白炭黑相比，膠料粘度高，硫化膠的硬度、拉伸強(qiáng)度、定伸應(yīng)力、扯斷伸長(zhǎng)率、撕裂強(qiáng)度以及膠料的透明度更好。% N$F0 ?# `& ~- E" 0 g t/ b/ K

氣相法白炭黑適用于硅橡膠的補(bǔ)強(qiáng)。硅橡膠具有耐老化、耐高低溫和電絕緣性能等優(yōu)良特性，但它是一種直鏈的高相對(duì)分子質(zhì)量有機(jī)硅氧烷，分子鏈非常柔順，鏈間相互作用力較弱，其硫化膠的強(qiáng)度極低，無使用價(jià)值，必須進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)才能應(yīng)用。經(jīng)氣相法白炭黑補(bǔ)強(qiáng)的硅橡膠物理性能有很大改善，其拉伸強(qiáng)度可提高20倍左右，撕裂強(qiáng)度提高40倍左右，可滿足硅橡膠的補(bǔ)強(qiáng)及后硫化時(shí)不起氣泡的需求。氣相法白炭黑的價(jià)格較高，因此主要用于硅橡膠，可用于制造v帶、膠輥、膠管、電纜、油封及發(fā)泡制品。

生產(chǎn)工藝：

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。

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)過加壓、分離、冷卻脫水、硅膠干燥、除塵過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。

九.白炭黑與硅微粉的區(qū)別

白炭黑和硅微粉的主要成分是一樣的，都是二氧化硅，都有穩(wěn)定的性質(zhì)，而白炭黑是通過氣相沉積方法做出來的二氧化硅，結(jié)構(gòu)不一樣，所以效果作用也不一樣。

白炭黑：

分子式SiO2?nH2O，具有良好的活性和吸附率，補(bǔ)強(qiáng)效果好，有很高的絕緣性，不溶于水及酸（氫氟酸除外），溶于苛性鈉，受高溫不分解。其白度好，填充于橡膠能明顯提高膠料的物理性能，已成為代替炭黑的佳白色補(bǔ)強(qiáng)填料。除橡膠制品外，還廣泛用于油漆、油墨、飼料、農(nóng)藥、滅火劑、造紙等行業(yè)。

硅微粉：

由純凈石英粉經(jīng)先進(jìn)的超細(xì)研磨工藝加工而成，是用途極為廣泛的無機(jī)非金屬材料。具有介電性能優(yōu)異、熱膨脹系數(shù)低、導(dǎo)熱系數(shù)高、懸浮性能好等優(yōu)點(diǎn)。因其具有優(yōu)良的物理性能、極高的化學(xué)穩(wěn)定性、獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)及合理、可控的粒度分布，從而被廣泛應(yīng)用于光學(xué)玻璃、電子封裝、電氣絕緣、陶瓷、油漆涂料、精密鑄造、硅橡膠、醫(yī)藥、化裝品、電子元器件以及超大規(guī)模集成電路、移動(dòng)通訊、手提電腦、航空航天等生產(chǎn)領(lǐng)域。

硅微粉還是生產(chǎn)多晶硅的重要原料。硅微粉用無水氯化氫（HCl）與之反應(yīng)在一個(gè)流化床反應(yīng)器中，生成三氯氫硅（SiHCl3），SiHCl3進(jìn)一步提純后在氫氣中還原沉積成多晶硅。而多晶硅則是光伏產(chǎn)業(yè)太陽(yáng)能電池的主要原材料。近年來，全球能源的持續(xù)緊張，使大力發(fā)展太陽(yáng)能成為了能源戰(zhàn)略的重點(diǎn)，隨著光伏產(chǎn)業(yè)的風(fēng)起云涌，太陽(yáng)能電池原材料多晶硅價(jià)格暴漲，又促使硅微粉的市場(chǎng)需求迅猛增長(zhǎng)，硅微粉呈現(xiàn)出供不應(yīng)求的局面。