很多朋友們都知道白色的二氧化硅粉體有個(gè)俗名叫白炭黑，但你是否知道它這個(gè)稱呼的緣由是什么呢？

白炭黑與炭黑的關(guān)聯(lián)

在了解白炭黑“WhiteCarbonBlack”之前我們應(yīng)該了解一下與它的名稱來(lái)源密切相關(guān)的炭黑“CarbonBlack”。

人們?cè)缭?000多年前就掌握了燒煙制墨技術(shù)，但長(zhǎng)期以來(lái)炭黑的生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展緩慢，直到1872年，世界上才首次出現(xiàn)了炭黑工業(yè)的規(guī)模生產(chǎn)，同時(shí)產(chǎn)生了“CarbonBlack（炭黑）”這一術(shù)語(yǔ)，這就是近代炭黑工業(yè)的開(kāi)端。1912年英國(guó)人莫特（Mottee）發(fā)現(xiàn)了炭黑對(duì)橡膠的補(bǔ)強(qiáng)作用，特別是顯著提高輪胎耐磨性能以后，自此炭黑的需求量迅速增長(zhǎng)，并逐漸成為橡膠工業(yè)不可缺少的原材料。

炭黑作為橡膠工業(yè)的補(bǔ)強(qiáng)材料已有百來(lái)年歷史

在次世界大戰(zhàn)期間，由于生產(chǎn)炭黑的能源材料緊缺，德國(guó)開(kāi)始使用沉淀法生產(chǎn)的白色二氧化硅替代炭黑，而白色的無(wú)定型二氧化硅因物性及用途與炭黑相似而得名白炭黑（WhiteCarbonBlack）。再后來(lái)，由于汽車及其運(yùn)輸業(yè)的高速發(fā)展、炭黑生產(chǎn)用原料的漲價(jià)和節(jié)能減排的要求，又使白炭黑成為橡膠行業(yè)補(bǔ)強(qiáng)材料的佼佼者。目前，白炭黑用在彩色橡膠制品中可以完全替代炭黑進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，滿足白色或半透明產(chǎn)品的需要。

轎車“綠色輪胎”及冬季輪胎的制造是白炭黑的拿手好戲，白炭黑用于輪胎，使其獲得更低的滾動(dòng)阻力和改善輪胎的抓地力，從而提高汽車燃油效率。這些具有高燃油效能等的節(jié)能型輪也被稱作“綠色輪胎”。

如今我們所說(shuō)的白炭黑已經(jīng)不單純是一種在橡膠配方中用作炭黑的替代品，而是一種X-射線無(wú)定形的硅酸和硅酸鹽的白色超細(xì)粉體的總稱，這類粉體材料具有非常廣泛的應(yīng)用，根據(jù)制備路線不同，主要分為沉淀法白炭黑及氣相法白炭黑兩大類。下文將對(duì)其工藝及應(yīng)用做簡(jiǎn)單總結(jié)。

沉淀白炭黑

沉淀白炭黑的合成過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是將致密的晶體型石英砂轉(zhuǎn)化為疏松的無(wú)定形水合二氧化硅的過(guò)程，即SiO2→SiO2·nH2O。沉淀白炭黑的聚集體是由一次粒子間通過(guò)強(qiáng)作用力形成的硬團(tuán)聚，聚集體的尺寸大小和粒徑分布最終決定了白炭黑可能實(shí)現(xiàn)的化分散效果。

工藝過(guò)程：沉淀法又稱濕法，主要原材料為石英砂、純堿、工業(yè)鹽酸或硫酸或硝酸或二氧化碳。其路線大體上是：先采用燃油或優(yōu)質(zhì)煤在高溫下將石英砂與純堿反應(yīng)制得工業(yè)水玻璃，隨后將工業(yè)水玻璃用水配制成一定濃度的稀溶液，然后在一定條件下加入某種酸，使二氧化硅沉淀出來(lái)，再經(jīng)清洗、過(guò)濾、干燥（烘干或噴霧）、粉碎研磨、制得產(chǎn)品白炭黑。沉淀法又分酸法、溶膠法、碳化法等許多不同的具體方法。沉淀法制備白炭黑技術(shù)通過(guò)控制工藝條件如水玻璃濃度、硫酸濃度、水玻璃和硫酸的反應(yīng)比、反應(yīng)溫度和添加劑種類等，可以控制產(chǎn)品的平均粒徑和粒度分布，除了優(yōu)化沉淀工藝外，干燥及造粒的過(guò)程也會(huì)對(duì)白炭黑的分散性造成影響，因此著兩步優(yōu)化也是傳統(tǒng)沉淀工藝的改進(jìn)方向之一。此外改變添加劑種類和加入量來(lái)調(diào)節(jié)產(chǎn)品的吸油值、折光系數(shù)，可以使制得的產(chǎn)品性能指標(biāo)滿足使用要求。

