沉澱白炭黑

沉澱白炭黑又稱水合二氧化矽、活性二氧化矽、輕質二氧化矽、沉澱二氧化矽和沉澱水合二氧化矽；簡稱白炭黑；分子式：SiO2 * nH2O，CAS編號：14464-46-1。

沉澱白炭黑是一種高科技的無機精細化工產品，主要成分SiO2。性能與炭黑相似，外觀為白色無定形微細粉末，質輕，原始粒徑0.3μm以下，相對密度2.319～2.653，熔點1750℃，吸潮後形成聚合細顆粒，有很高的絕緣性，不溶於水和酸；溶於苛性鈉和氫氟酸，高溫不分解，有吸水性，對基質和活性成分及添加劑顯示出化學惰性，對維生素、激素、氟化物、抗生素、酶製劑及化妝品中常用的許多活性成分都有良好的相容性。由於具有多孔性及大的比表面積，在生膠中有較大的分散力。填充於橡膠中顯示出高的補強性。

沉澱法白炭黑早在30年前就已經實現了商業化生產，我國是世界主要的生產國家。

1.1 沉澱白炭黑的基本概念與分類
沉澱白炭黑：又稱水合二氧化矽、活性二氧化矽、沉澱二氧化矽和沉澱水合二氧化矽。
英文名稱：Silica
CAS RN：14464-46-1
分子式: SiO2 * nH2O。
白炭黑是白色粉末狀X-射線無定形矽酸和矽酸鹽產品的總稱，主要是指沉澱二氧化矽、氣相二氧化矽、超細二氧化矽凝膠和氣凝膠，也包括粉末狀合成矽酸鋁和矽酸鈣等。白炭黑是多孔性物質，其組成可用SiO2 * nH2O表示，其中nH2O是以表面羥基的形式存在。能溶於苛性鹼和氫氟酸，不溶於水、溶劑和酸（氫氟酸除外）。耐高溫、不燃、無味、無嗅、具有很好的電絕緣性。
白炭黑按生產方法大體分為沉澱法白炭黑和氣相法白炭黑。
氣相法白炭黑常態下為白色無定形絮狀半透明固體膠狀納米粒子（粒徑小於100nm），無毒，有巨大的比表面積（100～400m2/g）(使用F-Sorb 2400比表面積儀BET法測試)。氣相法白炭黑全部是納米二氧化矽，產品純度可達99%，粒徑可達10～20 nm，但製備工藝複雜，價格昂貴。
沉澱法白炭黑又分為傳統沉澱法白炭黑和特殊沉澱法白炭黑。前者是指以硫酸、鹽酸、CO2與水玻璃為基本原料生產的白炭黑，後者是指採用超重力技術、溶膠-凝膠法、化學晶體法、二次結晶法或反相膠束微乳液法等特殊方法生產的白炭黑。
沉澱白炭黑主要用作天然橡膠和合成橡膠的補強劑、牙膏摩擦劑等。
1.2 沉澱白炭黑的主要物理化學性質
白炭黑，又名輕質二氧化矽，學名沉澱水合二氧化矽。是一種高科技的無機精細化工產品，主要成分SiO2。性能與炭黑相似，外觀為白色高度分散的無定形粉末或絮狀粉末，也有加工成顆粒狀作為商品的。質輕，原始粒徑0.3μm以下，相對密度2.319～2.653，熔點1750℃，不溶於水及絕大多數酸，有吸水性，在空氣中吸收水分後會成為聚集的細粒。能溶於苛性鈉和氫氟酸。對其它化學藥品穩定，耐高溫不分解，不燃燒。對基質和活性成分及添加劑顯示出化學惰性，對維生素、激素、氟化物、抗生素、酶製劑及化妝品中常用的許多活性成分都有良好的相容性。具有很高的電絕緣性。由於具有多孔性及大的比表面積，在生膠中有較大的分散力，填充於橡膠中顯示出高的補強性。經表面改性處理的憎水性白炭黑易溶於油內，用於橡膠和塑膠等作為補強填充劑，都會使其產品的機械強度和抗撕指標顯著提高。由於製造方法不同，白炭黑的物化性質、微觀結構均會有一定差異，故其套用領域和套用效果也不同。
