​涂料助剂--气相二氧化硅有哪些独特的结构和性能?

更新时间:2021-09-17访问量:39

  我们都知道,气相二氧化硅是通过卤硅烷在氢氧焰中高温水解缩合而得到的一种*细粉体材料(图1是气相二氧化硅合成原理示意图)。由于其独特的制备工艺,使得它具有与其他二氧化硅产品不同的结构和独特的性能。


  那么气相二氧化硅到底有哪些独特的结构和性能呢?


  (1)独特的“三维枝状”结构


  由于气相二氧化硅在生产过程中,首先是卤硅烷水解缩合成单个的二氧化硅微粒,然后逐渐长大成7-40纳米的球形颗粒,该颗粒称作二氧化硅的“原生粒子”(PrimaryParticle)。


  “原生粒子”在反应炉内随着火焰方向继续向前运动,粒子之间相互碰撞,此时由于反应炉内温度还比较高,粒子还接近于熔融状态,粒子碰撞后熔接在一起,形成由多个球状粒子熔接在一起的三维枝状结构的粒子,称为二氧化硅的“聚集体”(AggregateParticle)。由于聚集体中的粒子是相互熔接在一起的,因此是稳定的结构,几乎不可能分开的。


  二氧化硅“聚集体”在管道内随着气流继续向前运动、碰撞,然后相互连接在一起,形成絮状的蓬松的粉体,称作二氧化硅的“附聚体”(AgglomerateParticle)。由于此时管道内的温度较低,“聚集体”之间的连接只是通过物理吸附连接在一起,是一种不稳定的结构,在一定的机械力下,是可分开的(可分散的)。


  (2)表面活性高


  气相二氧化硅在高温水解缩合过程中,表面还残留有部分硅羟基(Si-OH),表面硅羟基的存在,使得气相二氧化硅的表面极性较强,表面活性较高。图4是气相二氧化硅表面结构示意图


  从图中可以看出,气相二氧化硅表面存在“硅氧基”和“硅羟基”,其中的硅羟基具有较高的活性,可以形成氢键,或者与其它基团反应,这也保证了二氧化硅粒子之间能形成稳定的网络,同时与其它介质之间具有良好地相互作用,使得二氧化硅呈现出良好的增强、增韧;增稠触变以及防沉降等性能。


  另外,硅羟基的存在,也为气相二氧化硅的表面修饰提供可能,选择不同结构的表面改性剂与硅羟基进行反应,把一些功能性基团接枝到气相二氧化硅表面,从而使得气相二氧化硅的功能更加多样化。


  (3)粒径小,比表面积大


  气相二氧化硅的“原生粒径”为7-40nm,这是一个什么概念呢?我们可以从下面这个表中的数据对比来理解。如果我们把一个气相二氧化硅粒子放大到一个标准足球那么大,需要放大3千万倍左右;如果按等比例,把足球放大3千万倍左右,那它将变得跟火星差不多大。


  由于气相二氧化硅的粒径小,使得它的比表面积非常大,通常气相二氧化硅的比表面为100-400m2/g。通常我们一套150m2的房子,其室内面积也就120m2左右,即使用目前市场通用*低比表面积的气相二氧化硅产品(如HL-150),不到1g,其比表面积就可以覆盖整个房子室内面积!而如果像比表面积高的产品(如HL-380),仅18.8g产品,其比表面积就相当于一个标准足球场的面积那么大!


  正是由于气相二氧化硅粒径小、比表面积大的特性,使得它具有良好的吸附性能,可广泛应用与催化剂、食品、医药、保温材料等领域,起着吸附、防结块、隔热等功能。


  此外,气相二氧化硅还具有堆积密度小、孔隙率高等等一系列独特性能,这都与气相二氧化硅独特的生产工艺分不开;而这些独特的结构和性能,也为气相二氧化硅带来与其他二氧化硅不同的独特应用性能。


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