白炭黑：多功能材料的新進(jìn)展與廣泛應(yīng)用，佳美機(jī)械梅工18540392279
梅明鴻雁
在材料科學(xué)的廣闊領(lǐng)域中，白炭黑正逐漸嶄露頭角，成為一種備受矚目的多功能材料。近期，白炭黑在多個(gè)領(lǐng)域取得了令人矚目的進(jìn)展，從生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新到應(yīng)用場景的拓展，都為材料科學(xué)的發(fā)展注入了新的活力。
生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新突破
傳統(tǒng)的白炭黑生產(chǎn)工藝往往存在能耗高、環(huán)境污染等問題。然而，近期的研究成果為這些難題提供了解決方案。中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院應(yīng)用自主研發(fā)的原位綠色改性技術(shù)，以稻殼和二氧化碳（CO?）為原料生產(chǎn)改性生物基白炭黑。稻殼中含有 17% - 20% 的二氧化硅，燃燒后產(chǎn)生的稻殼灰中二氧化硅含量可達(dá) 90% - 95.5%，是生產(chǎn)白炭黑極為理想的原料。先將稻殼低溫燃燒得到稻殼灰，再用堿液溶解稻殼灰中的硅成分制成水玻璃溶液，最后以 CO?作為沉淀反應(yīng)劑，通過二氧化碳酸化法使溶液中的硅沉淀出來，經(jīng)過過濾、干燥等工藝得到生物基白炭黑。
這種創(chuàng)新工藝具有諸多優(yōu)勢。稻殼作為農(nóng)業(yè)廢棄物，來源廣泛且價(jià)格低廉，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用，減少了環(huán)境污染。用 CO?代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硫酸等沉淀反應(yīng)劑，不僅降低了生產(chǎn)成本，還減少了化學(xué)品的使用和排放，更加環(huán)保。據(jù)測算，客戶每使用 1 噸生物基二氧化硅可實(shí)現(xiàn)減碳量 0.5 噸，為碳減排做出了積極貢獻(xiàn)。
性能提升帶來的應(yīng)用拓展
隨著生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，白炭黑的性能也得到了顯著提升，這為其在更多領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
橡膠工業(yè)：提升輪胎性能
在橡膠工業(yè)中，白炭黑的應(yīng)用尤為重要。以石化院的改性生物基白炭黑為例，將其應(yīng)用于溶聚丁苯橡膠材料，通過多輪迭代評價(jià)與工藝優(yōu)化，最終確定了白炭黑改性工藝方案。測試數(shù)據(jù)顯示，添加改性生物基白炭黑的輪胎，不僅具有與傳統(tǒng)白炭黑輪胎相當(dāng)?shù)奈锢頇C(jī)械性能，而且關(guān)鍵核心指標(biāo)更優(yōu)。滾動(dòng)阻力降低 3.7%，這意味著車輛在行駛過程中能耗更低，更加節(jié)能環(huán)保；疲勞溫升降低 15%，可有效延長輪胎的使用壽命；耐久性提升 4.5%，增強(qiáng)了輪胎在復(fù)雜路況下的可靠性。
傳統(tǒng)橡膠制品在高溫下易發(fā)生老化變硬，且容易吸濕變軟，降低了使用壽命和質(zhì)量穩(wěn)定性。而一些新型白炭黑，如 n200 白炭黑，其納米級顆粒結(jié)構(gòu)使其在橡膠中具有更高的增白效果和增強(qiáng)作用。n200 白炭黑的顆粒直徑僅為傳統(tǒng)產(chǎn)品的一半，獨(dú)特制備工藝使其具有更高的比表面積、更好的分散性以及更高的吸附能力。它可以在橡膠中形成高負(fù)荷和耐高溫的聚合物體系，有效提高了橡膠制品在高溫環(huán)境下的耐老化性能，可用于生產(chǎn)高強(qiáng)度、耐磨性強(qiáng)的輪胎和橡膠密封件。
涂料領(lǐng)域：改善涂料性能
