康達科技集團(Qanta Group)， 是全球領先的有機矽解決方案供應商之一,致力於提供個性化的有機矽解決方案。其擁有從金屬矽到特種有機矽材料的全方位產品供應鏈。主要業務為特用化學品技術及特殊SILICONE與複合材料相關應用製程技術材料開發、設計、銷售。目前已有20年以上曆史，與全球500強企業有合作銷售經驗，是一家集科研，開發，生產及銷售為一體的國家級高新技術企業，擁有國際化品質，技術和管理及提供一條龍Silicone 材料應用整合。公司擁有廣泛的銷售和研發網絡，可提供有利於未來可持續發展的創新技術和基於市場需求的解決方案。

一．白炭黑的製造

白炭黑的製備多采用兩種方法，即煆燒法和沉澱法。

煆燒法製備的白炭黑又稱為氣相法白炭黑（氣相二氧化矽）或幹法白炭黑，它是以多鹵化矽（SiClx）為原料在高 溫下熱分解，進行氣相反應製得。

幹法白炭黑粒徑極小，約為 15~25nm，飛揚性極大。氣相法白炭黑雜質少，補強性好，但製備 複雜且成本高，主要用於矽橡膠中，所得產品為透明、半透明狀，產品的物理機械性能和介電性能良好，耐水性優越。

沉澱法白炭黑普遍采用矽酸鹽（通常為矽酸鈉）與無機酸（通常使用硫酸）中和沉澱反應的方法來製取水合二氧化矽。            

沉澱法白炭黑粒徑較大，約為 20~40nm，純度較低，補強性比煆燒法差，膠料的介電性能特別 是受潮後的介電性能較差，但價格便宜，工藝性能好。可單用於 NR、SBR等通用橡膠中，也可與炭黑並用，以改善膠料的抗屈撓龜裂性，使裂口增長減慢。

二．白炭黑的結構

1．白炭黑的化學結構

白炭黑的 95~99%的成分是 SiO2，經 X射線衍射證實，因白炭黑的製法不同，其結構有不同差 別。氣相法白炭黑內部結構幾乎完全是排列緊密的矽酸三維網狀結構，這種結構使粒子吸濕性小，表麵吸附性強，補強作用強。而沉澱法白炭黑的結構內除了生成三維結構的矽酸外，還殘存有較多 的二維結構矽酸，致使結構疏鬆，有很多毛細管結構，很易吸濕，以致降低了它的補強活性。

2．白炭黑的結構

白炭黑的結構象炭黑，它的基本粒子呈球形。在生產過程中，這些基本粒子在高溫狀態下相互 碰撞而形成了以化學鍵相連結的鏈枝狀結構，這種結構稱之為基本聚集體。鏈枝狀結構彼此以氫鍵吸附又形成了次級聚集體結構，這種聚集體在加工混煉時易被破壞。

三．白炭黑的表麵化學性質

1．表麵基團  

相鄰羥基（在相鄰的矽原子上），它對極性物質的吸附作用十分重要；隔離羥基，主要存在於脫 除水分的白炭黑表麵上。這種羥基的含量，氣相法白炭黑比沉澱法的要多，在升高溫度時不易脫除； 雙羥基，在一個矽原子上連有兩個羥基。

白炭黑表麵的基團具有一定的反應性，表麵的反應包括：失水及水解反應、與酰氯反應、與活 潑氫反應、形成氫鍵等。

2．白炭黑表麵的吸附作用

白炭黑表麵有很強的化學吸附活性，這與表麵羥基有關。它可以和水以氫鍵形式結合，形成多分子吸附層。除此之外，它還可與許多有機小分子物質發生吸附作用。

·多官能團的胺類或醇類的吸附性高於單官能團的，所以 SiO2膠料中常用乙醇胺、乙二醇、三乙醇胺等多官能團化合物做活性劑。

3．熱行為

將白炭黑加熱就會放出水分，隨溫度升高，放出水分量增加。在150~200℃之前，放出水最多， 200℃以後趨向平緩，有明顯的轉折點。折點以前主要是吸附水脫附，折點後是表麵羥基 縮水反應。

