[发明专利]一种沉淀二氧化硅、制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种用作橡胶轮胎补强剂的高比表面积沉淀二氧化硅的新方法。它还涉及呈球状的微珠二氧化硅和颗粒状的造粒二氧化硅。 

背景技术

沉淀二氧化硅在橡胶轮胎中的作用为补强剂，特别是绿色轮胎和载重胎，为了降低轮胎的滚动阻力，降低生热，提高耐磨性，沉淀法二氧化硅是必不可少，随着欧盟标签法的实施和环境的日益严峻，沉淀法二氧化硅在橡胶轮胎中的使用量越来越大。 

与其他任何补强材料一样，一方面它要易于加工，另一方面它要易于和橡胶混合。 

为了达到通过添加二氧化硅获得最佳补强效果的目的，二氧化硅在橡胶中的应尽可能的微细且尽可能的均匀分布。为了满足这个要求，必须提高二氧化硅与橡胶的结合能力且分散和解聚成很细的粉末，而且还能够完全且均一的分散在橡胶中。 

不幸的是，具有相对较高比表面积的二氧化硅，它在橡胶中的耐磨性很好，但加工性能差和分散性不好。 

CN 1100001C公开了一种沉淀二氧化硅的制备方法，其中包括使硅酸盐与酸化剂反应，由此获得沉淀二氧化硅的悬浮液，之后分离并干燥该悬浮液，按照以下方式进行沉淀：(i)配制初始储备溶液，其中含有在所述反应中使用的硅酸盐总量的至少一部分和至少一种电解质，在所述初始储备溶液中硅酸盐的浓度以SiO₂表示为50至60g/l。(ii)向所述储备溶液中添加酸化剂直到反应介质的 pH达到7至8.5为止，(iii)向反应介质中添加酸化剂，必要时同时添加其余量的硅酸盐，所述分离过程包括使用装有加压装置的过滤器进行的过滤和洗涤操作，-通过喷雾来干燥其中固体含量低于17wt％的悬浮液。但是，该方法采用的是稀酸法，稀酸法的不足有：(1)产能低，约低20％，单耗高；(2)稀酸对设备和管道的腐蚀性大，设备维修费用高；(3)采用SiO₂控制，在实际操作中分析耗时，而且控制不稳定；(4)浆化固含量低，干燥的能耗高，产品颗粒强度不足。 

发明内容

针对已有技术的问题，本发明提供了一种制备高比表面积沉淀二氧化硅的新方法，采用该方法得到的沉淀二氧化硅具有高的比较表面，而且具有优异的加工性能、分散性能以及优异的补强性能。 

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案： 

一种制备沉淀二氧化硅的方法，所述方法包括使水玻璃与浓硫酸发生沉淀反应，从而获得沉淀二氧化硅的悬浮液，之后经过压滤及洗涤、浆化过程并干燥该悬浮液，其中，按如下方法进行沉淀反应： 

(1)配制沉淀反应初始底料，其中含有在所述沉淀反应中使用的水玻璃总量的一部分，在所述的初始底料中，水玻璃浓度以Na₂O表示为0.05～0.15N，pH为6.0～12.0； 

(2)向所述初始底料中同时滴加浓硫酸和余量水玻璃，使水玻璃与浓硫酸发生沉淀反应； 

(3)同时滴加余量水玻璃和浓硫酸结束后，向反应介质中单独滴加浓硫酸； 

所述压滤及洗涤过程包括采用隔膜式压滤机对沉淀反应生产的二氧化硅悬 浮液进行的过滤和洗涤操作，形成滤饼； 

所述浆化过程包括采用多级搅拌器和湿磨机对压滤产生的滤饼进行液化，形成二氧化硅悬浮液，该悬浮液的固含量为20wt％以上(固含量高的优势：(1)可以降低干燥过程中的能耗，达到节能的目的，每提高1％的固含量，可节约能耗5％左右。(2)可确保微珠颗粒的强度和均一性，并保证在使用过程中不破碎，流动性能好。(3)在橡胶的混炼过程中环保，并且在投料时能精确计量)。 

沉淀反应过程中添加电解质的目的是为了提高白炭黑的孔体积(孔隙率)，特别适用于BET大于250m²/g以上的白炭黑。而本发明不采用电解质也可达到相同的孔体积，适用于BET为185-235m²/g的白炭黑。 

在本发明中，获得二氧化硅良好性能的重要条件包括：初始底料的水玻璃浓度、pH值、同时滴加余量水玻璃和浓硫酸、采用隔膜式压滤机进行过滤和洗涤。由于该结构的压滤机具有水压榨功能，可确保所得到的滤饼固含量为24.0wt％以上。 

在本发明中，步骤(1)首先配制沉淀反应初始底料，使其含有沉淀反应所需要的水玻璃总量的一部分，然后再向其中同时滴加浓硫酸和余量水玻璃。 

本发明中，水玻璃分两次滴加，第一次是配制反应初始底料，只单独滴加水玻璃(不滴加酸)，目的是为第二步滴加提供一个稳定的反应条件，确保在第二次同时滴加浓硫酸和余量水玻璃时Na₂O的稳定控制。