在涂料行業(yè)，白炭黑也發(fā)揮著重要作用。n200 白炭黑的應(yīng)用為涂料產(chǎn)品帶來了出色的增白和增強(qiáng)效果。由于其高比表面積和優(yōu)異的吸附能力，n200 白炭黑可以更好地隔離光線，提高涂層的遮蓋力和附著力。它還可以有效調(diào)節(jié)涂料的流變性能和消泡性能，提升涂料的加工韌性和耐候性。在有機(jī)溶劑型涂料中，n200 白炭黑可以替代傳統(tǒng)填料和顏料，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的競爭力。
白炭黑表面在涂料領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛而多樣。它能夠增強(qiáng)涂料的附著力和耐久性，提高涂層的光學(xué)性能和耐候性。在墻面涂料中，白炭黑表面能有效地控制涂料的透明度，提高涂層的遮蓋性，并提供優(yōu)異的耐污染性。在汽車涂料中，白炭黑表面能夠改善涂層表面的光澤度，增加涂層的硬度和耐擦洗性。白炭黑表面還可以用于彩色涂料，通過改變顏料粒子的形態(tài)和分布，實(shí)現(xiàn)不同顏色的涂層。
其他領(lǐng)域的潛在應(yīng)用
除了橡膠和涂料工業(yè)，白炭黑在其他領(lǐng)域也展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。
在電子領(lǐng)域，DM10 白炭黑具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能和抗靜電性能，可以用于聚合物材料的增電屬性調(diào)整。在導(dǎo)電薄膜和透明導(dǎo)電層的制備過程中，DM10 白炭黑的添加可以提高材料的導(dǎo)電性和透明度，使得材料在觸摸屏、顯示器、電池和充電設(shè)備等領(lǐng)域具備更廣泛的應(yīng)用前景。
在化妝品領(lǐng)域，DM10 白炭黑因其細(xì)小的粒徑和高比表面積具有出色的吸附能力，可以有效地吸附油脂和雜質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于面膜、潔面乳和控油產(chǎn)品中，幫助皮膚吸附和分解多余的油脂，維持肌膚的清潔與平衡。
白炭黑 AE - 200 在食品加工中也扮演著重要角色。由于其具有較高的白度和透明度，可以用作面包、蛋糕、糖果等食品中的白色染料，且更加健康無害，無致癌物質(zhì)，可確保食品的安全性。AE - 200 還可以用作食品的增稠劑和流動(dòng)性調(diào)節(jié)劑，提升產(chǎn)品的質(zhì)感和口感。在醫(yī)藥領(lǐng)域，它可以作為藥品的填充劑，為藥品增加穩(wěn)定性和流動(dòng)性；在環(huán)保領(lǐng)域，可用作水處理劑，去除廢水中的有機(jī)物質(zhì)和重金屬離子；在紡織工業(yè)中，可作為涂層劑和防曬劑，提高紡織品的防水性和耐紫外線性能。
未來展望
隨著科技的不斷進(jìn)步，白炭黑的研究和應(yīng)用將迎來更廣闊的發(fā)展空間。一方面，生產(chǎn)工藝將持續(xù)優(yōu)化，朝著更加綠色、高效的方向發(fā)展，進(jìn)一步降低成本，減少對環(huán)境的影響。另一方面，隨著對白炭黑性能研究的深入，其在新興領(lǐng)域的應(yīng)用將不斷拓展，如在新能源領(lǐng)域用于提高太陽能電池和鋰離子電池的性能，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域用于藥物載體和生物傳感器等。
然而，在白炭黑的發(fā)展過程中，也面臨一些挑戰(zhàn)。例如，如何進(jìn)一步提高白炭黑在不同基體中的分散性，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢；如何加強(qiáng)對其生產(chǎn)過程中的環(huán)保問題的關(guān)注，確保其應(yīng)用的可持續(xù)性等。相信通過科研人員的不斷努力，這些問題將逐步得到解決，白炭黑將在材料科學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用，為各行業(yè)的發(fā)展帶來更多的創(chuàng)新和突破。
