傳統(tǒng)沉淀法通常是指以硫酸、鹽酸、CO2與水玻璃為基本原料生產(chǎn)白炭黑的生產(chǎn)工藝。
在傳統(tǒng)沉淀法生產(chǎn)白炭黑的過(guò)程中,可以分成以下幾個(gè)過(guò)程:
第一,在沉淀反應(yīng)時(shí)水玻璃與酸反應(yīng),最初生成硅酸,然后自聚成硅酸微粒子。這個(gè)過(guò)程形成的粒子我們稱之為原始粒子,或一次粒子,也就是透射電鏡可以看到的SiO2粒子,此時(shí)它的確是納米態(tài)粒子;一次粒子大小與合成工藝路線及反應(yīng)條件有關(guān),實(shí)質(zhì)是硅酸聚合度不同。一般沉淀法白炭黑產(chǎn)品一次粒子粒徑均在15~50 nm范圍內(nèi),但在膠料中表現(xiàn)出高透明性的白炭黑產(chǎn)品,一次粒子在20 nm以下。
第二,這些聚硅酸微粒漸漸長(zhǎng)大形成鏈狀水合硅酸聚集體,可以把這些聚集體稱為二次粒子;其大小與合成工藝路線及反應(yīng)條件和攪拌狀態(tài)有關(guān)。
第三,在過(guò)濾、洗滌后,濾餅打漿,送入干燥設(shè)備中脫水,水合硅酸聚集體變成SiO2顆粒產(chǎn)品,稱之為三次粒子;為干燥脫水時(shí)產(chǎn)生的團(tuán)聚顆粒。其大小不僅與合成工藝有關(guān),在工藝一定的情況下,基本由干燥設(shè)備選型決定。
第四,如果將沉淀法白炭黑產(chǎn)品再次粉碎,所得到的白炭黑產(chǎn)品應(yīng)稱之為四次粒子了。四次粒子大小主要與粉碎設(shè)備選型有關(guān),機(jī)械粉碎可以使粒子在45 μm左右,而氣流粉碎則可得到微米級(jí)粒子,習(xí)慣上稱之為超細(xì)SiO2。
由于傳統(tǒng)沉淀法生產(chǎn)過(guò)程中存在二次粒子形成及干燥脫水的團(tuán)聚問題(生成三次粒子),因此不可能得到納米態(tài)SiO2微粒的。即使采用先進(jìn)的超細(xì)粉碎手段,也只能得到微米級(jí)的SiO2粉體。
如果僅根據(jù)白炭黑生產(chǎn)過(guò)程中透射電鏡照片顯示其粒徑為15~20 nm,即將其視為納米材料,顯然是錯(cuò)誤的。原因是:
1、傳統(tǒng)沉淀法生產(chǎn)白炭黑在使用透射電鏡測(cè)定其粒徑時(shí),首先要對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理,一般是在分散液內(nèi)采用超聲波技術(shù)使之分散。因此,測(cè)得的粒徑是強(qiáng)制分散后的粒徑,通常稱之為原始粒子,而不代表成品粒徑。
2、傳統(tǒng)沉淀法白炭黑在橡膠中經(jīng)混煉后,并不能使沉淀法白炭黑分散成100 nm以下的粒子。據(jù)國(guó)外研究表明,在膠料中分散后的白炭黑粒子,也就是真正與膠料交聯(lián)起補(bǔ)強(qiáng)作用的粒子粒徑在250~500 nm的范圍內(nèi)。
3、傳統(tǒng)沉淀法白炭黑的原始粒子雖為15~20 nm,但在表面羥基作用下已形成聚集體顆粒,因而無(wú)法表現(xiàn)出納米材料應(yīng)有的特性。
來(lái)源:試劑儀器網(wǎng)