其中 , CH3SiCl3是直接法合成甲基氯硅烷生产过程中不可避免的副产物 , 其比例约占单体总产量的10%~15%;由于Si原子上多出一个甲基 , 用其合成白炭黑的机理要比用SiCl4复杂得多 。随着甲基氯硅烷生产能力的大幅度提高 , 副产物CH3SiCl3的积压也越来越严重 , 传统方法是用于合成硅树脂和防水涂料 , 但用量十分有限 。由于这些副产物都是低沸点、高腐蚀的物质 , 其出路已成为我国有机硅单体工业发展的瓶颈 。国际上通行的方法是将其用于制备气相法白炭黑 。如果实现了HCl的循环使用 , 还将有助于提高有机硅单体厂的氯利用率 , 对其提高综合利用水平 , 降低单体生产成本有很重要的作用 。
目前 , 世界上能够生产气相法白炭黑的国家有美国、德国、比利时、英国、日本、乌克兰和中国 , 全世界气相法白炭黑的生产能力已经超过11万t/a , 我国气相法白炭黑的生产厂家有沈阳化工股份有限公司、上海氯碱化工股份有限公司 。其中沈阳化工股份有限公司的产品规模和产量大、品种多 , 技术水平较高 , 产品质量和装置消耗定额已经达到国外同类产品水平 , 该公司近几年来通过消化吸收国外先进技术建成两套亲水性气相法白炭黑生产装置 , 生产能力为500t/a 。
气相法白炭黑的应用
◆ 在硅橡胶上的应用
气相法白炭黑在硅橡胶中的用量非常大 , 尤其是在热硫化硅橡胶中 , 其添加量可达40%~50% 。虽然沉淀法白炭黑也可作为硅橡胶的补强填料使用 , 但由于吸水性和杂质含量较高 , 导致用其填充的硅橡胶的电性能、耐热性等不如用气相法白炭黑填充的硅橡胶;因此 , 气相法白炭黑在该应用领域中占据着主导地位 。未经补强的硅橡胶 , 其强度不超过0.4MPa , 没有使用价值 , 经气相法白炭黑补强之后 , 其强度可提高40倍 。所以 , 气相法白炭黑是硅橡胶的优良补强剂 。关于气相法白炭黑的补强机理及模型非常多 。比较认可的解释是白炭黑表面的自由羟基与硅橡胶分子形成了物理或化学结合 , 在白炭黑表面形成硅橡胶分子吸附层 , 构成气相法白炭黑粒子与硅橡胶分子联成一体的三维网络结构 , 从而起到补强作用 。由于白炭黑表面的羟基与硅橡胶分子链形成氢键结合 , 在硅橡胶混炼胶的贮存过程中容易造成结构化效应 , 随着贮存时间的延长 , 混炼胶的塑性降低 , 加工性能变差 , 因此一般都需要添加适当的加工助剂(如羟基硅油等)或者选择表面经过处理的气相法白炭黑 。白炭黑经过预处理后 , 表面的羟基数减少 , 有助于白炭黑在生胶中的分散以及减少白炭黑与硅橡胶分子链间形成的氢键 , 从而防止结构化效应 。加工助剂的加入与表面处理的效果相同 。随着表面处理程度或加工助剂的增加 , 混炼胶的混炼时间缩短、可塑性增加 , 硫化胶的硬度下降 。
◆ 在橡胶中的应用
白碳黑的最重要应用是用作橡胶的补强剂 , 其用量约占总产量的80-90% 。当它用于制造透明或不透明浅色的橡胶制品时 , 可以提高制品的耐磨性、耐撕裂强度和硬度 。用作纺织、粮食加工器材的胶辊和胶带时 , 不仅可以大大提高其抗张力 , 而且能提高制品的硬度和耐磨性能 。白碳黑加到合成胶中 , 除了能提高合成胶的强度和改善性能外 , 还能使产品美观透明 。在轮胎制作中 , 白碳黑的使用量急速上升 , 特别在改善轮胎的耐磨性 , 提高轮胎的寿命等方面白碳黑表现出独特作用 。据有关专家预测 , 至2005年将有85%的轿车轮胎使用白碳黑 , 在载重轮胎配料中使用白碳黑也会大幅度增加 , 轮胎中白碳黑的年使用量可达到12-80万吨 。
与炭黑相比 , 未经处理的白碳黑添加于橡胶中可能会干扰硫磺对橡胶的硫化过程 , 同时由于橡胶与填充料之间的相互作用较弱 , 因而使胶料的耐磨性较差 。但是 , 白碳黑表面存在的活性羟基易于进行化学反应 , 因此白碳黑可以通过选定的偶联剂的作用使白碳黑进行表面改性 , 改性后的白碳黑可以消除上述两个方面的影响 。