一、簡介

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），兩種產品的生產方法不同，性質及用途也有很大區別，以下介紹的產品是用硫酸沉淀法生產的，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。

化學分子式：SiO2·nH2O

三、主要性質

1、物理性質

外觀：白色粉末或粒狀或不規則造塊。

真密度：約2.0g/ml假密度：約0.2g/ml（普通產品）。

耐高溫、不燃燒；電絕緣性好。

2、化學性質：

能與燒堿發生反應SiO2nH2O+2NaOH=Na2SiO3+（n+1）H2O

能與氫氟酸發生反應SiO2nH2O+4HF=SiF4+（n+2）H2O

2、主要化學指標

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）

拉伸強度≥17.0Mpa 500%定伸強度≥6.3Mpa

扯斷伸長度≥675%

四、生產原理

水玻璃和硫酸反應生成水合硅酸

加熱

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

反應完成液經壓濾脫水，洗滌、并通過打漿制得白炭黑料漿，經噴霧干燥得白炭黑成品。

五、工藝簡圖

六、主要用途

白炭黑產品自20世紀40年代工業化生產以來，以過60多年的不斷發展與完善，已廣泛應用于各行各業，除被廣泛應用于橡膠制品中作補強劑外，還可用于醫藥行業、農藥、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。現就白灰黑適用的主要應用行業作簡要介紹：

1、輪胎行業

白炭黑初僅作成裝飾膠條用于白胎側轎車輪胎中，后來其用途逐漸擴大，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劑并用可同時提高輪胎壽命（改善耐磨性）和安全性（改善抗濕滑性），降低燃油消耗（降低滾動阻力），因此，目前國外輪胎生產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定性，并提高其抗機械損傷的能力。

（1）胎面

胎面是輪胎與路面接觸的部位，因此，對其提出三個基本要求：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；二是滾動阻力小，以節省燃油。一般來講，輪胎滾動阻力降低3-4%，耗油量可減少1%。基于胎面的滾動阻力約為輪胎的50%，降低期滾動阻力則是節省燃油的重要途徑；三是耐磨耗，使用壽命長。

a、乘用輪胎胎面

業已發現，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，因不僅可減少滾動阻力，且行駛溫度低。對載重輪胎來說，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，前者的耐割口增長性及撕裂強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

胎側是一層能夠保護胎體免受氣候侵蝕的外層膠，它應當具有耐性好，抗氧老化，耐磨耗、耐撕裂、耐周向及徑向龜裂、疲勞壽命長等性。為此，輪胎胎側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，胎側會變硬和龜裂；耐抗臭氧劑和石蠟會使其褪色，且抗臭氧劑具污染性，此時若用沉淀法白炭黑，可使上述現象明顯減弱。

（3）鋼絲簾線粘合

沉淀法白炭黑被廣泛應用于鋼絲帝線掛膠。它既可與間苯二酚甲醛樹胎并用構成RFS粘合體系，增加鍍鋼絲與橡膠的粘合，也可與有機鉆鹽并用構成白炭黑/鈷和白炭黑/樹脂/鈷粘合體系。這兩個粘合體系在熱。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堿性增加。

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

2、膠鞋及其它橡膠制品

（1）白炭黑白度高、粒子細，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強填充劑廣泛應用于膠鞋生產中，尤其是在透明及半透明鞋底膠料中。目前，青島地區大部分韓資制鞋企業都在使用高透明及透明白炭黑。

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

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異耐寒性，耐臭氧性，耐老化和耐大氣老化性，同時具有優良電絕緣性。可在-60℃-250℃范圍內長期使用，且隨溫度變化，強度等物理指標變化甚微。另外，硅橡膠的吸水性小，可長期在潮濕地方貯存，含水率≤0.015%，正由于硅橡膠上述的特性，在航空航天、電子工業及儀器具儀表等行業均有廣泛應用，但硅橡膠的應用是隨白炭黑的出現開始的，尤其是氣相白炭黑價過高，近期，開始用沉淀白炭黑代替氣相法白炭黑，但現國產的沉淀白炭黑只能用于低檔硅橡膠的使用中。

4、醫藥行業

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用，例如：準生素E粉現大量使用白炭黑作載體。

5、農藥行業

白炭黑在農藥行業中主要作用是作載體，提高流動性并防止結塊，目前，白炭黑主要應用于各類可濕性粉劑。

6、在油墨中的應用

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。還用于控制打印機油墨的流量，使它不能任意流動或流掛，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于水性透明木器涂料，其涂膜具優異的光學性能，在使用中只有軟沉淀。

