一种物理应用性能优异的二氧化硅的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种物理应用性能优异的二氧化硅的制备方法，包括如下步骤：步骤1：加入工艺热水，再加入柠檬酸和柠檬酸钠，控制柠檬酸和柠檬酸钠的摩尔浓度均为0.1mol/L，搅拌加热至反应温度；步骤2：按照体积比水玻璃：硫酸：稀释水=15‑18:1:5‑10将水玻璃、硫酸和稀释水加入，进行反应；步骤3：停止加入水玻璃，按照体积比硫酸：稀释水：钠盐溶液=1:5‑10:50‑70继续加入硫酸和稀释水，进行反应；步骤4：停止加入钠盐溶液，按照体积比硫酸：稀释水=1:5‑10继续加入硫酸和稀释水；步骤5：检测pH到4.5‑5后，停止加入硫酸和稀释水，得到浆液；步骤6：往浆液中加入乙醇，继续反应后离心分离，洗涤干燥即可。本发明专利技术的有益效果为：该制备方法得到的二氧化硅具有优异的分散性能。

A preparation method of silica with excellent physical properties

【技术实现步骤摘要】
一种物理应用性能优异的二氧化硅的制备方法
本专利技术涉及二氧化硅，特别涉及一种物理应用性能优异的二氧化硅的制备方法。
技术介绍
白炭黑，又称水合硅酸、轻质二氧化硅，化学表达式一般写成mSiO2·nH2O，外观为白色高度分散的无定形粉末、微珠。白炭黑广泛应用于橡胶制品、轮胎、饲料添加剂、食品添加剂、油漆消光剂、造纸、硅橡胶、牙膏摩擦剂、油墨等诸多行业。白炭黑在橡胶应用中作为优良的补强剂和填充剂使用，能大幅提高胶料的物理性能，减少胶料滞后。在轮胎工业中白炭黑能降低轮胎滚动阻力，同时不损失其抗湿滑性，白炭黑填充的胶料与普通炭黑填充的胶料比较，滚动阻力可降低30％。公开号为CN107697921A的中国专利公开了一种高分散性白炭黑及其制备方法。该白炭黑的制备方法包括：(1)将水加热，加入水玻璃，再加入乙醇，混合得到反应底液，整个过程中温度不变，水玻璃浓度为0.01-1.00mol/L；乙醇的质量分数为0.1-5wt％；(2)向反应底液中同时加入酸与水玻璃，混合进行反应，得到白炭黑悬浮液；反应温度保持恒定且与反应底液的相同，保持水玻璃浓度恒定且与反应底液的浓度相同；(3)停止向白炭黑悬浮液中加入水玻璃，单独加酸，调节反应体系的pH为3.0-5.0，得到酸化的白炭黑悬浮液；(4)对酸化的白炭黑悬浮液进行固液分离取滤饼，得到白炭黑。但是，在该制备方法中，底液中加入水玻璃，则在加入酸时，底液中的硅酸钠已经处于充分分散状态。而酸一加入就会接触到底液中的硅酸钠从而发生反应。由于酸采用90wt％-99wt％的硫酸，从而导致酸与水玻璃反应较为集中，从而导致产生的二氧化硅粒子粒径分布不够均匀，从而影响最终产品白炭黑在橡胶中的分散性能，有待改进。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种物理应用性能优异的二氧化硅的制备方法。该制备方法得到的二氧化硅具有优异的分散性能。本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种物理应用性能优异的二氧化硅的制备方法，包括如下步骤：步骤1：加入工艺热水，再加入柠檬酸和柠檬酸钠，控制柠檬酸和柠檬酸钠的摩尔浓度均为0.1mol/L，搅拌加热至反应温度；步骤2：按照体积比水玻璃：硫酸：稀释水＝15-18∶1∶5-10将水玻璃、硫酸和稀释水加入，维持搅拌速率和反应温度不变，进行反应；步骤3：停止加入水玻璃，按照体积比硫酸：稀释水：钠盐溶液＝1∶5-10∶50-70继续加入硫酸和稀释水，维持搅拌速率和反应温度不变，进行反应；步骤4：停止加入钠盐溶液，按照体积比硫酸：稀释水＝1∶5-10继续加入硫酸和稀释水，维持搅拌速率和反应温度不变；步骤5：检测pH到4.5-5后，停止加入硫酸和稀释水，得到浆液；步骤6：往浆液中加入乙醇，维持搅拌速率和反应温度不变，继续反应后离心分离，洗涤干燥即可。本专利技术进一步设置为：在步骤6中，加入乙烯基三乙氧基硅烷、乙二胺四乙酸二钠、十六烷基三甲基氯化铵进行反应。本专利技术进一步设置为：在步骤6中，所述乙醇和浆液的体积比为0.5-0.8∶1，所述乙烯基三乙氧基硅烷和浆液的质量比为0.1-0.2∶1；所述乙二胺四乙酸二钠和浆液的质量比为0.001-0.002∶1；所述十六烷基三甲基氯化铵和浆液的质量比为0.0015-0.003∶1。