超微细二氧化硅的改性研究及其应用

1.3制造原理
• 制备超微细二氧化硅 最主要的方法是火焰 水解法， 即“ 气相法 或“ 高温水解 法” ． 其主要反 应 如下 ：
1.4其工艺流程如下
应用领域
• 广泛应 用在 橡腔 、 涂料 、 胶粘剂 、 化妆 品、 油 墨 、 塑料 、 医药 、 农 药 、 密 封剂等 领 域。
白炭黑为什么要改性
• 结果表明:具有两亲性的白炭黑粒子具有均匀稳定 的分散性和良好的界面结合 ,所成涂膜的性能较好。 实验还表明:二次改性剂中适当的亲油亲水基团比 例 ,能使乳液具有更好的分散性和稳定性。
四、超微细二氧化硅表面改性研究
• 表面改性研究趋势 • 近年来 ,有的研究人员考虑到某些特殊场合 需要 ,认为白炭黑的一次改性并不能取得满 意的效果 ,往往需要二次改性 ,并通过分子 设计 ,将亲水性的白炭黑改性成程度不同的 疏水性、 两亲性的或带反应活性的白炭黑; 还有的研究人员进行了二氧化硅(无机) /有 机的原位复合研究。
超微细二氧化硅的改性研究及其 应用
组员：谢火新 林国华 邓学东 廖嘉诚 谭健汉
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• 一、什么是超微细二氧化硅
• 1.1超微细二氧化硅 ,俗称白炭黑 • 是一种无机精细化学品，由于它具有不寻 常的颗粒特性 ，即极小的粒径 ( 一次结构 的粒径为 7 ～1 6 n m) ，巨大的比表面 积 ( 1 0 0 ~4 0 0 m2 ／ g ) ， 高纯度(>9 9 .8 % ) 和它的 成链倾向等 表现出卓越的补强 性、 增稠性 、 触 变性、 消光性、 分散性、 绝缘性、 防粘性等。
1.2它的主要性能有：亲水性、补强性、增稠 性、触变性、消光性、防粘性、绝缘性 • 亲水性， 超微细二氧化硅的表面存在不同 类型的羟基， 故显示 出亲水性 。 • 补强性 ： 超微细二氧化硅能够增强固态体 系的内聚力。因此可用怍胶粘剂、 密封剂 、 橡胶 和其它弹性制品的补强荆。 • 增稠性 ： 在液态体系中能够控制和提高 液 体的粘度， 被用作增稠剂。 • 触变性 ； 超徽细二氧化硅具有极高的触变 效能 ， 在涂料、 油墨、 粘合剂、 密封剂 等产品中发 挥独特的作用。 •
• 采用具有活性基团的硅烷偶联剂( KH2550) 对二氧化硅粒子进行一次处理后 ,再通过二 次改性剂的分子结构设计 ,使以化学键两次 处理后的白炭黑表面分别呈亲水、 亲油或 两亲性能。
• 通过与聚丙烯酸酯乳液混合后的稳定性测 试 ,SEM 观察涂膜的表面形貌及涂膜的各 项性能测试 ,对比不同表面性质的白炭黑填 充乳液的分散稳定性、 均匀性及界面状态。
2.3常用的改性方法
• (1)醇酯法; • (2)和有机硅化合物反应; • (3)在粒子表面的聚合接枝 ,如白炭黑表面羟 基在 750 ℃脱水 ,在表面上生成硅氧烷再与 活性高聚物聚苯乙烯接枝; • (4)和重氮甲烷反应; • (5)和卤素反应; • (6)格利雅试剂反应。目前 ,使用最普遍的 是前三种。
五、 超微细二氧化硅改性研究及应 用情况
• 工业上白炭黑的改性剂大都使用硅烷偶联 剂 用硅烷偶联剂改性过的二氧化硅有很好 的疏水性 ,通常用于涂料中能发挥一些特殊 效应。用二甲基二氯硅烷改性的二氧化硅 能够被涂料用大多数基料浸润 ,包括水溶性 树脂 ,加入到涂料中能改善悬浮性、 触变性、 防腐性、 粉末物料流动性等用硅烷偶联剂 TESPT 处理白炭黑后 ,将其填充到轮胎胶 中 ,研究发现:含 20 份沉淀法白炭黑的胶料 可使滚动阻力降低 ,而胎面胶的磨耗性能和 湿牵引性能改变很小.
三、白炭黑改性的工业化技术
• 改性工艺大致分为干法和湿法 • 干法 • 为白炭黑粒子与改性剂蒸气在高温条件下 接触反应 ,可以采用固定床反应器和流化床 反应器;便于同白炭黑生产装置连接 ,实现工 业化 ,过程简单 ,后处理工艺少;改性剂定额 高 ,操作条件严格 ,设备要求高。
• 湿法 • 为白炭黑与改性剂及一种有机溶剂组成的 溶液一起加热煮沸 ,然后分离、 干燥;工艺 简单 ,产品质量容易稳定 ,改性剂定额较低; 产品后处理过程复杂 ,有机溶剂易造成污染。
• 大量的研究表明:白炭黑有三种羟基。一是 孤立的自由羟基;二是连生的、 彼此成氢键 的缔合羟基。三是双生的 ,即两个羟基连在 一个 Si 原子上的羟基 ,孤立的和双生的羟 基都没有形成氢键。
2.2白炭黑表面改性机理
• 白炭黑的表面改性就是利用一定的化学物 质通过一定的工艺方法使其与白炭黑表面 上的羟基发生反应 ,消除或减少表面硅醇基 的量 ,接枝或包覆其它化学物质 ,以达到改 变表面性质的目的。
• 白炭黑由于其内部的聚硅氧和外表面存在 的活性硅醇基及其吸附水 ,使其呈亲水性 , 在有机相中难以湿润和分散 ,而且 ,由于其 表面存在羟基 ,表面能比较大 ,颗粒总倾向 于凝聚 ,因而产品的应用性能受到影响。为 此 ,需要对白炭黑进行表面改性 ,以改善其 应用效果 ,提高产品的附加值 ,拓展产品的 应用领域。
二、超微细二氧化硅的改性技术
• 2.1白炭黑的骨架及表面结构 • 电子显微镜图片研究表明:白炭黑是二氧化硅的无 定形结构 ,系以 Si 原子为中心 ,O 原子为顶点所形 成的四面体不太规则地堆积而成的。它表面上的 Si原子并不是规则排列 ,连在 Si 原子上的羟基也 不是等距离 ,它们参与化学反应时也不是完全等价 的。白炭黑的表面对水有相当强的亲和力。水分 子可以不可逆或可逆地吸附在其表面上。所以二 氧化硅表面通常是由一层羟基和吸附水覆盖着。 前者是化学吸附水 ,后者是物理吸附水。
• 消光性： 由于超徽细二氧化硅的微小聚集 体具有光散射的能 力， 因此可获得满意的 消光 效 果 ， 如装 饰材 料、 油漆 和 其它 涂 料 的 消 光处 理 。 • 防粘性 ： 在易粘连的品中( 如塑料 、 橡胶 制品) 加入少量超徽细二氧化硅可 防止粘 连。 • 绝缘性 是一种热和电的不 良导体 。例如在 聚氯乙烯中加入 0.5 ～2 .00A的超微细二氧 化硅，可明显地降低介电常数和介质损耗 因数。