表1.1 沉澱白炭黑的理化性質表
學名 沉澱水合二氧化矽
分子式 SiO2 * nH2O
主要成分 SiO2
原始粒徑 0.3μm以下
相對密度 2.319～2.653
熔點 1750℃
外觀 白色無定形粉末
溶解性 不溶於水和酸；溶於苛性鈉和氫氟酸
1.3 沉澱白炭黑主要套用領域
白炭黑為高度分散狀的無定形粉末或絮狀粉末，質輕，具有很高的電絕緣性、多孔性和吸水性。其原始顆粒粒徑小於3um，故表面積大，具有很好的補強和增粘作用以及良好的分散、懸浮和振動液化特性，已廣泛套用於塑膠、橡膠、造紙、塗料、染料和油墨等十幾個領域，尤其是在橡膠行業，白炭黑以其優越的補強性和透明性居於首位。
根據品質的不同，具有不同的套用，沉澱法白炭黑主要用於汽車橡膠輪胎，農藥飼料、塗料、牙膏等添加劑。
沉澱白炭黑廣泛用於橡膠、塑膠的填充補強劑、油墨增稠劑、油漆塗料添加劑、合成潤滑脂和矽脂稠化劑、製革業平光劑、農藥分散劑、造紙填充劑、合成樹脂（聚脂樹脂、彈性聚氨脂）的添加劑、電子電氣業絕緣絕熱填料及日用化工原料等行業。同時用作聚丙烯、無毒聚氯乙烯塑膠薄膜的開口劑和食品、農藥醫藥的防結塊劑和載體。
在樹脂基複合材料中，白炭黑顆粒可以充分、均勻地分散到樹脂材料中，使環氧樹脂材料強度、韌性、延展性均大幅度提高，提高耐磨性和改善材料表面的光潔度，改善抗老化性能。從而達到全面改善樹脂基材料性能的目的。
在塑膠工業中，利用白炭黑透光、粒度小，可以使塑膠變得更加緻密。不但提高其透明度、強度、韌性，而且防水性能、抗老化性能和硬度、光潔度也明顯提高。例如: 利用納米白炭黑對普通塑膠聚丙烯進行改性，現主要技術指標(吸水率、絕緣電阻、壓縮殘餘變形、撓曲強度等)均達到或超過工程塑膠尼龍6的性能指標，實現了聚丙烯鐵道配件替代尼龍6使用，產品成本大幅下降，其經濟效益和社會效益十分顯著。
在橡膠工業中，通常需在膠料中加入炭黑來提高強度、耐磨性和抗老化性，但由於炭黑的加入使得製品均為黑色。如在普通橡膠中添加少量納米白炭黑後，產品的強度、耐磨性和抗老化性等性能均達到或超過高檔橡膠製品，而且可以保持顏色長久不變。輪胎通常也是黑的，但運用納米材料生產的輪胎不僅色彩鮮艷，性能上也大大提高，輪胎側面膠的抗折性能由10萬次提高到50萬次。
在彩電等家電中，因材料中需加入炭黑進行靜電禁止，故家電一般都是黑色，被稱為黑色家電。而利用納米白炭黑，可以研製出靜電禁止的塗料，進一步可以控制塗料顏色，黑色家電將變成彩色家電。
在塗料工業中，納米白炭黑改性塗料一改以往產品的不足，大大提高了諸如懸浮穩定性差、觸變性差、耐候性差、耐洗刷性差等。
在顏料和染料工業中，可以克服有機顏(染)料雖具有鮮艷的色彩和很強的著色力，但一般耐光、耐熱、耐溶劑和耐遷移性能不佳的缺點。通過添加納米白炭黑對有機顏(染)料進行表面改性處理，不但使顏(染)料抗老化性能大幅提高，而且亮度、色調和飽和度等指標也均出現一定程度的提高，極大地拓寬了有機顏(染)料的檔次和套用範圍。
白炭黑反射紫外線的能力強、穩定性好，被紫外線照射後不分解、不變色，也不會與配方中的其它組分起反應。因此可以在高級化妝品、防紫外線新型有機玻璃等中得到套用。