四．白炭黑對膠料工藝性能和硫化膠性能的影響

（一）白炭黑對膠料工藝性能的影響

1．膠料的混煉與分散

白炭黑由於比表麵積很大，總趨向於二次聚集，加之在空氣中極易吸收水分，致使羥基間易產生很強的氫鍵締合，進一步提高了顆粒間的凝聚力，所以白炭黑的混煉與分散要比炭黑困難得多， 而且在多量配合時，還容易生成凝膠，使膠料硬化，混煉時生熱大。為獲得良好的分散，就要求初始混煉時，保持盡可能高的剪切力，以便使白炭黑的這些聚集體粒子盡可能被破壞，而又不致使橡膠分子鏈發生過多的機械降解。為此，白炭黑應分批少量加入，以降低生熱。適當提高混煉溫度， 有利於除掉一部分白炭黑表麵吸附水分，降低粒子間的凝聚力，有助於白炭黑在膠料中的分散。

2．白炭黑補強矽橡膠混煉膠中的結構控製

白炭黑，特別是氣相法白炭黑是矽橡膠最好的補強劑，但有一個使混煉膠硬化的問題，一般稱 為“結構化效應”。其結構化隨膠料停放時間延長而增加，甚至嚴重到無法返煉、報廢的程度。對此有兩種解釋，一種認為是矽橡膠端基與白炭黑表麵羥基縮合；另一方麵認為矽橡膠矽氧鏈節與白炭黑表麵羥基形成氫鍵。

防止結構化有兩個途徑，其一是混煉時加入某些可以與白炭黑表麵羥基發生反應的物質，如羥 基矽油、二苯基矽二醇、矽氮烷等。當使用二苯基矽二醇時，混煉後應在 160~200℃下處理 0.5~1h。這樣就可以防止白炭黑填充矽橡膠的結構化。另一途徑是預先將白炭黑表麵改性，先去掉部分表麵羥基，從根本上消除結構化。

3．膠料的門尼粘度

白炭黑生成凝膠的能力與炭黑不相上下，因此在混煉白炭黑時，膠料的門尼粘度提高，以致於惡化了加工性能，故在含白炭黑的膠料配方中軟化劑的選擇和用量很重要。在 IIR中往往加入石蠟 烴類、環烷烴類和芳香烴類，用量視白炭黑用量多少及門尼粘度大小而異，一般可達15-30%。在NR中，以植物性軟化劑如鬆香油、妥爾油等軟化效果最好，合成的軟化劑效果不大，礦物油的軟化效果最低。

4．膠料的硫化速度

白炭黑粒子表麵有大量的微孔，對硫化促進劑有較強的吸附作用，因此明顯地遲延硫化。為了 避免這種現象，一方麵可適當地提高促進劑的用量；另一方麵可采用活性劑，使活性劑優先吸附在白炭黑表麵，這樣就減少了它對促進劑的吸附。

活性劑一般是含氮或含氧的胺類、醇類、醇胺類低分子化合物。對 NR來說胺類更適合，如二 乙醇胺、三乙醇胺、丁二胺、六亞甲基四胺等。對 SBR來說，醇類更適合，如己三醇、二甘醇、丙 三醇、聚乙二醇等。活性劑用量要根據白炭黑用量、PH值和橡膠品種而定，一般用量為白炭黑的 1~3%。

（二）白炭黑對硫化膠性能的影響

白炭黑對各種橡膠都有十分顯著的補強作用，其中對矽橡膠的補強效果尤為突出。

白炭黑是一種補強效果僅次於相應爐法炭黑的白色補強劑。含一定量白炭黑的硫化膠與相應爐 法炭黑（如 HAF）補強的硫化膠相比，具有強度高、伸長率大，撕裂強度高、硬度高、絕緣性好等優點。通常將炭黑和白炭黑並用，可以獲得較好的綜合性能。

五．白炭黑的發展與應用方向

1．存在的問題

（1）加工性能； 

（2）靜電問題； 

（3）價格問題

2．白炭黑的發展與應用方向

當前，白炭黑的發展向高分散性、精細化、造粒化和表麵改性化等方麵發展。