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氣相二氧化硅在高分子工業的應用
2021年05月31日 發布 分類:粉體應用技術 點擊量:41
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高分子產品存在于我們生活的方方面面,已經成為了我們生活的必需品,咱們身邊無處不在的塑料、橡膠、硅橡膠、化纖、涂料、密封膠、膠粘劑等都是高分子工業的產品。而氣相二氧化硅(氣硅)作為萬能的添加劑,在高分子工業有著神奇功效,可以很好的優化高分子材料的性能,為我們帶來更加好用的高分子產品,下文一起來看看。

氣相二氧化硅(氣相法白炭黑)工藝簡介:氣硅是一種技術含量很高的精細化學品,是無定型二氧化硅產品中的高端品種,但生產氣硅的技術門檻也相對較高。氣相法白炭黑是以無機硅或有機硅的鹵化物未原料在氫氧火焰生成的水中進行高溫水解制得,其原料主要是采用SiCl4(此原料可來源于多晶硅生產過程的副產物),CH3SiCl3(有機硅單體生產過程的副產物)或二者的混合物未原料,其制備的化學反應式如下:

SiCl4+H2+O2→SiO2+4HCl

CH3SiCl3+2H2+3O2→SiO2+CO2+3HCl+2H2O

氣相白炭黑(參考來源:WACKER)

親水&疏水氣硅產品特性:氣硅一種無定形二氧化硅產品,高純度白色蓬松白色粉末無毒無臭,原生粒徑在5~50nm之間,聚集體粒徑約為100-500納米,比表面積100~400m2/g。表面未處理的氣相二氧化硅聚集體是含有多種硅羥基可用水潤濕,易于在水中分散,從化學角度看,這些外觀蓬松的白色粉末由高純度(可>99.8%)的無定形二氧化硅構成。憎水性(疏水性)氣硅可以通過親水性氣硅與反應活性硅烷(例如氯硅烷或六甲基二硅胺烷)發生化學反應而制得,它具有憎水性,因而不能在水中分散。為了解決工業中一些特殊的技術問題,各種型號的疏水性氣相二氧化硅被研發出來,其技術性能在一些特定的應用領域可以得到優化,可以使之有效改善許多液體聚合物體系的流變特性,尤其是在環氧樹脂體系內。疏水性氣相二氧化硅產品的特點是:低吸濕性、很好的分散性、即使對于極性體系也有流變調節能力。

接下來,我們來看看氣相二氧化硅在高分子工業領域的典型應用領域及其獨特功效。

1、硅橡膠及其他橡膠--補強劑

硅橡膠是指主鏈由硅和氧原子交替構成,硅原子上通常連有兩個有機基團的橡膠。普通的硅橡膠主要由含甲基和少量乙烯基的硅氧鏈節組成。苯基的引入可提高硅橡膠的耐高、低溫性能,三氟丙基及氰基的引入則可提高硅橡膠的耐溫及耐油性能。硅橡膠耐低溫性能良好,一般在-55℃下仍能工作。引入苯基后,可達-73℃。硅橡膠的耐熱性能也很突出,在180℃下可長期工作,稍高于200℃也能承受數周或更長時間仍有彈性,瞬時可耐300℃以上的高溫。硅橡膠的透氣性好,氧氣透過率在合成聚合物中是最高的。此外,硅橡膠還具有生理惰性、不會導致凝血的突出特性,因此在醫用領域應用廣泛。

硅橡膠系列產品的具體分類

未經補強的硅橡膠,其強度一般只有0.3MaP,幾乎不能使用。經氣相二氧化硅填充后,材料的內部微觀相互作用發生了很大的變化,除存在分子鏈間弱的范德華力所致大分子鏈間的纏結以及因機械力所致的機械纏結外,還存在氣相二氧化硅聚集體間氫鍵的強的相互作用、二氧化硅與聚合物間強的吸附或鍵聯作用、吸附在二氧化硅聚集體表面的聚合物大分于鏈間的強的相互纏結作用,使得界面粘結得到顯著的改善,在硅橡膠內部形成了聚合物大分子鏈貫穿板碳黑網絡的結構,從而賦予了材料優越的綜合性能。

網紅標配產品

氣相二氧化硅能大幅度提高膠料的物理機械性能、減少膠料滯后、降低輪胎的滾動阻力而又不損失抗濕滑睦能而受到廣泛關注,因此在硅橡膠外的其它有機橡膠中的應用也越來越廣,其補強效果完全達到了炭黑的水平,且又克服了炭黑的黑色污染,可廣泛用于彩色高檔橡膠制品。