目前，市場(chǎng)上的沉淀法產(chǎn)品大體可分為以下三類：代是傳統(tǒng)的或被稱為“標(biāo)準(zhǔn)”的白炭黑品種；第二代產(chǎn)品現(xiàn)在被稱為“易分散白炭黑”或“半高分散(Semi-DS）白炭黑”；第三代為“高分散（HIDS）白炭黑”，具有很高的分散性，與典型的補(bǔ)強(qiáng)填料炭黑相比，它不僅能改善輪胎的抗?jié)窕阅?，降低滾動(dòng)阻力，還能改善耐磨性能。高分散白炭黑是具有高壁壘的產(chǎn)業(yè)，更利于產(chǎn)品的差異化經(jīng)營(yíng)，核心設(shè)備都是非標(biāo)，工藝流程控制復(fù)雜，但產(chǎn)品附加值更高。

沉淀二氧化硅是橡膠、塑料、油漆、油墨、農(nóng)藥及牙膏等行業(yè)不可缺少的優(yōu)良助劑，特別是在橡膠工業(yè)，沉淀二氧化硅已成為的白色補(bǔ)強(qiáng)填料。

氣相白炭黑

該方法優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品純度極高,分散度高,粒子細(xì)而成球形,表面羥基少,因而具有優(yōu)異的補(bǔ)強(qiáng)性能。但所用原料貴,設(shè)備要求高,技術(shù)復(fù)雜,產(chǎn)量低，因此只有對(duì)白炭黑有特殊用途要求的情況下,才用該方法。采用氣相法制備的二氧化硅粉體都是納

工藝過(guò)程：氣相法是采用四氯化硅氣體在氫一氧氣流中于高溫下水解制得煙霧狀二氧化硅。將四氯化硅蒸汽、氫氣和空氣的均勻混合物通到燃燒室,于高溫（1100～1800℃）下將四氯化硅水解成二氧化硅和氯化氫氣體。然后經(jīng)凝結(jié)室,使二氧化硅在其中湍流,停留一段時(shí)間后即形成絮狀的二氧化硅。最后經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器收集,送脫酸爐,以含氨的空氣或濕熱空氣吹洗白炭黑,去除殘留的氯化氫至pH值達(dá)到需要值即為成品。

氣相法制備的二氧化硅粉體粒徑很小，具有比表面積大，表面吸附力強(qiáng)，表面能大，化學(xué)純度高、分散性能好的特點(diǎn)，在材料中表現(xiàn)出卓越的補(bǔ)強(qiáng)、增稠、觸變、絕緣、消光、防流掛等性質(zhì)，廣泛的應(yīng)用于橡膠、有機(jī)硅、塑料、涂料、油墨、膠粘劑、密封膠、醫(yī)藥、化妝品及個(gè)人護(hù)理等工業(yè)領(lǐng)域，作為補(bǔ)強(qiáng)填料和多功能添加劑,是一種在世界范圍內(nèi)真正工業(yè)化的納米材料。氣相二氧化硅根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求不同，分為親水型及疏水型兩大類。

親水性氣相二氧化硅是通過(guò)揮發(fā)性氯硅烷在氫氧焰中水解而制得的。從化學(xué)角度看,這些松散的白色粉末由高純度的無(wú)定形二氧化硅構(gòu)成，親水性二氧化硅可被水潤(rùn)濕,并能在水中分散。

疏水性氣相二氧化硅是通過(guò)親水性氣相二氧化硅與活性硅烷（例如氯硅烷或六甲基二硅胺烷)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而制得。它具有疏水性（僧水性）,而且不能在水中分散。為了解決工業(yè)中一些特殊的技術(shù)問(wèn)題,各種型號(hào)的疏水性氣相二氧化硅被研發(fā)出來(lái)。疏水性氣相二氧化硅產(chǎn)品的特點(diǎn)是：低吸濕性、很好的分散性、即使對(duì)于極性體系也有流變調(diào)節(jié)能力。