БЕЛАЯ САЖА: свойства и технические характеристики
Белая сажа представляет собой диоксид кремния, который получается осаждением из раствора силиката натрия (жидкого стекла) кислотой, чаще всего серной, с последующей фильтрацией, промывкой и сушкой. Химическая формула – m SiO2 · n Н2О.
Белая сажа является основой для получения большого количества наполнителей для полимерных композиционных материалов, которые являются продуктами модификации белой сажи органическими модификаторами, чаще всего полимерным воском.
В зависимости от назначения и показателей качества, согласно ГОСТу 18307-78, белая сажа должна выпускаться четырех марок: БС-30, БС-50, БС-100 и БС-120.
Средний размер частиц белой сажи:
• для марки БС-30 составляет 60-108 нм;
• для марки БС-50 составляет 50-77 нм;
• для марки БС-100 составляет 23-34 нм;
• для марки БС-120 составляет 19-27 нм.
В зависимости от способа получения и обработки продукт содержит больше или меньше связанной воды, причем изменяется и форма связи воды с SiO2 — от прочной химической и координационной до слабой адсорбционной. Белую сажу получают двумя основными методами: жидкофазным и газофазным.
Жидкофазный метод заключается в осаждении аморфной кремнекислоты из растворов силиката натрия кислыми реагентами (соляной кислотой, углекислотой и др.) при 70—90° С обычно в присутствии солей1 металлов II или III группы. Полученный продукт фильтруют, промывают и сушат. В зависимости от условий осаждения и природы коагулянтов белая сажа получается кислой, нейтральной или щелочной. Сухой продукт подвергают размолу.
Степень дисперсности и пористости частиц белой сажи зависит от природы агента разложения (вещества, разлагающего силикат) и коагулянта, условий осаждения, фильтрации и сушки. При двух последних операциях возможно агрегирование частиц вследствие дальнейшей конденсации поликремниевых кислот. Поэтому условия фильтрации и сушки тщательно регламентируются.
Газофазный метод получения белой сажи (типа аэросил) заключается в гидролизе четыреххлористого или четырехфтористого кремния водяным паром (точнее гремучей смесью) при 1000—1100° С.
Получается малогидратированный и очень чистый продукт высокой дисперсности и незначительной пористости. Однако этот способ отличается большими затратами энергии, высокой стоимостью сырья и образованием большого количества побочного продукта (НС1), который необходимо рационально использовать.
Разновидностью метода является гидролиз четыреххлористого кремния парами воды при невысоких температурах - аэрогельный способ. Помимо получения белой сажи жидкофазным и газофазным методами разработан метод получения так называемых силикатных и силикатномасляных каучуков путем холодного осаждения двуокиси кремния при коагуляции каучука.
Основными недостатками белой сажи, ограничивающими ее применение в резиновой промышленности, является большая, чем у углеродной сажи, плотность и худшая смачиваемость каучуками. Для улучшения смачиваемости углеводородами (каучуками) сажу подвергают карбофилизации (гидрофобизации) - обработке поверхностно-активными веществами, которые адсорбируются полярными группами на поверхности кремнезема.
В качестве поверхностно-активных веществ используются спирты, алифатические или циклоалифатические амины, содержащие более шести атомов углерода, кремнийорганические соединения например силиконовое масло.
Применение белой сажи
В резинах на основе силоксановых каучуков белая сажа улучшает механические характеристики, повышает теплостойкость и огнестойкость. В резинах на основе хлоропреновых, бутадиен-нитрильных и фторкаучуков белая сажа по усиливающим свойствам равноценна углеродной, превосходит ее по влиянию на маслостойкость и теплостойкость и придает высокое сопротивление скольжению.
Белую сажу вводят вместе с углеродной в протекторные резины шин, работающих в тяжелых условиях. Введение небольших количеств белой сажи уменьшает общую износостойкость протектора, увеличивает сопротивление элементов его рисунка скалыванию. Белые сажи рекомендуются также как добавки в каркасные резины для повышения прочности связи этих резин с кордом.
По физико-химическим показателям белая сажа должна соответствовать нормам, указанным в таблице.
Физико-химические показатели белой сажи
Внешний вид | БС-30 | БС-50 | БС-100 | БС-120 |
| Порошок и непрочные комочки белого цвета | Порошок и непрочные комочки или гранулы белого цвета | |||
| Массовая доля двуокиси кремния, в % не менее | 85 | 76 | 86 | 86 |
| Массовая доля влаги, в % не более | 6,5 | 6 | 6,5 | 6,5 |
| Потери в массе при прокаливании, в % | 4,5-7,5 | 7,0-10,0 | 5,0-7,0 | 3,5-7,0 |
| Массовая доля железа в пересчёте на окись железа, в % не более | Не нормируется | 0,03 | 0,15 | 0,17 |
| Массовая доля алюминия, в пересчёте на окись алюминия, в % не более | Не нормируется | 0,1 | 0,15 | 0,1 |
| Массовая доля хлоридов (Cl), в % не более | Не нормируется | 0,6 | 1 | 1 |
| Массовая доля сульфидов (SO24), в % не более | Не нормируется | 0,2 | ||
| Массовая доля кальция и магния в пересчёте на окись кальция, в % не более | 0,5 | 7 | 0,8 | 0,8 |
| Массовая доля щелочности в пересчёте на окись натрия для порошкообразной, в % не более | 0,9 | 1,8 | Не нормируется | 1,1 |
| Массовая доля щелочности в пересчёте на окись натрия для грануллированной, в % не более | –— | –— | –— | 0,5 |
| РН водной вытяжки: | ||||
| для порошкообразной | 8,0-10,0 | 9,0-10,5 | 7,0-8,5 | 8,0-9,5 |
| для граннулированной | –— | –— | –— | 7,0-8,5 |
| Массовая доля для фторидов (F-), %, не более | 2,5 | Не нормируется | ||
| Насыпная плотность г/дм3 | ||||
| для неуплотнённой | 170-220 | 150-200 | 80-130 | 120-150 |
| для уплотнённой | 220-280 | 200-230 | 170-220 | 180-230 |
| для граннулированной | –— | –— | –— | 220-320 |
| Удельная поверхность по адсорбции фенола, в м2/г | 35±10 | 45±10 | 100±20 | 120±20 |
| Массовая доля остатка на сите с сеткой 014К по ГОСТ 6613, в % не более | 0,25 | 0,15 | 0,1 | 0,02 |
| Массовая доля пыли для сажи граннулированной, %, не более | –— | –— | –— | 2,0 |
| Механическая прочность гранул, % | –— | –— | –— | 1,0-2,5 |
Упаковка и транспортировка
Упаковывают белую сажу в четырёхслойные ламинированные мешки с одним слоем изламинированной полиэтиленом мешочной бумаги массой не более 20кг и мягкие специализированные контейнеры разового использования типа МКР-1,0С массой до 400кг.
Транспортируют любым видом транспорта в соответствие с правилами перевозки грузов, действующими на данном виде транспорта. Гарантийный срок хранения белой сажи - 6 месяцев со дня изготовления.
C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка белой сажи можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок белой сажи в России».