節能降耗的綠色輪胎

2、在膠粘劑及密封膠中的應用

氣相二氧化硅產品可以為膠粘劑和密封劑提供以下性能:增加粘度;防止顏料、填料的沉降;防流掛;高剪切狀態時可剪切變稀以便于擠出應用;密封劑的補強作用。

氣相二氧化硅的增稠以及觸變作用機理是當其在密封膠和膠粘劑中分散后,不同顆粒間通過其表而的硅醇基產生氫鍵作用,形成一個二氧化硅聚集體網絡,使體系的流動性受到限制,粘度增加,起到增稠的作用;在受到剪切力的作用下二氧化硅網絡受到破壞,導致體系粘度下降,發生觸變效應,便于施工。一旦剪切力消除,這種網絡結構可重新形成,有效防止了膠料在固化過程中的流掛。

常見膠粘劑材料類型:環氧樹型,聚氨酯型、聚氯丁二烯型等;重視特性:增稠、觸變性、抗沉降、加工助劑、提高粘合力、存儲穩定性。

常見密封膠材料類型:丙烯酸酯、聚硫化物(聚硫橡膠)、聚氨酯、RTV-1硅橡膠;重視特性:補強性能、觸變性、自由流動性、機械性能等。

3、在塑料制品中的應用

傳統的對塑料增韌的方法是在基體中加入橡膠類物質,該法雖然使材料的韌性大幅度提高,但同時也使材料的強度及加工性能等大幅度下降。

氣相法白炭黑增韌塑料的增韌原理是無機剛性粒子增韌,它被添加到塑料中后,可以在不削弱材料剛性的前提下提高材料的韌性,甚至還能提高材料塑料制品的致密性、剛性、光潔度和耐磨性能。一個常見的案例是將氣相法白炭黑均勻分布在聚乙烯基體中可制得高耐磨、高硬度的聚乙烯復合材料。

環氧樹脂是一個應用廣泛的樹脂材料,為了達到某些目的,通常會在其基體中加入許多填料,但這樣做的后果是讓環氧樹脂材料脆性變大。在環氧樹脂中添加氣相二氧化硅可明顯改善其脆性,可以克服彈性體增韌而致的材料剛性和強度降低的缺陷,達到增強增韌的目的。當添加量為3wt%時,可使復合體系沖擊強度提高40%,拉伸強度等提高21%。同時,環氧樹脂耐紫外線老化能力也比較差,在其基體中添加具有紫外反射能力的氣相二氧化硅也能讓它具有抵抗/延緩紫外老化的能力。

4、在涂料中的應用

我國是涂料生產和消費大國,但當前涂料普遍存在懸浮穩定性、觸變性、耐候性、耐洗刷性等性能較差的問題,尤其是涂料水性化的發展路線更是觸發了這問題的解決需求,致使每年要進口大量的高檔涂料。在涂料中加人少許氣相法白炭黑,可提供防結塊、防流掛、乳化性、消光性、懸浮、增稠和觸變等功能,可以讓涂料品質更加優秀。此外,針對于粉末涂料而言,適當的親水氣相二氧化硅添加對流動性幫助非常的大,另外在一些特定情況下,疏水性產品的添加可減少水分的吸收,從而延長儲存期

在銅系復合導電體系中,導電粒子懸浮并分散于基料樹脂中,由于二者相對質量的差異(銅為8.9,樹脂為1.1)、表面性質的差異,使導電粒子常趨于沉淀狀態。特別是在存儲的期間,金屬粒子往往會絮凝而沉積在容器的底部產生沉淀,嚴重時團聚成難以分散的硬塊,導致產品的報廢,因此必須加人防沉劑存放。研究表明,在特定體系下,氣相二氧化硅的添加量達到1.5%時即可大大限制導電粉的沉降。

5、在觸變性聚酯\膠衣樹脂中的應用

膠衣樹脂在復合材料行業說的就是聚酯膠衣,也叫面漆或者膠衣等等,本質上膠衣樹脂就是由聚酯樹脂、色漿、觸變劑和填充料等構成的表面涂裝材料。

在觸變性的聚酯樹脂中,使用的添加劑SiO2幾乎全部都是氣相二氧化硅,一方面它可以使制品厚度更加均勻、收縮小,更加符合設計的要求,另一方面,由于樹脂具有了觸變性,減少了樹脂的流淌和滴落,減少了樹脂的浪費,保護了生產環境。根據國家技術監督局規定,手糊成型玻璃纖維增強不飽和聚醋樹脂食品容器所用的膠衣層和富樹脂層,除作觸變劑用的氣相二氧化硅外,不得加人其他無機填料。

 

參考資料:

1、氣相二氧化硅生產及其在高分子工業中的應用,廣州吉必時科技實業有限公司。

 

編輯:粉體圈小白

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