气硅气相法二氧化硅气相白炭黑气相白碳黑白烟

气硅 气相法二氧化硅 气相白炭黑 气相白碳黑

CAS号10279-57-9 EINECS号238-878-4
中文别名：气相白炭黑;造粒白炭黑;yao用级白炭黑;GH-7型白炭黑;GH-1A型白炭黑;GH-1B型白炭黑;水合二氧化硅;白碳黑;白烟;沉淀水合二氧化硅;纯乳胶;胶体二氧化硅;沉淀二氧化硅
二氧化硅应用范围：主要用于工艺品、制鞋，轮胎，电缆等橡胶工业制品行业，还可以作为载体或增稠剂应用于农*yao，灭火剂及牙膏油漆涂料等。用作油漆涂料填充剂、橡胶补强剂、塑料增粘剂和触变剂、合成润滑脂硅脂的稠化剂

气相二氧化硅是极其重要的高科技超微细无机新材料之一,由于其粒径很小，因此比表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻等方面具有特异的性能，以其的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多学科及领域内特性，有着不可取代的作用
一、气相二氧化硅在涂料中的作用
1、流变助剂
流变性是涂料的重要性能,它直接影响到涂料的外观,施工性能及储存稳定性等性能,而不同涂料体系对流变助剂的要求也有差异.对于油性体系而言,大部分流变助剂都是形成氢键而起作用的.表面未处理的气相二氧化硅聚集体含有多个 ,其中,一是孤立的,未受干扰的自由 二是连生的,彼此形成氢键的键合 氢键键合 在油性体系中,极易形成三维的网状结构,这种结构受机械力影响时会破坏,使粘度下降,涂料恢复良好的流动性;当剪切力消除后,三维结构会自行恢复,粘度上升.在完全非极性液体中,粘度恢复时间只需几分之一秒;在极性液体中,回复时间较长,这取决于气相二氧化硅的浓度及其分散程度,这一特性赋予油性涂料非常好的储存和施工性能,特别是厚浆形涂料,既能涂料在一定的施工剪切力下有良好的流动性,又能涂膜的一次施工厚度,通常,在施工过程中,由于涂层边缘的溶剂挥发较快,导致表面张力不均匀,容易使涂料向边缘移动,而二氧化硅网络能够有效的阻止涂料的移动而形成厚边,同时还防止涂料在固化过程中的流挂现象,使涂层均匀.同时,气相二氧化硅由于能形成氢键而提高体系中的中低剪切粘度,从而起到增稠作用.因此,气相二氧化硅在油性体系中的应用非FEI常广泛
2、防沉剂
气相二氧化硅是一种理想的防沉剂,对于防止涂料体系中颜料的沉淀非FEI常有效,特别是对于色浆的体系,适当的添加量将大大提高色浆的稳定性,而且能够减少润湿分散剂的量,以提高色浆的适用性,并减少色浆对涂料体系的影响,气相二氧化硅的防沉作用对涂料存放非常有利,特别是某些颜料,如金属粉和薄片,都极易沉淀且不能完全悬浮,使用气相二氧化硅可其分散不沉淀.以配方总量计,二氧化硅用量在0.4%-0.8%的范围内,但特殊情况下,比如富锌漆,需增加到2%
3、助剂分散
在粉末涂料体系中,由于气相二氧化硅的小粒径和高表面能,它们可以吸附在涂料粉体的表面,并在粉体表面形成一个表层,提高粉料得分散性,故可作为分散剂使用.在同一涂料系统中,加入气相二氧化硅可明显缩短分散时间,提高生产效率.单值得注意的是,先将气相二氧化硅分散完果更好,其添加量不宜太多,一般不超过1%.因为添加量过多会导致体系触变性能较强,导致分散时边缘分散剪切力不够,而呈冻状,影响分散效率,特殊情况如富锌漆需要添加2%时可以同时搭配其他流变主机助剂一起使用,并利用醇类溶剂调整气相二氧化硅的流变性能
