白炭黑的制备及改性摘要：白炭黑即水合二氧化硅，可以作为填料剂应用于PVC的生产中，增加PVC 的补强性能，同时能改善加工性能，提高耐磨性。
但因为白炭黑表面大量羟基作用，使其表现出有较强的亲水性，不利于在有机物中的分散结合。
本论文利用常见表面改性剂通过湿法改性对白炭黑表面改性,使白炭黑可以更好的分散于PVC 中，通过测定改性前后吸油值变化确定改性效果。
本文用棕榈酸；硅烷偶联剂；羧甲基纤维素；聚乙二醇2000（氨水催化剂）；聚乙二醇2000（对甲基苯磺酸催化剂）；十二醇（对甲基苯磺酸催化剂，无水乙醇辅助溶剂）；十二醇（对甲基苯磺酸催化剂，二甲苯辅助溶剂）；冰醋酸（浓硫酸做催化剂）；丙三醇（对苯甲磺酸做催化剂）等方法所做的实验探究。
然而只有硅烷偶联剂，十二醇（对甲基苯磺酸催化剂，二甲苯辅助溶剂）等改性剂，发现其改性后的白炭黑吸油值有明显提高，说明提高了白炭黑的亲油性。
实现更好的在PVC中充当补强剂。
关键词：白炭黑，表面改性，改性，制备，表面活性剂。
正文：白碳黑的化学名称为水合无定形二氧化硅或胶体二氧化硅(Si02-nH2O)，是一种白色、无毒，无定形微细粉状物。
其Si02含量较大(>90％)，原始粒径一般为10～40nm，因表面含有较多羟基，易吸水而成为聚集的细粒。
白炭黑的相对密度为2．3l9～2．653t／m3，熔点为1 750℃。
不溶于水和酸，溶于强碱和氢氟酸。
具有多孔性、内表面积大、高分散性、质轻、化学稳定性好、耐高温、不燃烧、电绝缘性好等优异性能。
主要用作橡胶、塑料、合成树脂以及油漆等产品的填充剂，也可用作润滑剂和绝缘材料。
目前全世界70％的白炭黑用于橡胶工业，是优良的橡胶补强剂，能改善胶接性和抗撕裂性，其性能优于普通炭黑。
在造纸工业中，它能提高纸张白度、强度和不透明性。
在农药工业中可作为防结块剂、分散剂。
我国的气相法白炭黑市场需求量持续保持高速增长, 气相法白炭黑的净进口量增长率连续5年超过20%, 我国目前气相法白炭黑的年需求量已超过16000t, 国外气相法白炭黑公司纷纷增加投资, 强化其中国业务。
我国气相法白炭黑生产企业将迎头赶上, 提高产品档次, 努力开发高质量的气相法白炭黑以满足各行业的需要。
受国际金融危机的影响, 我国白炭黑行业增长速度将有所放缓, 气相法白炭黑的增长速度仍将超过沉淀法白炭黑的增长速度。
当前, 我国可再生能源越来越受到重视和政策扶持, 利用多晶硅工业副产物四氯化硅作为原料生产气相法白炭黑这个新的课题, 必将得到较快的发展。
然而，多数无机纳米填充材料与聚合物基体的相容性较差，因此需通过表面改性改善它们的相容性。
表面进行改性处理，通过改性处理，可减少或消除羟基带来的不利影响。
白炭黑表面改性分为无机物改性和有机物改性。
有机物改性是白炭黑改性的主要方法，该方法的技术关键在于有机基团取代白炭黑的表面羟基。
表面改性工艺有干法改性和湿法改性两种工艺，白炭黑应用企业一般采用湿法改性，而白炭黑生产企业则采取在线干法改性。
通常大部分能够与白炭黑的表面羟基发生化学反应的易挥发物质均可作为改性剂。
目前常用的白炭黑表面改性剂主要有有机卤化硅烷、硅烷偶联剂、硅氮烷、硅氧烷类有机硅化合物、醇类及有机聚合物等，如硫基硅烷偶联剂Si69、KH550。
白炭黑在硅烷偶联剂改性后胶料中键合橡胶的数量减少，但提高了白炭黑和橡胶基体的相容性，降低了填料网络间的相互作用，使胶料的粘度降低，加工性能在一定程度上得到改善，综合力学性能都有不同程度的提高。
由于白炭黑内部的聚硅氧和外表面存在的活性硅醇基及其吸附水，使其呈亲水性，在有机相中难以湿润和分散，而且，由于其表面存在羟基，表面能较大，聚集体总倾向于凝聚，因而产品的应用性能受到影响。
所以本实验从改变白炭黑亲水性入手，利用表面活性剂对白炭黑进行表面改性。
白炭黑的表面改性是利用一定的化学物质通过一定的工艺方法使白炭黑的表面羟基与化学物质发生反应，消除或减少其表面活性硅醇基的量，以达到改变表面性质的目的。
表面改性剂亲水集团与白炭黑表面羟基连接，使表面活性剂亲油集团暴露在外。
利用湿法改性让表面活性剂与白炭黑反应，得到所需改性白炭黑。
表面活性剂，是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。
表面活性剂的分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为憎水基团；亲水基团常为极性的基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，也可是羟基、酰胺基、醚键等；而憎水基团常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链。
人们一般都认为按照它的化学结构来分比较合适。
表面活性剂的分类方法很多，根据疏水基结构进行分类，分直链、支链、芳香链、含氟长链等；根据亲水基进行分类，分为羧酸盐、硫酸盐、季铵盐、PEO 衍生物、内酯等；有些研究者根据其分子构成的离子性分成离子型、非离子型等，还有根据其水溶性、化学结构特征、原料来源等各种分类方法。
