气相法白炭黑补强作用研究

气相法白炭黑在塑料的用途白炭黑，是一种无色、松散、细微的粉末状物质，由于颗粒非常小且表面特殊，因此有较大的比表面积，极易起到填充剂的作用。

在气相法中生产的白炭黑，具有比表面积高、细粒度、极易分散、遮盖力强、增强物理性能等一系列优异特点，因此广泛应用于塑料制品中，主要具有如下几个方面的应用：一、改善塑料性能1.提高塑料硬度与韧度：白炭黑具有填充效果，同时也能作为加强剂进一步增强材料硬度和韧度，在塑料中添加适量的白炭黑可以使材料具有更好的机械强度和耐磨性。

2.提高塑料的导电性：在一些高科技领域的塑料中，需要具备导电性质，白炭黑则可以作为传导性填充剂进一步提高材料导电性。

3.改善耐紫外线性能：在室外环境中，因为紫外线能引起材料老化变性，而炭黑可以吸收紫外线，因此很多塑料中也会加入白炭黑以增强材料的耐紫外线性能。

二、提高塑料加工性能1.增加流变性：在塑料加工过程中，为了保证良好的流动性，需要添加流变助剂，而白炭黑可以起到增加塑料流变性的作用。

2.提高热稳定性与加工温度：白炭黑作为导热剂的作用，可以部分承担材料的传热功能，从而降低材料熔融温度，增加热稳定性，适当增加的白炭黑含量也可以提高塑料的加工温度范围。

三、提高塑料外观1.美观：白炭黑增强了塑料的遮盖力，能在一定程度上遮盖其他不均匀颜色或表面缺陷。

2.艳丽：白炭黑也是一种白色染料，可以作为添加剂调配上各种色彩来适应产品外观的需求。

四、应用案例1.PP材料的改善：PP（聚丙烯）是常用的塑料之一，常用于制作牙刷、瓶盖等制品，但它很容易因高温熔化而失去形状稳定性。

在PP中加入适量的白炭黑，可以增强其热稳定性，并且提高硬度、韧度和耐磨性。

2.PVC材料的改善：PVC材料在加工过程中容易断开，在加入白炭黑后，PVC材料的流动性有所改变，让他更加容易加工；同时，白炭黑也可以提高PVC材料的性能，使得PVC材料更加硬度，环保和耐磨性都得到了提高，可以用于制作电线、管道等。

白炭黑
一、简介
，因其为白色，且主要物性及用途与炭黑相似而得名。

白炭黑的主要成份是SiO
2
白炭黑按生产方法的不同可分为沉淀白炭黑（沉淀水合二氧化硅）和气相法白炭黑（气相二氧化硅），两种产品的生产方法不同，性质及用途也有很大区别，以下介绍的产品是用硫酸沉淀法生产的，也即沉淀法白炭黑，以下所涉及的白炭黑均为沉淀法白炭黑。

白炭黑各指标在应用中的作用
1、比表面积
白炭黑补强作用的大小，主要取决于它的比表面一般随比表面积增大，橡胶制品的各项强度指标均增大，但回弹性降低，撕裂强度降低，且不耐磨，混炼时分散困难，生热高，胶料门尼粘度大，易焦烧，因此，不同配方，不同用途，要求比表面积也不一样，比表面积对硫化橡胶物理机械性能的影响不是始终如一的。

2、吸油值
吸油值大小体现的是结构度的高低，吸油值大，结构度小，硫化胶的伸强度一般较大，抗张强度和硬度较大，特别是耐磨耗较小，但伸长率较低。

3、900℃灼烧减量
表现的是表面羟基过多时，易造成橡胶复合材料的结构化，使材料变脆。

影响加工性能，并且硫化胶易掉块，且表面羟基对硫化促进剂有强烈的吸附作用，延长硫化时间。

4、105℃加热减量
反映粒子空隙中自由水的多少，过少时，胶料结构化程度高炼胶变得困难，若加热减量为零，则白炭黑毫无用处，一般控制在6%左右较合适。

5、PH值
一般在7左右，PH值升高（酸性减小），胶料硫化速度加快。

、
6、可溶性盐
越少越好，但越少，成本越高。

气相法白炭黑生产方法及应用概述
气相法白炭黑(俗称纳米白炭黑)是人工合成物无定形白色流动性粉末，是一种松散、无定形、无毒、无味、无嗅，无污染的非金属氧化物纳米材料。