4、消光剂
气相二氧化硅折光指数1.46,与成膜树脂的折光指数接近,对漆膜颜色没有影响.成膜过程中其迁移到漆膜表面,能使表面产生预期粗糙度,明显的降低表面光泽,是一种良好的消光剂,使用气相二氧化硅是要注意与漆膜厚度的匹配.在厚膜漆里,采用颗粒非常细的气相二氧化硅,涂膜表面不能产生适当的粗糙度;反之,如在薄膜漆里采用颗粒粗大的气相二氧化硅,虽然其消光效果非常好,但是漆膜表面的粗糙度将不能为绝大多数用户接受,一般来说,气相二氧化硅粒度约为3-7 ，适合于干膜厚度为15-40 的涂料体系。用气相二氧化硅配漆，除了配成浆状物后加到漆里分散外，还可以直接调配到漆中。通常在容器内，以线速度20m/s（约1000r/min）的搅拌叶轮分散10-15min就可达到充分的分散
5、抗耐磨剂
气相二氧化硅采用甲基丙烯硅烷进行表面处理后，添加到聚胺酯涂料中，可以起到耐摩擦的作用。加5%-15%的气相二氧化硅，耐摩擦性可提高10%-35%，同时涂料的流变性能和干膜的光学性能都不受负面影响
6、其他作用
气相二氧化硅还可以提高涂料的耐侯性、抗划伤性，提高涂层与基材之间的结合强度，同时，气相二氧化硅具有的紫外线吸收、红外光反射特性，填加在涂料中能提高涂料的性能

二、气相二氧化硅在胶粘剂和密封胶配方的作用
1.气相二氧化硅能为胶粘剂和密封胶提供各种优势
配方设计师用粒子来增强胶粘剂和密封胶产品使用的现有聚合物基质的功能。气相二氧化硅通常用作流变控制添加剂来提供抗流挂性、防止填料沉降和剪切变稀黏度。通用术语“气相二氧化硅”定义了具有不同表面化学性质的一系列产品——从亲水性到疏水性。这些产品与聚合物体系具有不同相容性，从而能使配方设计师微调流变性能
通过控制颗粒 - 颗粒间的相互作用和颗粒—基质间的界面粘附性，在同一时间，配方设计师可以增强涂膜的粘弹性反应或固化系统的材料性能。这种相互作用提供了一种牢固结合加入的硬质材料的方法，它们能延长断裂的路径，并且在界面结合处耗散能量1。这些性能能使涂膜和固体增强
除了在流变性控制方面有文件记载的益处外，气相二氧化硅也可以增强固化的胶粘剂的强度。气相二氧化硅能增强聚合物的强度，从而得到更的胶粘剂或密封胶
2. 甲硅烷基封端的透明聚合物
在DIY市场，客户更喜欢高清晰度的甲硅烷基封端的透明聚合物（STP）胶粘剂和密封胶。在欧洲，这些产品的生产厂家已改用透明包装，以这一优势。添加剂如蜡、粘土和碳酸钙通常用于流变控制和增强STP胶粘剂和密封胶的强度。这些增强助剂的选择通常会导致不透明的产品，因为这些产品的折射指数与基质不匹配。相比之下，气相二氧化硅的折射指数与这些产品中通常使用的透明聚合物非常匹配。气相二氧化硅被广泛使用来增强透明STP胶粘剂和密封胶的强度
配方设计师在湿固化体系如STP或聚氨酯中使用亲水性气相二氧化硅，由于亲水性二氧化硅有较大的水吸附能力，他们解决这些体系过早固化的问题。有几种选择来解决这一问题，包括增加工艺步骤（例如预干燥亲水性二氧化硅或者在混料过程中通过加热和抽真空来除去水份），或添加其他的组分（例如化学干燥剂）。一种更好的选择是用疏水性二氧化硅来代替亲水性二氧化硅，这样可以大大减少或消除这些额外的工艺步骤