由于白炭黑產品的功能多，已成為許多工業部門不可缺少的添加劑，特別是生產環境污染小，具有廣闊的發展前景。

8、塑料（PVC)

白炭黑加入樹脂(pvc)內后，可提高樹脂防潮和絕緣性能。填充在塑料制品內，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、各指標在應用中的作用

1、比表面積

白炭黑補強作用的大小，主要取決于它的比表面一般隨比表面積增大，橡膠制品的各項強度指標均增大，但回彈性降低，撕裂強度降低，且不耐磨，混煉時分散困難，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，比表面積對硫化橡膠物理機械性能的影響不是始終如一的。

2、吸油值

吸油值大小體現的是結構度的高低，吸油值大，結構度小，硫化膠的伸強度一般較大，抗張強度和硬度較大，特別是耐磨耗較小，但伸長率較低。

3、900℃灼燒減量

表現的是表面羥基過多時，易造成橡膠復合材料的結構化，使材料變脆。影響加工性能，并且硫化膠易掉塊，且表面羥基對硫化促進劑有強烈的吸附作用，延長硫化時間。

4、105℃加熱減量

反映粒子空隙中自由水的多少，過少時，膠料結構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.生產方法

白炭黑按生產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，產品純度可達99％，粒徑可達10~20nm，但制備工藝復雜，價格昂貴。

沉淀法白炭黑

沉淀法白炭黑又稱水合二氧化硅，其二氧化硅質量分數為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品，因氣相法白炭黑價格昂貴，橡膠工業主要應用沉淀法白炭黑。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，是一種高純度超細白炭黑，其二氧化硅質量分數在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、拉伸強度、定伸應力、扯斷伸長率、撕裂強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強。硅橡膠具有耐老化、耐高低溫和電絕緣性能等優良特性，但它是一種直鏈的高相對分子質量有機硅氧烷，分子鏈非常柔順，鏈間相互作用力較弱，其硫化膠的強度極低，無使用價值，必須進行補強才能應用。經氣相法白炭黑補強的硅橡膠物理性能有很大改善，其拉伸強度可提高20倍左右，撕裂強度提高40倍左右，可滿足硅橡膠的補強及后硫化時不起氣泡的需求。氣相法白炭黑的價格較高，因此主要用于硅橡膠，可用于制造v帶、膠輥、膠管、電纜、油封及發泡制品。

生產工藝：

沉淀法白炭黑又分為傳統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的二氧化硅，后者是指采用超重力技術、溶膠-凝膠法、化學晶體法、二次結晶法或反相膠束微乳液法等特殊方法生產的二氧化硅。沉淀白炭黑主要用作天然橡膠和合成橡膠的補強劑、牙膏摩擦劑等。氣相白炭黑主要用作硅橡膠的補強劑、涂料和不飽和樹脂增稠劑，超細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，高溫下反應而成。反應式為：

SiCl4＋ 2H2＋ O2—>SiO2＋4HCl

空氣和氫氣分別經過加壓、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，在蒸發器中加熱蒸發，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℃左右的高溫下進行氣相水解；此時生成的氣相二氧化硅顆粒極細，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，然后經旋風分離器收集，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，都有穩定的性質，而白炭黑是通過氣相沉積方法做出來的二氧化硅，結構不一樣，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，補強效果好，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強填料。除橡膠制品外，還廣泛用于油漆、油墨、飼料、農藥、滅火劑、造紙等行業。

硅微粉：

由純凈石英粉經先進的超細研磨工藝加工而成，是用途極為廣泛的無機非金屬材料。具有介電性能優異、熱膨脹系數低、導熱系數高、懸浮性能好等優點。因其具有優良的物理性能、極高的化學穩定性、獨特的光學性質及合理、可控的粒度分布，從而被廣泛應用于光學玻璃、電子封裝、電氣絕緣、陶瓷、油漆涂料、精密鑄造、硅橡膠、醫藥、化裝品、電子元器件以及超大規模集成電路、移動通訊、手提電腦、航空航天等生產領域。

硅微粉還是生產多晶硅的重要原料。硅微粉用無水氯化氫（HCl）與之反應在一個流化床反應器中，生成三氯氫硅（SiHCl3），SiHCl3進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業太陽能電池的主要原材料。近年來，全球能源的持續緊張，使大力發展太陽能成為了能源戰略的重點，隨著光伏產業的風起云涌，太陽能電池原材料多晶硅價格暴漲，又促使硅微粉的市場需求迅猛增長，硅微粉呈現出供不應求的局面。