本专利技术进一步设置为：所述步骤6的反应时间为7-9h。本专利技术进一步设置为：所述步骤1的搅拌速率为30-50rad/min，反应温度为80-95℃。本专利技术进一步设置为：所述步骤2的反应时间为1-2h。本专利技术进一步设置为：所述步骤3的钠盐为硫酸钠。本专利技术进一步设置为：所述步骤3中钠盐溶液浓度为13-17wt％。本专利技术进一步设置为：所述步骤3的反应时间为5-15min。综上所述，本专利技术具有以下有益效果：1、步骤1中只加入工艺热水而未加入水玻璃，从而当水玻璃和硫酸加入后，硅酸钠和硫酸都处于分散状态，从而使沉淀的二氧化硅原始粒子粒径分布均匀，且原始粒子在后续的增大过程中结合力较弱，从而最终粒径较小，从而更利于分散到橡胶中；2、硫酸钠的加入能够有效阻止二氧化硅紧密团聚，从而使最终产品在橡胶中具有更好的分散性；3、乙醇的加入能够与硅羟基的氢键作用及乙醇分子一定的空间位阻作用来控制二氧化硅的粒径；4、乙烯基三乙氧基硅烷能够减少产物表面羟基数，提高疏水程度，聚集程度降低，从而提高分散性能；5、乙二胺四乙酸二钠是良好的络合剂，溶于水，呈弱酸性，可将碳酸盐分解释放二氧化碳。在碱性溶液中(pH＞11)时，其结构中的四个乙酸基团全部电离成乙酸根；6、十六烷基三甲基氯化铵是性能良好的表面活性剂，能够在反应体系中形成泡沫。当低聚体多硅酸达到饱和浓度时，会有大量沉淀二氧化硅核晶的快速生成。当二氧化硅核晶的生成速率大于其生长、聚集速率时，就会导致生成的颗粒粒径变小。同时，十六烷基三甲基氯化铵作为阳离子分散剂，在碱性溶液中易吸附在带有大量负电荷的二氧化硅颗粒表面，起到表面包覆作用，将二氧化硅颗粒分散开来阻止其进一步聚集，从而使最终粒径较小；7、柠檬酸分子结构中含有多个羟基，能够与硅羟基的氢键作用，从而减少二氧化硅粒子的团聚，控制二氧化硅的粒径。同时，柠檬酸和柠檬酸钠构成缓冲体系，在硫酸加入过程中避免体系pH过快变化，从而避免二氧化硅粒子pH过快变化时团聚。具体实施方式在实施例1-5中，工艺热水的温度为80℃，水玻璃的模数为3.60，摩尔浓度为1.2mol/L，硫酸浓度为98wt％。实施例1一种物理应用性能优异的二氧化硅的制备方法，包括如下步骤：步骤1：加入工艺热水，再加入柠檬酸和柠檬酸钠，控制柠檬酸和柠檬酸钠的摩尔浓度均为0.1mol/L，控制搅拌速率为30rad/min，搅拌加热至80℃；步骤2：按照体积比水玻璃：硫酸：稀释水＝15∶1∶5将水玻璃、硫酸和稀释水加入，维持搅拌速率和反应温度不变，进行反应1h；步骤3：停止加入水玻璃，按照体积比硫酸：稀释水：硫酸钠溶液＝1∶5∶50继续加入硫酸和稀释水，维持搅拌速率和反应温度不变，进行反应5min；步骤4：停止加入钠盐溶液，按照体积比硫酸：稀释水＝1∶5继续加入硫酸和稀释水，维持搅拌速率和反应温度不变；步骤5：检测pH到4.5后，停止加入硫酸和稀释水，得到浆液；步骤6：往浆液中加入乙醇、乙烯基三乙氧基硅烷、乙二胺四乙酸二钠、十六烷基三甲基氯化铵，维持搅拌速率和反应温度不变，继续反应7h后离心分离，洗涤干燥即可。在步骤6中，所述乙醇和浆液的体积比为0.5∶1，所述乙烯基三乙氧基硅烷和浆液的质量比为0.1∶1；所述乙二胺四乙酸二钠和浆液的质量比为0.001∶1；所述十六烷基三甲基氯化铵和浆液的质量比为0.0015∶1。在步骤3中，硫酸钠溶液浓度为13wt％。实施例2一种物理应用性能优异的二氧化硅的制备方法，包括如下步骤：步骤1：加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种物理应用性能优异的二氧化硅的制备方法，其特征是：包括如下步骤：/n步骤1：加入工艺热水，再加入柠檬酸和柠檬酸钠，控制柠檬酸和柠檬酸钠的摩尔浓度均为0.1mol/L，搅拌加热至反应温度；/n步骤2：按照体积比水玻璃：硫酸：稀释水=15-18:1:5-10将水玻璃、硫酸和稀释水加入，维持搅拌速率和反应温度不变，进行反应；/n步骤3：停止加入水玻璃，按照体积比硫酸：稀释水：钠盐溶液=1:5-10:50-70继续加入硫酸和稀释水，维持搅拌速率和反应温度不变，进行反应；/n步骤4：停止加入钠盐溶液，按照体积比硫酸：稀释水=1:5-10继续加入硫酸和稀释水，维持搅拌速率和反应温度不变；/n步骤5：检测pH到4.5-5后，停止加入硫酸和稀释水，得到浆液；/n步骤6：往浆液中加入乙醇，维持搅拌速率和反应温度不变，继续反应后离心分离，洗涤干燥即可。/n