在含有MS聚合物™SAX400甲硅烷基封端的聚醚、邻苯二2甲SUAN酸二异YI壬酯和有YOU机锡催化剂的典型配方中加入两种疏水性气相二氧化硅添加剂。在该体系中能清楚地观察到气相二氧化硅表面化学性能对流变性的影响。疏水性较弱的气相二氧化硅添加剂具有较强的颗粒-基质间的相互作用，能提供牛顿型流变性。与此相反，疏水性较强的气相二氧化硅添加剂具有较弱的颗粒-基质间相互作用，因而颗粒 - 颗粒间的相互作用更强，能提供触变型的流变性，导致体系具有屈服应力或抗流挂性和剪切变稀的黏度
使用这两种气相二氧化硅中的任何一种，都会导致颗粒-基质间的相互作用增强，从而能提高体系的拉伸强度，断裂时的伸长率增加超过了3倍。随着气相二氧化硅添加量的增加，拉伸强度和断裂伸长率都增加，但是使用非常高添加量的二氧化硅要受到限制，因为黏度也会相应增加
3. 单组份聚氨酯
与其他流变控制添加剂相比，在相同质量添加量的基准上，高比表面积的炭黑和气相二氧化硅作为增强剂都更有效。炭黑是用来增加黏度、提供抗流挂性，并提高汽车挡风玻璃胶粘剂的内聚强度。包覆的沉淀碳酸钙（PCCs）用于STP和聚氨酯胶粘剂和密封胶的流变性控制。带有疏水性涂层的那些沉淀碳酸钙（PCCs）（例如脂肪酸或硬脂酸），确实能在聚氨酯体系中得到剪切变稀的流变性，额外的益处是适度增加粘接强度
湿固化单组分聚氨酯胶粘剂的搭接剪切强度的增加，该体系是由NCO含量<2%的聚氨酯预聚物、邻苯二2甲SUAN酸二2异YI壬酯增塑剂、研磨过的碳酸钙填料和有JI机锡催化剂组成，同时添加疏水性气相二氧化硅或包覆的沉淀碳酸钙（PCCs）
在相同质量的基础上，在该体系中，处理过的气相二氧化硅能提供比沉淀碳酸钙（PCC）明显更强的粘接强度。在较低添加量时加入，气相二氧化硅具有比碳酸钙更低的比重，从而对胶粘剂的质量的贡献大大降低，这在应用时是有益处的，因为胶粘剂的质量也是一个问题（例如汽车轻量化）
4. 压敏
气相二氧化硅聚集体通常被用来改善由天tian然橡胶、聚氯丁二烯、丙烯酸酯和许多其他水性胶乳乳液形成的膜的加工过程和性能特征。这些亚微米级高比表面积的颗粒可以减少干燥时间，通过调节毛细管压力而减轻裂纹的形成，并提高ZUI终产品的机械性能。预分散的气相金属氧化物**为将这些粒子加入到胶粘剂膜中提供了简单而有效的“倾入”方法
由于加入了这种高度分散的气相二氧化硅，已经观察到水性压敏胶粘剂（PSA）的内聚剪切强度和热机械性能有了显著改进。为PSA用途配制了气相二氧化硅含量范围为0〜15％（质量比）（干质量）的水性丙烯酸乳液，制备了这些胶粘剂的漆膜
将乳液刮涂在Mylar背衬材料上形成涂膜，将湿膜在〜110℃的烘箱中干燥20～40分钟。将干膜在室温下冷却，背面衬上涂过蜡的粘性处理纸，在控制的速率下用17磅的重量滚轧，然后在测试前在常温下放置24小时。干膜的干膜厚度（DFT）为1～1.3微米
在双排、8位剪切烘箱中测量膜的剪切强度与剪切力（1.1〜4.4psi）和温度（室温至100℃）的关系。通常评价刮涂得到的四个或者更多个胶粘剂样品，得到失效时间的相对标准偏差约为15％或更低。计算膜剪切强度的增强时，以没有用粒子增强的膜的平均失效时间为基准来计算的膜的平均失效时间来表示
当气相二氧化硅的用量低至百分之几（质量比）时，剪切测量显示剪切强度有显著的增加。例如，在室温评价时，在4％（质量比）的添加量时，胶粘剂的剪切强度增加8～20倍，这取决于剪切力。在更高的添加量％（如8～15％）和较高的温度（如100℃）时，剪切强度随气相二氧化硅添加量的增加，结果是更加惊人。与没有用粒子增强的膜相比，粘接剪切强度通常会增加千余倍。目前正在研究，通过添加气相二氧化硅分散体导致这些胶粘剂膜中化学键的形成情况，因为这种增强的水平是出乎意料的。不管剪切强度增强的来源是什么，薄膜的内聚强度显著增强
