高分子產(chǎn)品存在于我們生活的方方面面，已經(jīng)成為了我們生活的必需品，咱們身邊無(wú)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(yè)的產(chǎn)品。而氣相二氧化硅（氣硅）作為萬(wàn)能的添加劑，在高分子工業(yè)有著神奇功效，可以很好的優(yōu)化高分子材料的性能，為我們帶來(lái)更加好用的高分子產(chǎn)品，下文一起來(lái)看看。

氣相二氧化硅(氣相法白炭黑)工藝簡(jiