【原创】神奇的纳米材料气相二氧化硅+表面改性=大大拓宽产品应用


来源:中国粉体网   平安

[导读]  改善了其在有机相中的分散性和相容性,从而大大拓宽了产品的应用领域,提高了气相二氧化硅的附加值。

中国粉体网讯  气相二氧化硅(俗称气相法白炭黑)是采用有机或无机氯硅烷在氢氧焰中通过高温燃烧水解制得的一种白色、蓬松、洁净、无定形的粉体,1941年由德国德固赛公司(现赢创公司)率先开发成功,是最早规模化应用的纳米粉体材料之一。

气相二氧化硅是神奇的纳米材料,其具有不寻常的颗料特性。气相二氧化硅初级颗粒粒径介于7~40nm,颗粒间通过高温熔接成链状结构,链状聚集体尺寸为200~500nm。气相二氧化硅表面富含羟基,且这些羟基大多孤立存在,在基材中可以通过氢键形成网状结构,从而赋予材料更高强度、触变性能和防沉降性能,因此其在硅橡胶、涂料、油墨、密封胶等领域有着广泛应用。同时,气相二氧化硅具有接近真空的热阻和电绝缘性能,也用于绝热材料和电子电气领域。

尽管气相二氧化硅的粒径小、比表面积大,填充硫化胶的拉伸强度、撕裂强度和耐磨性均较高,但它与烃类橡胶的相容性较差,大量填充胶料的粘度较大,加工性能随贮存时间的延长而变差,贮存后胶料存在硬化、挤出困难以及成型粘性差等问题。这是由于气相二氧化硅表面存在的活性硅羟基、吸附水及制备工艺导致其表面出现的酸性,使气相二氧化硅呈亲水性,在有机相中难以浸润和分散,从面降低了硫化效率和补强性能,使其在某些有特殊要求的领域无法使用。

改性后的气相法二氧化硅可有效减少Si—0H,并由亲水性表面转变成憎水性表面,从而达到兼提高气相法二氧化硅在生胶中的分散性(浸润性)及减少或避免胶料发生结构化的目的。改善了其在有机相中的分散性和相容性,从而大大拓宽了产品的应用领域,提高了气相二氧化硅的附加值。



疏水型气相二氧化硅
(图片来源:汇富)


气相二氧化硅的比表面积很大,不能通过有机物简单地覆盖或吸附在其表面。国外常用的改性工艺有:干燥的气相法二氧化硅与有机物的蒸汽接触并反应的蒸汽法(常称为干法);气相法二氧化硅与改性剂一起加热使改性剂沸腾回流的回流法(常称为湿法);在高压釜中进行高温高压反应的压热反应法等。

早期的改性研究多采用湿法,但随着超微细粒子流态化技术的发展,流化床反应器的操作控制已获得较多的成功经验,用干法同样可以达到湿法的物料接触状况,而且干法改性装置可以直接连在气相法二氧化硅生产装置脱酸工序之前,既经济又实用。相比之下,湿法所采用的溶剂如苯、甲苯等是有毒物质,产品的分离、提纯困难,成本高、污染严重。

改性的气相二氧化硅几乎继承了普通气相法二氧化硅的所有优越性能,又由于其特殊的疏水性,应用领域极大扩展。高品质的疏水二氧化硅具有防止物料结块的倾向、改善粉体物料流动性等特点,可用于塑料粉、消防灭火粉、过氧化物、美容粉、粉末涂料等领域,以改进产品加工性、应用性和储存性。

采用不同的改性剂和特定的工艺,可生产一系列各种牌号的疏水型二氧化硅产品。目前世界上只有美国、德国、日本、中国等少数几个国家和地区的企业能生产气相法二氧化硅及其改性产品。我国广州吉必盛科技实业有限公司和宜昌汇富硅材料有限公司经过十几年的实践摸索,成功实现气相二氧化硅年产五千吨级规模制备技术;特别是公司开发的完全具备独立知识产权的在线表面处理疏水工艺,实现了纳米粉体表面改性技术的突破,形成具有国际竞争力的产品。

2021年7月2日,中国粉体网旗下粉体公开课平台将举办“2021第二届粉体表面改性及包覆技术网络研讨会”,届时来自广州汇富研究院有限公司的段先健高级工程师将作《气相二氧化硅的改性》报告,详细介绍气相二氧化硅制备工艺、产品特性、产品表面改性技术及产品应用。



专家简介:

段先健,工学博士,高级工程师,广州汇富研究院有限公司副总经理。长期从事气相法纳米粉体制备、表面改性及应用研究,在超细粉体的制备及应用方面申请国家发明专利20余项,申请国际专利3项,获得国家专利优秀奖2项。参与多项国际、国家及团体标准的制修订工作;参与10余项国家、省、市科技项目的研究,荣获中石化联合会科技进步一等奖、广东省科技进步三等奖等荣誉。

参考来源:

吴春蕾、段先健、王跃林:气相二氧化硅标准发展及解析

于秀梅,等:改性气相法二氧化硅的发展及应用

中国标准化:我国主持制定的气相二氧化硅ISO国际标准成功发布

(中国粉体网编辑整理/平安)

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作者:平安

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