也对用和不用气相二氧化硅增强的PSA薄膜的剥离强度进行了评价（用化学仪器公司的粘接/释放的AR-1000剥离测试仪进行测量）。以控制的速率采用7磅的力将10×1英寸的胶粘剂条带滚轧到不锈钢粘附物上；从滚轧结束到剥离试验之间的时间间隔为1分钟。剥离强度的下降随气相二氧化硅加量的增加关系相当缓和：在0～4％（质量比）气相二氧化硅的范围内，剥离强度线性下降为其初始值的～75％。在4～8％（质量比）气相二氧化硅时，观察到剥离强度没有进一步降低
在这里所讨论的PSA数据中没有使用增粘剂。对于需要通过添加增粘剂来提高粘附力的产品，通过添加气相二氧化硅导致的增强显示，完全超过了补偿因增粘剂的加入（例如，Tacolyn3509）而下降的剪切强度。使用普通量的增粘剂导致的剪切强度下降20％～40％，通过使用2％～4％（质量比）的气相二氧化硅增强，很容易将前面的下降值恢复

三、气相二氧化硅在高温硫化（HTV）硅橡胶中的应用
气相二氧化硅的使用可以分为有JI机硅材料和其它领域，其中在有JI机硅材料中的用量占气相二氧化硅总用量近60％，硅橡胶是有jī 机硅材料中使用气相二氧化硅ZUI多的材料，其添加量可高达50％以上。气相二氧化硅在HVT硅橡胶中主要起补强作用，由于硅橡胶分子链非常柔顺，链间相互作用力较弱，因此未经补强的硅橡胶强度非常低（不超过0.4MPa），没有使用价值，经过补强之后才能应用，而经过气相二氧化硅补强的硅橡胶，其强度提高可达40倍
气相二氧化硅对HTV硅橡胶力学性能的影响
气相二氧化硅对HTV硅橡胶的补强受其粒径、比较面积和结构性的影响，一般是粒径越小，比表面积越高，结构性越高，补果越好，硫化胶的强度、硬度越高。此外，气相二氧化硅的用量和它在基质中的分散好坏对硫化胶的性能影响也非常大，气相二氧化硅用量对硫化胶拉伸强度的影响。随着气相二氧化硅用量的增加，硫化胶的强度增加，一般是用量在35-50份时达到峰值。关于气相二氧化硅对硅橡胶的补强机理及模型也非常多，比较认可的解释是气相二氧化硅表面的自由羟基与硅橡胶分子形成了物理或化学结合，在二氧化硅表面形成硅橡胶分子吸附层，构成气相二氧化硅与硅橡胶分子联成一体的三维网络结构，从而有效限制硅橡胶分子链的形变而其到补强作用。硫化胶的撕裂强度的变化情况与拉伸强度相似，都是随着气相二氧化硅的补强性提高而增加，随气相二氧化硅的用量增加而先增加，达到峰值后稍微下降
气相二氧化硅对HTV硅橡胶加工性能的影响
气相二氧化硅对HTV硅橡胶加工性能的影响一般是以结构化程度（∆Crepe）表示，∆Crepe等于混炼胶在室温下存放28天后的可塑性值（p28）和混炼完后立即测定的可塑性值（P0）之差，胶料的可塑性值与气相二氧化硅的用量、表面性质和结构性有关。产生结构化的原因是由于气相二氧化硅的表面羟基与硅橡胶中的氧原子形成氢键以及二氧化硅表面吸附硅橡胶分子链，导致胶料随着时间的延长，其流动性下降，胶料变硬，影响加工性能。因此在使用过程中都需要加入结构控制剂或者选择经过表面处理的气相二氧化硅，结构控制剂的加入以及气相二氧化硅的表面处理，都是通过结构控制机或表面处理剂与二氧化硅表面的硅羟基反应，从而减少表面羟基数量，使得与硅橡胶形成氢键的数量下降，使混炼胶的混炼时间缩短，可塑性增加，起到降低结构化效应，提高加工性能和储存稳定性的目的