其原生粒径介于7～80nm之间，比表面积一般大于100㎡/g，是极其重要的纳米级无机原材料之一。

由于其纳米效应，在材料中表现出卓越的补强、增稠、触变、绝缘、消光、防流挂等性质，因而广泛的应用于橡胶、塑料、涂料、胶粘剂、密封胶等高分子工业领域。

作为液体的触变剂和增稠剂，防沉淀、防流挂；改善颜料填料在液体体系中悬浮性和分散性；用作分散和研磨助剂；提高涂层耐腐蚀性；提高粉末流动性、贮存稳定性；改善粉末带电量及电荷稳定性；提高抗水性；提高漆膜抗刮伤性；提高颜色鲜艳性；固定特殊效果；提高漆膜物理机械性能；提高漆膜附着力和柔韧性；改善橡胶、弹性体粘弹性能,补强；消泡剂中的消泡作用；提高涂层表面硬度、抗刮擦；薄膜及弹性体中防止粘连；作为吸附剂和载体；用于喷墨打印涂层；作为齿科材料的高级填充物；作为催化剂载体，显著的热绝缘性，用于低温和高温绝缘。

 一、气相法白炭黑生产方法简介
 化学气相沉积（CAV）法，又称热解法、干法或燃烧法。

其原料一般为四氯化硅、氧气（或空气）和氢气，高温下反应而成。

反应式为：SiCl4+ 2H2+ O2— SiO2+4HCl。

空气和氢气分别经过加压、分离、冷却脱水、硅胶干燥、除尘过滤后送入合成水解炉。

将四氯化硅原料送至精馏塔精馏后，在蒸发器中加热蒸发，并以干燥、过滤后的空气为载体，送至合成水解炉。

四氯化硅在高温下气化（火焰温度1000~1800℃）后，与一定量的。

特种气相法白炭黑在天然橡胶中的应用研究陈平，晏美娟，黄自华（株洲时代新材料科技股份有限公司， 湖南 株洲 412007）摘要摘要：：本文研究了一种新型易分散、低活性的白炭黑在天然橡胶中的应用情况，并按照试验配方研究了对天然橡胶常规性能、撕裂强度、压缩永久变形、曲挠疲劳、脆性温度及回弹性能的影响规律，得出了在天然橡胶中加入特种气相法白炭黑的最佳用量。

研究还发现特种气相法白炭黑可以显著提高天然橡胶的疲劳寿命高达50%，这对一些对疲劳寿命有很高要求的橡胶制品如减震件是很有意义的。

关键词关键词：：特种气相法白炭黑1. 概述概述气相法白炭黑是利用卤硅烷经氢氧焰高温水解制得的一种无定形二氧化硅产品，其原生粒径在7～40 nrn 之间，比表面积一般大于100 m 2／g ，SO 2含量不小于99．8％，是一种极其重要的无机纳米粉体材料；由于具有优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性而在橡胶、塑料、电子、涂料、胶粘剂和密封剂等领域得到广泛的应用。

自1941年德国Degussa 公司成功开发出气相法白炭黑的生产技术以来，目前全球的气相法白炭黑总产量已超过150 kt ／a ；而且生产高度集中，主要由德国Degussa 、Wacker ，美国Cabot 及日本Tokuyama 等少数几家公司控制着全球市场[1]。

气相法白炭黑在硅橡胶中的用量非常大，尤其是在热硫化硅橡胶中，其添加量可达40％ ～50％。

虽然沉淀法白炭黑也可作为硅橡胶的补强填料使用，但由于吸水性和杂质含量较高，导致用其填充的硅橡胶的电性能、耐热性等不如用气相法白炭黑填充的硅橡胶；因此，气相法白炭黑在该应用领域中占据着主导地位[1]。

经论文检索，有关气相法白炭黑在天然橡胶中的应用研究较少，考虑原因是，一方面，作者简介：陈平（1974-），男，甘肃庆阳人，毕业于青岛科技大学橡胶工程专业，北京化工大学在读工程硕士，工程师，现从事减振橡胶产品的配方设计工作。

气相法白炭黑本身制造成本较高，价格较贵，限制了其在天然橡胶中的应用；另一方面，气相法白炭黑因其结构较高，粒径较小，气相法白炭黑表面含有大量的羟基，表面极性和亲水性较强，与烃类橡胶分子的相容性不如炭黑 好，在橡胶中填充时分散不佳，会影响补强效果，并使加工性能变差[2]。

