《安全管理論文》之淺析改性氣相法二氧化硅的發(fā)展及應(yīng)用

.::;淺析改性氣相法二氧化硅的開展及應(yīng)用

摘要：主要介紹了氣相法二氧化硅及外表改性的氣相法二氧化硅的外表構(gòu)造、改性劑的品種及改性方法，介紹了改性氣相法二氧化硅的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：二氧化硅;改性;有機(jī)硅;納米資料

氣相法二氧化硅(俗稱白炭黑)是由硅的鹵化物在氫氧火焰中在1000℃或更高的溫度下水解、燃燒過程中形成的二氧化硅原生粒子互相碰撞形成二次粒子并形生長鏈而生成的帶有外表羥基和吸附水的超微細(xì)粉末。

氣相法二氧化硅是神奇的納米資料。由于它具有不尋常的顆料特性，即極小的粒徑(一次構(gòu)造的粒徑為7~40納米)，極大的比外表積(BET法檢測為100~400m2/g)，很高的純度(二氧化硅含量不低于99.8%)的它的成鏈傾向，使其具有卓越的補(bǔ)強(qiáng)性、增稠性、觸變性、消光性、分散性、絕緣性、防粘性等奇異性能，補(bǔ)稱為“工業(yè)味精〞。氣相法二氧化硅及其改性制品廣泛用于橡膠、涂料、醫(yī)藥、膠粘劑、油墨、化裝品、航天、建筑、食品衛(wèi)生農(nóng)藥等領(lǐng)域。是極其重要的超微細(xì)無機(jī)新資料之一。

雖然氣相法二氧化硅的粒徑小、比外表積大,填充硫化膠的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和耐磨性均較高;但它與烴類橡膠的相容性較差,大量填充膠料的粘度較大,加工性能隨貯存時間的延長而變差,貯存后膠料存在硬化、擠出困難以及成型粘性差等問題。這是由于氣相法二氧化硅外表存在的活性硅羥基、吸附水及制備工藝導(dǎo)致其外表呈現(xiàn)的酸性，使氣相法二氧化硅呈親水性，在有機(jī)相中難以浸潤和分散，從面降低了硫化效率和補(bǔ)強(qiáng)性能，使其在某些有特殊要求的領(lǐng)域無法使用。比方，由于高補(bǔ)強(qiáng)氣相法二氧化硅的比外表積超越100m2/g，且外表上含有大量Si-OH基，故粒子間的凝聚力相當(dāng)強(qiáng)，在生膠中很難分散，對補(bǔ)強(qiáng)非常不利;而Si-OH基還易與生膠分子中的Si-O鍵或Si-OH作用，產(chǎn)生構(gòu)造化現(xiàn)象，給膠料的存貯、加工及應(yīng)用帶來問題。改性后的氣相法二氧化硅可有效減少Si-OH，并由親水性外表轉(zhuǎn)變成憎水性外表，從而到達(dá)兼進(jìn)步氣相法二氧化硅在生膠中的分散性(浸潤性)及減少或防止膠料發(fā)生構(gòu)造化的目的。改善了其在有機(jī)相中的分散性和相容性，從而大大拓寬了產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，進(jìn)步了氣相法二氧化硅的附加值。

紅外光譜研究說明，氣相法二氧化硅外表含有一定量的活性羥基，羥基的主要類型有：雙羥基、隔離羥基和相鄰羥基，不同的羥基具有不同的反響活性，羥基活性中心的存在使其具有補(bǔ)強(qiáng)性能，同時為其外表改性提供了反響官能團(tuán)。

X-射線衍射圖證明，氣相法二氧化硅整體構(gòu)造為無定形態(tài)，分子密集和度較高、顆粒細(xì)小(納米級)、比外表積大，在熔點以下的溫度進(jìn)展熱處置時，雖長期受熱內(nèi)部構(gòu)造也不會發(fā)生變化，加之之制備過程中四價硅原子小構(gòu)造單元的氧化，主要呈現(xiàn)三元體型構(gòu)造。

所謂改性氣相法二氧化硅，就是通過一定的工藝?yán)靡欢ǖ幕瘜W(xué)物質(zhì)與氣相法二氧化硅的外表羥基發(fā)生反響，消除或減少外表硅羥基的量使二氧化硅由親水性變?yōu)槭杷?，以進(jìn)步它同聚合物膠料的親和性。

二氧化硅外表改性既要求去除或減少其外表羥基的量，又不改變其根本性質(zhì)。根據(jù)改性劑的不同，常用的化學(xué)改性方法有以下幾種。

二氧化硅外表羥基加熱到750℃時脫水，在外表生成硅氧烷，再與活性聚苯乙烯接枝。

改性的工藝：

氣相法二氧化硅的比外表積很大，不能通過有機(jī)物簡單地覆蓋或吸附在其外表不改善光滑性和分散性。國外常用的改性工藝有：枯燥的氣相法二氧化硅與有機(jī)物的蒸汽接觸并反響的蒸汽法(常稱為干法);氣相法二氧化硅與改性劑一起加熱使改性劑沸騰回流的回流法(常稱為濕法);在高壓釜中進(jìn)展高溫高壓反響的壓熱反響法等。

早期的改性研究多采用濕法，但隨著超微細(xì)粒子流態(tài)化技術(shù)的開展，流化床反響器的操作控制已獲得較多的勝利經(jīng)歷，用干法同樣可以到達(dá)濕法的物料接觸情況，而且干法改性安裝可以直接連在氣相法二氧化硅消費(fèi)安裝脫酸工序之前，既經(jīng)濟(jì)又實用。相比之下，濕法所采用的溶劑如苯、甲苯等是有毒物質(zhì)，產(chǎn)品的別離、提純困難，本錢高、污染嚴(yán)重。

改性的二氧化硅幾乎繼承了普通氣相法二氧化硅的所有優(yōu)越性能，又由于其特殊的疏水性，應(yīng)用領(lǐng)域極大擴(kuò)展。在眾多的疏水產(chǎn)品中，以二甲基二氯硅烷改性的疏水二氧化硅應(yīng)用最廣，它具有防止物料結(jié)塊的傾向、改善粉體物料流動性等特點，可用于塑料粉、消防滅火粉、過氧化物、美容粉、粉末涂料等領(lǐng)域，以改良產(chǎn)品加工性、應(yīng)用性和貯存性。

采用不同的改性劑和特定的工藝，可消費(fèi)一系列各種牌號的疏水型二氧化硅產(chǎn)品。

目前世界上只要美國、德國、日本、獨(dú)聯(lián)體、中國等少數(shù)幾個國家和地區(qū)的企業(yè)能消費(fèi)氣相法二氧化硅及其改性產(chǎn)品，其大規(guī)模工業(yè)化技術(shù)也補(bǔ)Degussa、Cabot等幾大分司壟斷。全世界氣相法二氧化硅總消費(fèi)才能約為每年12萬噸，其中改性產(chǎn)品約占總量的20%。

中國氣相法二氧化硅改性技術(shù)比擬落后，只能小規(guī)模消費(fèi)，且質(zhì)量較差，因而目前中國改性氣相法二氧化硅的市場基末上被Degussa、Cabot、Waker等公司的產(chǎn)品所占領(lǐng)。

改性氣相法二氧化硅價格隨牌號不同而異，一般為12～25萬元/t。開發(fā)外表改性的氣相法二氧化硅產(chǎn)品，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

參考文獻(xiàn)

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