白炭黑：多功能材料的新进展与广泛应用，佳美机械梅工18540392279
梅明鸿雁
在材料科学的广阔领域中，白炭黑正逐渐崭露头角，成为一种备受瞩目的多功能材料。近期，白炭黑在多个领域取得了令人瞩目的进展，从生产工艺的创新到应用场景的拓展，都为材料科学的发展注入了新的活力。
生产工艺的创新突破
传统的白炭黑生产工艺往往存在能耗高、环境污染等问题。然而，近期的研究成果为这些难题提供了解决方案。中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院应用自主研发的原位绿色改性技术，以稻壳和二氧化碳（CO₂）为原料生产改性生物基白炭黑。稻壳中含有 17% - 20% 的二氧化硅，燃烧后产生的稻壳灰中二氧化硅含量可达 90% - 95.5%，是生产白炭黑极为理想的原料。先将稻壳低温燃烧得到稻壳灰，再用碱液溶解稻壳灰中的硅成分制成水玻璃溶液，最后以 CO₂作为沉淀反应剂，通过二氧化碳酸化法使溶液中的硅沉淀出来，经过过滤、干燥等工艺得到生物基白炭黑。
这种创新工艺具有诸多优势。稻壳作为农业废弃物，来源广泛且价格低廉，实现了农业废弃物的资源化利用，减少了环境污染。用 CO₂代替传统的硫酸等沉淀反应剂，不仅降低了生产成本，还减少了化学品的使用和排放，更加环保。据测算，客户每使用 1 吨生物基二氧化硅可实现减碳量 0.5 吨，为碳减排做出了积极贡献。
性能提升带来的应用拓展
随着生产工艺的改进，白炭黑的性能也得到了显著提升，这为其在更多领域的应用奠定了基础。
橡胶工业：提升轮胎性能
在橡胶工业中，白炭黑的应用尤为重要。以石化院的改性生物基白炭黑为例，将其应用于溶聚丁苯橡胶材料，通过多轮迭代评价与工艺优化，最终确定了白炭黑改性工艺方案。测试数据显示，添加改性生物基白炭黑的轮胎，不仅具有与传统白炭黑轮胎相当的物理机械性能，而且关键核心指标更优。滚动阻力降低 3.7%，这意味着车辆在行驶过程中能耗更低，更加节能环保；疲劳温升降低 15%，可有效延长轮胎的使用寿命；耐久性提升 4.5%，增强了轮胎在复杂路况下的可靠性。
传统橡胶制品在高温下易发生老化变硬，且容易吸湿变软，降低了使用寿命和质量稳定性。而一些新型白炭黑，如 n200 白炭黑，其纳米级颗粒结构使其在橡胶中具有更高的增白效果和增强作用。n200 白炭黑的颗粒直径仅为传统产品的一半，独特制备工艺使其具有更高的比表面积、更好的分散性以及更高的吸附能力。它可以在橡胶中形成高负荷和耐高温的聚合物体系，有效提高了橡胶制品在高温环境下的耐老化性能，可用于生产高强度、耐磨性强的轮胎和橡胶密封件。
涂料领域：改善涂料性能
在涂料行业，白炭黑也发挥着重要作用。n200 白炭黑的应用为涂料产品带来了出色的增白和增强效果。由于其高比表面积和优异的吸附能力，n200 白炭黑可以更好地隔离光线，提高涂层的遮盖力和附着力。它还可以有效调节涂料的流变性能和消泡性能，提升涂料的加工韧性和耐候性。在有机溶剂型涂料中，n200 白炭黑可以替代传统填料和颜料，降低生产成本，提高产品的竞争力。
白炭黑表面在涂料领域的应用广泛而多样。它能够增强涂料的附着力和耐久性，提高涂层的光学性能和耐候性。在墙面涂料中，白炭黑表面能有效地控制涂料的透明度，提高涂层的遮盖性，并提供优异的耐污染性。在汽车涂料中，白炭黑表面能够改善涂层表面的光泽度，增加涂层的硬度和耐擦洗性。白炭黑表面还可以用于彩色涂料，通过改变颜料粒子的形态和分布，实现不同颜色的涂层。
其他领域的潜在应用
除了橡胶和涂料工业，白炭黑在其他领域也展现出了巨大的应用潜力。
在电子领域，DM10 白炭黑具有优异的导电性能和抗静电性能，可以用于聚合物材料的增电属性调整。在导电薄膜和透明导电层的制备过程中，DM10 白炭黑的添加可以提高材料的导电性和透明度，使得材料在触摸屏、显示器、电池和充电设备等领域具备更广泛的应用前景。
在化妆品领域，DM10 白炭黑因其细小的粒径和高比表面积具有出色的吸附能力，可以有效地吸附油脂和杂质，被广泛应用于面膜、洁面乳和控油产品中，帮助皮肤吸附和分解多余的油脂，维持肌肤的清洁与平衡。
白炭黑 AE - 200 在食品加工中也扮演着重要角色。由于其具有较高的白度和透明度，可以用作面包、蛋糕、糖果等食品中的白色染料，且更加健康无害，无致癌物质，可确保食品的安全性。AE - 200 还可以用作食品的增稠剂和流动性调节剂，提升产品的质感和口感。在医药领域，它可以作为药品的填充剂，为药品增加稳定性和流动性；在环保领域，可用作水处理剂，去除废水中的有机物质和重金属离子；在纺织工业中，可作为涂层剂和防晒剂，提高纺织品的防水性和耐紫外线性能。
未来展望
随着科技的不断进步，白炭黑的研究和应用将迎来更广阔的发展空间。一方面，生产工艺将持续优化，朝着更加绿色、高效的方向发展，进一步降低成本，减少对环境的影响。另一方面，随着对白炭黑性能研究的深入，其在新兴领域的应用将不断拓展，如在新能源领域用于提高太阳能电池和锂离子电池的性能，在生物医学领域用于药物载体和生物传感器等。
然而，在白炭黑的发展过程中，也面临一些挑战。例如，如何进一步提高白炭黑在不同基体中的分散性，以充分发挥其性能优势；如何加强对其生产过程中的环保问题的关注，确保其应用的可持续性等。相信通过科研人员的不断努力，这些问题将逐步得到解决，白炭黑将在材料科学领域发挥更加重要的作用，为各行业的发展带来更多的创新和突破。
