改性气相法二氧化硅的发展及应用

摘要：主要介绍了气相法二氧化硅及表面改性的气相法二氧化硅的表面结构、改性剂的种类及改性方法，介绍了改性气相法二氧化硅的应用前景。
关键词：二氧化硅；改性；有机硅；纳米

气相法二氧化硅（俗称白炭黑）是由硅的卤化物在氢氧火焰中在1000℃或更高的温度下水解、燃烧过程中形成的二氧化硅原生粒子相互碰撞形成二次粒子并形成长链而生成的带有表面羟基和吸附水的超微细粉末。
气相法二氧化硅是神奇的纳米材料。由于它具有不寻常的颗料特性，即极小的粒径（一次结构的粒径为7~40纳米），极大的比表面积（BET法检测为100~400m2/g），很高的纯度（二氧化硅含量不低于99.8%）的它的成链倾向，使其具有卓越的补强性、增稠性、触变性、消光性、分散性、绝缘性、防粘性等奇异性能，补称为“味精”。气相法二氧化硅及其改性制品广泛用于橡胶、涂料、、胶粘剂、油墨、化妆品、航天、、食品卫生农药等领域。是极其重要的超微细无机新材料之一。
尽管气相法二氧化硅的粒径小、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。这是由于气相法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，使气相法二氧化硅呈亲水性，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。比如，由于高补强气相法二氧化硅的比表面积超过100m2/g，且表面上含有大量Si-OH基，故粒子间的凝聚力相当强，在生胶中很难分散，对补强非常不利；而Si-OH基还易与生胶分子中的Si-O键或Si-OH作用，产生结构化现象，给胶料的存贮、加工及应用带来问题。改性后的气相法二氧化硅可有效减少Si-OH，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，提高了气相法二氧化硅的附加值。
红外光谱研究表明，气相法二氧化硅表面含有一定量的活性羟基，羟基的主要类型有：双羟基、隔离羟基和相邻羟基，不同的羟基具有不同的反应活性，羟基活性中心的存在使其具有补强性能，同时为其表面改性提供了反应官能团。

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