气相法白炭黑是硅橡胶常用的增强填料。

但是，由于气相法白炭黑表面存在活性轻基、吸附水及制备工艺导致其表面出现的酸区，使白炭黑呈亲水性，与生胶相容性不好，不能在其中很好地分散，从而降低硫化效率和增强性能。

常用的方法是对白炭黑进行表面处理。

所谓表面处理就是通过一定的工艺，利用一定的化学物质与白炭黑表面的轻基发生反应，消除或减少表面轻基的量，使白炭黑由亲水性变为疏水性，以提高它同生胶的亲和性。

处理工艺可分为干法和湿法。

干法是将干燥的白炭黑与有机物的蒸气接触并反应，湿法是将白炭黑与改性剂一起加热使改性剂沸腾回流。

早期的处理方法多采用湿法，但随着超微细粒子硫化态技术的发展，用干法同样可以达到湿法的物料接触状况，并且干法处理装置可以直接连在气相法白炭黑生产装置的前后，既经济又实用，还可避免湿法中有机溶剂易造成污染的问题川。

表面处理剂的种类也很多，常用的有氯硅烷类、硅烷偶联剂类、环状聚硅氧烷、醇类等，其中六甲基二硅氮烷是较常用、效果较好的一种表面处理剂。

本工作以六甲基二硅氮烷为主要处理剂，考察白炭黑的表面处理对加成型液体硅橡胶物理机械性能的影响。

1实验部分1.1原料乙烯基生胶，豁度25 Pa·S(25℃)，自制;含氢硅油，氢基质量分数大于1.6%，进口;乙烯基硅油，乙烯基质量分数为10%，自制;铂系催化剂，自制;4#气相法白炭黑，上海氯碱化工厂产品。

1.2白炭黑的表面处理将4#气相法白炭黑于110℃真空预活化3h，然后加入六甲基二硅氮烷、二甲基二乙氧基硅烷、水的混合处理剂，于150℃下处理8h后，再在150℃下真空脱除低分子2h，备用。

1.3混炼、硫化工艺混炼工艺生胶与经表面处理的白炭黑在混炼机上混炼均匀，于180℃热处理3h，备用。

硫化工艺混炼胶中依次加入乙烯基硅油，含氢硅油、铂系催化剂，混合均匀。

倒入模具后，真空脱泡0.5h，于120℃下硫化2h。

1.4性能测试用日本岛津公司产AG-2000A型拉力机按GB 528-92，GB 529-91测定硫化胶的拉伸强度和撕裂强度，用LX-A硬度计按GB 531-92测定试样的邵尔A型硬度。

白炭黑补强原理
白炭黑是一种常见的填充剂，常用于改善聚合物的力学性能和耐久性。

它是一种粒状物质，通常由碳黑和硅酸盐组成。

在填充聚合物中，它
常常与其他填充剂一起使用，如玻璃纤维和丝状石墨。

白炭黑与其他填充剂相比，具有许多优点。

首先，它可以提高聚合物
的拉伸强度和模量。

其次，它可以提高聚合物的硬度和耐磨性。

最后，它可以改善聚合物的阻燃性能。

白炭黑作为填充剂的主要作用是增加聚合物的机械强度。

它通过增加
聚合物中固体颗粒的数量来实现这一目的。

这些颗粒的大小和形状对
聚合物性能有重要影响。

一般情况下，粒径小的填充剂可以提高聚合
物的强度和模量，而大粒径的填充剂则能提高聚合物的韧性。

除了机械性能之外，白炭黑还可以改善聚合物的耐热性和耐化学腐蚀性。

这是因为白炭黑具有高度的表面活性，能够在聚合物中形成一层
紧密的涂层，防止其他化学物质与聚合物发生反应。

白炭黑对聚合物的增强作用主要是靠其高表面积来实现的。

表面积越大，填充剂对聚合物的增强作用就越强。

同时，白炭黑的表面性质也
对其增强作用有重要影响。

例如，表面具有化学反应性的白炭黑可以
与聚合物形成化学键，从而实现更高的增强效果。

总之，白炭黑是一种重要的聚合物填充剂，具有显著的增强作用。

它可以提高聚合物的力学性能、耐久性和阻燃性能，对于制造高性能聚合物制品具有重要的意义。

气相法白炭黑又称气相二氧化硅、烟化二氧化硅，是利用硅烷的卤化物，如四氯硅烷(SiCl4)、甲基三氯硅烷(CH3SiCl4)等，是在氢氧燃烧火焰中高温水解制得的一种无定形二氧化硅。