四、气相二氧化硅在室温硫化（RTV）硅橡胶中的应用
室温硫化（RTV）硅橡胶，在产品形态上分为单组分（RTV-1）和双组分（RTV-2）两大类；从硫化机理上又分为缩合型和加成型两个体系。各种形态的室温硫化硅橡胶，都需要用填料补强才有使用价值，目前，气相二氧化硅是使用ZUI多也ZUI有效的RTV硅橡胶补强填料。由于RTV硅橡胶一般作为浇注、嵌缝、涂复等密封材料，为了保持硫化前的粘度和流动性，所以气相二氧化硅的添加量一般比高温硫化硅橡胶少的多，并且经常与其它补强和半补强填料一起使用，以便于施工操作
气相二氧化硅添加量对RTV硅橡胶拉伸强度和硬度的影响
气相二氧化硅是RTV硅橡胶非常有效的补强填料，可以显著提高其强度。这一方面是由于气相二氧化硅粒子的小尺寸效应和大的比表面积；另一方面是因为其表面含有很多硅羟基，粒子可以通过氢键和范德华力的作用形成网络结构，同时二氧化硅粒子也与聚硅氧烷分子产生强的相互作用，改善了界面粘结。气相二氧化硅粒径越小，比表面积越大，粒子与胶料的接触面大，结合点多，对RTV硅橡胶的补强性能越好，硫化胶的拉伸强度、撕裂强度、耐磨性、硬度也高，但同时分散变得非常困难，弹性下降，加工性能恶化，因此，RTV硅橡胶一般选用比表面积相对较低（200m2/g以下）的气相二氧化硅作为填料。未经补强的硅橡胶硫化之后呈脆性，加入气相二氧化硅补强后，硅橡胶的硬度随二氧化硅的加入量的增加而上升
气相二氧化硅添加量对RTV硅橡胶流变学性能的影响
气相二氧化硅聚集体具有立体分支结构，可以在分散体系中形成一种相互作用的网络，利用这用特性，气相二氧化硅在密封胶领域，作为增稠剂和触变剂，可以增加粘度，胶料的自由流动性，具有防止结块、流挂、塌陷等作用。气相二氧化硅的增稠和触变机理主要是通过表面硅羟基的氢键的相互作用来实现的，当其聚硅氧烷中分散后，不同粒子间通过其表面的硅羟基产生氢键作用，形成一个二氧化硅网络，使体系的流动性受到限制，粘度增加，起到增稠的作用；在受到剪切力的作用时，二氧化硅网络收到破坏，导致体系粘度下降，发生触变效应，有利于施工。一旦剪切力消失，氢键重新形成，二氧化硅网络又重新恢复，RTV硅橡胶胶料体系的粘度也逐渐回升，有效防止了胶料在硫化过程中的流挂现象[17]。体系的防流挂特性与材料在使用时受到的剪切之后的屈服值和网络还原率密切相关。实际应用中，屈服值越高，胶料的防流挂性能越好。理想的胶料应该具有高屈服值、高剪切稀释指数和快速的还原率
气相二氧化硅分散性对RTV硅橡胶性能的影响
在RTV硅橡胶中添加气相二氧化硅时，注意其在聚合物中的分散程度。在分散过程停止后，达到ZUI佳分散状况的气相二氧化硅会在系统中形成完整的网络，具有高粘度和优良的触变特性，胶料受到剪切力作用时，粘度大幅度下降，呈现出一定的流动性，剪切力解除后，粘度会迅速恢复；如果分散不够或者过度分散，都只会形成部分气相白炭黑网络，导致较低的粘度和较差的触变特性。在透明体系中，透光度越高，则表明白炭黑的分散度越好。相同的分散条件下，含有较大比表面积气相二氧化硅产品一般具有较好的透明度
综上所述，气相二氧化硅是硅橡胶的补强材料，由于其特的性能，它也在其它领域，如：涂料、油墨、医YAO、化妆品以及化学机械抛光（CMP）等得到了广泛应用，发展前景也十分光明