但是众多分类方法都有其局限性，很难将表面活性剂合适定位，并在概念内涵上不发生重叠。
人们一般都认为按照它的化学结构来分比较合适。
即当表面活性剂溶解于水后，根据是否生成离子及其电性，分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂。
按极性基团的解离性质分类a、阴离子表面活性剂：硬脂酸，十二烷基苯磺酸钠b、阳离子表面活性剂：季铵化物c、两性离子表面活性剂：卵磷脂，氨基酸型，甜菜碱型d、非离子表面活性剂：脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦，聚山梨酯国外气相法白炭黑的主要集中于美国、西欧和日本，因文献资料有限，消费量统计也局限于这些国家和地区。
其实许多东南亚国家和地区对气相法白炭黑的需求量和消费量都较大，因此国外消费量统计数据难免偏低。
在未来几年有机硅工业仍然是气相法白炭黑的主要消费领域，随着有机硅工业的不断发展，国外气相法白炭黑消费量将不断增长。
目前所使用的表面活性剂虽然具有很好的改性效果，并且也提高了白炭黑各方面的性能，但是其来源少，价格昂贵。
用常见表面活性剂改性，大大降低了白炭黑改性的制造成本，并且为环境保护做了很大的贡献。
本人利用假期时间分别用硬脂酸改性白炭黑；棕榈酸；硅烷偶联剂；羧甲基纤维素；聚乙二醇2000（氨水催化剂）；聚乙二醇2000（对甲基苯磺酸催化剂）；十二醇（对甲基苯磺酸催化剂，无水乙醇辅助溶剂）；十二醇（对甲基苯磺酸催化剂，二甲苯辅助溶剂）；冰醋酸（浓硫酸做催化剂）；丙三醇（对苯甲磺酸做催化剂）等方法所做的实验探究。
然而只有硅烷偶联剂，十二醇（对甲基苯磺酸催化剂，二甲苯辅助溶剂）做成功，但改性效果不是很好。
下面是具体的研究方法：一：硅烷偶联剂改性白炭黑试剂：待改性白炭黑（SiO2含量32.87%，水含量67.13%）5g；无水乙醇37.5ml；硅烷偶联剂0.33g方法：（1）用量筒量取37.5ml无水乙醇置于圆底烧瓶（2）将称量好的带改性的白炭黑放入无水乙醇中，超声将白炭黑超声开（3）水浴加热70℃，缓慢滴加量取好的硅烷偶联剂，搅拌（转速1400r/min）反应1.5h（4）应反好的溶液倒入蒸发皿中放入之前设定好的烘箱中（80℃）烘干（5）将烘干的产品研磨成粉末（6）测定产品的亲油化度：用量筒量取50ml的蒸馏水置于烧杯中，称取一定量的产品加入在装有蒸馏水的烧杯中，搅拌，然后用无水乙醇浸润直至样品完全浸润记录无水乙醇的用量v=3.5ml。
（7）计算亲油化度：亲油化度=v/v+50 =6.5%结论硅烷偶联剂可以改性白炭黑，改性后的产品的亲油化度为6.5%，改性效果不是很好。
二：十二醇（对甲基苯磺酸催化剂，二甲苯辅助溶剂）改性白炭黑1、试剂：干燥的带改性的白炭黑10g，十二醇30ml，二甲苯20ml，对甲基苯磺酸1.0g2、方法：（1）量取十二醇30ml置于圆底烧瓶中（2）将称好的带改性的白炭黑和对甲基苯磺酸倒入圆底烧瓶中，再加20ml的二甲苯作为辅助溶剂（3）水浴加热70℃，搅拌（转速400r/min）反应70min（4）反应完毕后离心，用无水乙醇洗2次（5）将洗涤好的产品倒入蒸发皿中放入之前设定好的烘箱中（105℃）烘干，将烘干的产品品研磨成粉末（6）测定产品的亲油化度：用量筒量取50ml的蒸馏水置于烧杯中，称取一定量的产品加入在装有蒸馏水的烧杯中，搅拌，然后用无水乙醇浸润直至样品完全浸润记录无水乙醇的用量v。
（7）计算亲油化度：v=5.5 亲油化度=v/v+50=9.9%3、结论十二醇用对甲苯磺酸作催化剂，二甲苯做辅助溶剂可以改性白炭黑，改性后产品的亲油化度是9.9%。
使用硅烷偶联剂改性效果不是很好，而且硅烷偶联剂价格比较高，成本大，所以不可以用在大规模的工业生产中，而十二醇和二甲苯的用量较大，同样也不可以用作大规模的工业生产，因此还需要进一步进行探索研究，寻找更好的，更有利于工业生产的方法。
随着中国有机硅单体规模的不断扩大，单体产量将逐年增加，为解决富余单体的综合利用及国内市场对气相法白炭黑的需求问题，配套建设气相法白炭黑装置将势在必行。
建议国内在引进、吸收国外先进生产技术的同时，投人一定的科研力度，开发化学改性白炭黑，为中国气相法白炭黑的发展，作好技术储备。
[7]国家应加强政策引导和加大财政支持力度，科技人员应加强对白炭黑生产新工艺的研究开发或旧工艺的改进，不断推出更先进、更环保的无凝胶高分散性白炭黑生产工艺。
进一步研究开发出性能更优秀、成本更低的表面改性剂及相关加工助剂，研究开发表面改性工艺技术和疏水型产品，提高产品的附加值和国际竞争力。
加大对清洁化生产技术的研究开发，发展节能环保型生产工艺和充分利用副产物生产白炭黑的工艺技术，加快气相法白炭黑工艺技术的研究。
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