其原生粒子粒径为5-50nrn，比表面积一般为50-400m2/g。

无机纳米粉体材料气相法白炭黑以其优异的补强、增稠和触变性能和粒子的纳米效应，广泛地应用于有机硅材料、涂料、油漆、胶黏剂、电器、电子、造纸、化妆品、医药等领域。

近年来，气相法白炭黑作为高分子材料的添加剂、补强剂，对聚合物性能的提高和改善越来越受到科研工作者的关注。

1 气相法白炭黑的制备生产气相法白炭黑的硅烷卤化物原料目前主要有SiCl4和CH3SiCl3两种。

1941年，德国Degussa公司成功开发了气相法白炭黑的生产技术，使用的卤化物就是SiCl4。

此外，随着全球有机硅工业的发展，有机硅甲基单体生产的副产物甲基三氯硅烷(CH3SiCl3)的处理问题成为制约有机硅发展的一大障碍，国际上通常的做法是将副产物作为原料生产气相法白炭黑，为解决CH3SiCl3的堆积和促进有机硅甲基单体工业的良性发展提供了一条新的途径。

气相法白炭黑的制备原理是硅烷卤化物在氢氧焰生成的水中发生高温水解反应，温度一般高达1200-1600℃，然后骤冷，再经过聚集、旋风分离、空气喷射脱酸、沸腾床筛选、真空压缩包装等后处理获得成品。

反应原理如下：SiCl4+2H2+O2→(高温水解)SiO2+4HClCH3SiCl3+2H2+3O2→(高温水解)SiO2+CO2+3HCl+2H2O成品的质量(粒径、表面积、纯度等)与原料(包括氢气和氧气)的纯度、原材料的配比、进料温度、氢气和氧气的流量、合成炉和分离器的结构与精度等因素有关。

硅烷卤化物的纯度要高，不能含过多的杂质，否则不但会影响成品的色泽，还会导致其使用效果变差。

而原料中的气体也必须经过预处理，使之不含有水分，因为水分的存在会导致硅烷卤化物的水解。

白炭黑在硅橡胶领域的应用硅橡胶的结构化，是个常见的问题。

白炭黑导致硅橡胶结构化，主要是基于白炭黑与高分子量聚硅氧烷巨量的氢键作用。

硅橡胶用补强填充剂按其补强效果的不同可分为补强性填充剂，和非补强性填充剂，前者的直径为10~50nm,比表面积为70~400m2/g,补强效果较好；后者通常为300~10000nm,比表面积在30m2/g以下，补强效果较差。

硅橡胶所用的补强填充剂主要是指合成的二氧化硅，又称白炭黑。

而白炭黑分为气相白炭黑和沉淀白炭黑。

气相白炭黑气相白炭黑粒子的大小、比表面积、表面性质、结构等与原料气体的比例、燃烧速度、SiO2核在燃烧室中停留时间等因素有关。

气相白炭黑粒子越细，它的比表面积就越大，则补强效果就越好，但操作性能就越差。

反之它的粒子粗些，比表面积也小，补强效果就差，但操作性就要好一些。

气相白炭黑为硅橡胶最常用的补强剂之一，由它补强的胶料硫化后的机械强度高，电性能好。

气相白炭黑并可与其它补强剂或弱补强剂并用，以制取不同使用要求的胶料。

沉淀白炭黑与用气相白炭黑补强的硅橡胶胶料相比，用沉淀白炭黑补强的胶料机械强度稍低，介电性能，特别是受潮后的介电性能较差，但耐热老化性能较好，混炼胶的成本要低得多。