【技术特征摘要】
1.一种物理应用性能优异的二氧化硅的制备方法，其特征是：包括如下步骤：
步骤1：加入工艺热水，再加入柠檬酸和柠檬酸钠，控制柠檬酸和柠檬酸钠的摩尔浓度均为0.1mol/L，搅拌加热至反应温度；
步骤2：按照体积比水玻璃：硫酸：稀释水=15-18:1:5-10将水玻璃、硫酸和稀释水加入，维持搅拌速率和反应温度不变，进行反应；
步骤3：停止加入水玻璃，按照体积比硫酸：稀释水：钠盐溶液=1:5-10:50-70继续加入硫酸和稀释水，维持搅拌速率和反应温度不变，进行反应；
步骤4：停止加入钠盐溶液，按照体积比硫酸：稀释水=1:5-10继续加入硫酸和稀释水，维持搅拌速率和反应温度不变；
步骤5：检测pH到4.5-5后，停止加入硫酸和稀释水，得到浆液；
步骤6：往浆液中加入乙醇，维持搅拌速率和反应温度不变，继续反应后离心分离，洗涤干燥即可。


2.根据权利要求1所述的一种物理应用性能优异的二氧化硅的制备方法，其特征是：在步骤6中，加入乙烯基三乙氧基硅烷、乙二胺四乙酸二钠、十六烷基三甲基氯化铵进行反应。


3.根据权利要求2所述的一种物理应用性能优异的二氧化硅的制备方法，其特征是：在步骤6中，所述乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：万火平，张起森，
申请(专利权)人：福建省三明正元化工有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35