[发明专利]沉淀二氧化硅、其制备方法及其作为弹性体增强填料的用途

说明书

本发明涉及一种制备沉淀二氧化硅，特别是呈粉末状、基本为球珠或粒状的沉淀二氧化硅的新方法，还涉及它们在增强弹性体方面的应用。

人们了解，沉淀二氧化硅用作弹性体的白色增强填料已有很长时间了。

与任何其它增强填料一样，一方面它易于操作，另一方面它易于加入到混合物中。

人们通常了解，为了达到通过引入填料获得最佳增强性能的目的，这种填料在弹性体基质中最终存在形态应尽可能微细且还应尽可能的均匀分布。但这类条件只有在满足以下要求时才能实现，即，一方面，在与弹性体混合过程中填料具有很好的掺入基质的能力(填料的结合能力)且分散并解聚成很细的粉末(填料的解散)，另一方面，通过上述解散方法获得的粉末自身能够完全且均一的分散在弹性体中(粉末的分散能力)。

再有，不利的是，由于互相的亲合力，在弹性体基质中二氧化硅颗粒趋向于凝聚在一起。这些二氧化硅/二氧化硅相互作用产生的不利结果是使得增强性能显著低于理论值，所述理论值是在混合过程中假定能有效获得所有二氧化硅/弹性体的相互作用这一前提下得到的(公知这一二氧化硅/弹性体相互作用理论值与使用的二氧化硅的外表面积成正比)。

另外，在自然状态下，这种二氧化硅/二氧化硅相互作用趋向于增加混合物的硬度和稠度，这使其更难以使用。

特别是在二氧化硅具有相对高比表面积且其一般还不具有很好的增强性能的情况下会遇到这种缺陷。

因而存在的问题是，要提供具有较高比表面积，还要在弹性体中表现出令人满意的分散能力和良好的增强性能的填料。

本发明的目的是要避免上述缺陷并解决上述问题。

为实现该目的，本发明提供了一种制备沉淀二氧化硅的新方法，其中包括使硅酸盐与酸化剂反应，从而获得沉淀二氧化硅的悬浮液，随后分离并干燥该悬浮液，其特征在于：

-按下述方式进行沉淀：

(i)制成一种初始储备溶液，其中含有在反应中使用的硅酸盐总量的至少一部分和至少一种电解质，在所述初始储备溶液中硅酸盐的浓度以SiO₂表示为50至60g/l，

(ii)向所述储备溶液中添加酸化剂，直到反应介质的pH值达到7至8.5为止，

(iii)向反应介质中添加酸化剂以及必要情况下同时添加余量硅酸盐，

-分离包括使用装有压实装置的过滤器进行过滤和洗涤操作，

-将固体含量低于17％重量的悬浮液通过喷雾干燥。

从而发现，以在初始储备溶液中SiO₂表达的一定(相当低)浓度硅酸盐，加之使用装有压实装置的过滤器(优选低压)，以及要进行干燥的悬浮液中适当的固体含量，构成了所得产物获得其良好性能的重要条件。

应指出的是，一般情况下所涉及的方法是合成沉淀二氧化硅的方法，即，在特定条件下，酸化剂与硅酸盐反应。

酸化剂和硅酸盐的选择按公知方式进行。

一般使用强无机酸如硫酸、硝酸或盐酸或者有机酸如乙酸、甲酸或碳酸作为酸化剂。

所述酸化剂可是稀释的或是浓的，其当量浓度是0.4至8N，例如0.6至1.5N。

特别当酸化剂是硫酸时，其浓度可为40至180g/l，例如60至130g/l。

作为硅酸盐，还可使用任何常见硅酸盐形式如偏硅酸盐、二硅酸盐及有利的是碱金属硅酸盐，特别是硅酸钠或钾。

所述硅酸盐以二氧化硅表达的浓度可为40至330g/l，如60至300g/l，特别是60至250g/l。

一般使用硫酸作为酸化剂并使用硅酸钠作为硅酸盐。

当使用硅酸钠时，一般其SiO₂/Na₂O重量比为2至4，如3.0至3.7。

关于本发明方法，更特别的是按如下步骤中以特定方式进行沉淀。

首先形成含硅酸盐和电解质的储备溶液(步骤(i))。存在于初始储备溶液中的硅酸盐量有利地仅占反应中使用的硅酸盐总量的一部分。

按照本发明制备方法的一个必要特征，在初始储备溶液中的硅酸盐的浓度为每升50至60gSiO₂。优选该浓度为55至60g/l。

初始储备溶液含有电解质。在这里术语电解质应理解为是其正常可接受的意义，即，它是任何离子或分子态的物质，当在溶液中时，它分解或解离成离子或带电颗粒。作为电解质，可提到的有碱金属盐和碱土金属盐，特别是起始硅酸盐和酸化剂形成的金属盐，例如硅酸钠与盐酸反应形成的氯化钠，或优选地由硅酸钠与硫酸反应形成的硫酸钠。