当对制品的机械强度要求不高时，可用沉淀白炭黑或使之与气相白炭黑并用。

沉淀白炭黑的性能受沉淀条件如酸度、温度等的影响。

白炭黑可以通过适宜的化合物对其进行处理而制成一种表面疏水的物质。

处理的方法主要有液相法和气相法二种。

液相法的条件易于控制，产品质量稳定，处理效果好，但工艺复杂，溶剂需要回收；气相法处理工艺简单，但产品的质量不够稳定，处理效果较差。

表面处理剂用作表面处理剂的物质原则上能与白炭黑表面的羟基发生作用的，有以下几种: 1）醇类2）氯硅烷类3）烷氧基硅烷4）六甲基二硅醚5）硅氮烷。

白炭黑对硅橡胶的补强机理被认为有以下二种。

a.橡胶被填料粒子吸附填料粒子吸附聚合物，使橡胶分子链段直接固定在填料粒子的附近或者沿着填料表面定向或被填料聚集体滞留。

气相法白炭黑用途
气相法白炭黑是一种高效、低成本的填充剂和增塑剂，具有广泛的应用领域。

以下是其主要用途：
1.橡胶工业中作为填充剂，提高橡胶制品的强度、硬度和耐磨性
2.印刷油墨中作为增稠剂和抗沉剂，使油墨具有稠度和润滑性。

3.塑料工业中作为增塑剂，提高塑料制品的柔软度和可加工性。

4.粉体涂料中作为白色或黑色颜料，增加颜色的便宜和涂层的保护能力。

5.食品和化妆品中作为悬浮剂、乳化剂和稳定剂，使产品具有更好的质感和口感。

6.医药工业中作为分散剂和吸附剂，用于制备药物和医疗材料。

总之，气相法白炭黑是一种高效、多功能的化工原料，在各个领域都有广泛的应用。

白炭黑补强原理
白炭黑是一种常用的填充剂，其具有良好的增强效果。

白炭黑的增强原理可以归纳为以下几点：
1. 填充效应：白炭黑填充在聚合物基础体系中，可以增加复合
材料的体积，从而提高其硬度、强度和刚度等力学性能。

2. 表面修饰效应：白炭黑表面通过物理吸附或化学反应等方式
与聚合物基体表面相互作用，在界面处形成一层薄膜，可以改善界面的相容性和黏着性，提高复合材料的承载能力。

3. 阻隔效应：白炭黑具有较高的比表面积和孔隙率，可以有效
地阻隔氧气和水分的渗透，从而提高聚合物基体的抗氧化和耐水性能。

4. 热稳定效应：白炭黑具有较好的热稳定性能，在高温下不易
分解，可以降低复合材料在高温条件下的脆化和老化现象。

综上所述，白炭黑的增强原理主要包括填充效应、表面修饰效应、阻隔效应和热稳定效应等多个方面，这些效应相互作用，使得白炭黑成为一种有效的增强剂。

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气相法白炭黑概述白炭黑是一种高效的填充剂和增白剂，具有广泛的应用领域，包括橡胶制品、塑料制品、油墨、涂料等。

气相法是一种常用的生产白炭黑的方法，其原理是利用气相反应生成纳米颗粒，然后通过收集和处理，得到白炭黑产品。

本文将详细介绍气相法白炭黑的制备过程、工艺条件和优势。

制备过程气相法白炭黑的制备过程主要包括前处理、反应生成和后处理三个步骤。

1.前处理：在反应之前，需要对原料进行前处理操作。

通常，将合适的有机物以液体形式注入特定型号的反应器中。

这些有机物旨在提供碳源，同时也起到载体作用，有助于颗粒的生长和稳定性。

2.反应生成：在反应器中，通过阴极电解法或热解法，将有机物转化为气体相的白炭黑前体物质。

通过适当的温度和压力控制，可以在反应器壁上形成稳定的沉积层，从而实现白炭黑颗粒的生成。

这个反应过程是一个复杂的化学反应过程，需要高温、低压和合适的反应时间。

3.后处理：在反应生成之后，需要进行一系列的后处理操作，以获得最终的白炭黑产品。

这些操作包括过滤、洗涤、干燥和分散。

过滤的目的是去除残余的有机物和未反应的物质，洗涤可以去除残留的溶解剂和杂质，干燥可以去除水分和改善颗粒的流动性，最后通过分散操作将白炭黑颗粒分散到合适的介质中。

工艺条件气相法白炭黑的制备过程中，一些关键的工艺条件需要严格控制，以获得高质量的产品。

1.温度：反应温度是控制白炭黑的形态和粒径的重要参数。

通常，较低的温度有利于生成较小的颗粒，而较高的温度则有助于生成较大的颗粒。

根据不同的应用需求，可以调整反应温度来达到特定的产品要求。

2.压力：压力是控制反应速率和颗粒形态的关键因素。

较低的压力可以促进颗粒的生长，而较高的压力则有助于颗粒的聚集。

选择合适的压力条件可以有效地控制白炭黑的形态和分布。

3.反应时间：反应时间是指反应生成的持续时间。

适当的反应时间可以让颗粒充分生长，从而得到均匀的粒径分布。

反应时间过长或过短都可能导致颗粒的不均匀性和产品质量的下降。