《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(kāi)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(guò)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(zhǎng)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(cè)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(wú)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(shí)間的延長(zhǎng)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(wèn)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(rùn)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(wú)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(duì)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(lái)問(wèn)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(rùn)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(shuō)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(shí)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(wú)定形態(tài)，分子密集和度較高、顆粒細(xì)小(納米級(jí))、比外表積大，在熔點(diǎn)以下的溫度進(jìn)展熱處置時(shí)，雖長(zhǎng)期受熱內(nèi)部構(gòu)造也不會(huì)發(fā)生變化，加之之制備過(guò)程中四價(jià)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(guò)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裕赃M(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(shí)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(guò)有機(jī)物簡(jiǎn)單地覆蓋或吸附在其外表不改善光滑性和分散性。國(guó)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(kāi)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(shí)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(dòng)性等特點(diǎn)，可用于塑料粉、消防滅火粉、過(guò)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(hào)的疏水型二氧化硅產(chǎn)品。

目前世界上只要美國(guó)、德國(guó)、日本、獨(dú)聯(lián)體、中國(guó)等少數(shù)幾個(gè)國(guó)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(wàn)噸，其中改性產(chǎn)品約占總量的20%。

中國(guó)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(guó)改性氣相法二氧化硅的市場(chǎng)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(jià)格隨牌號(hào)不同而異，一般為12～25萬(wàn)元/t。開(kāi)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(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

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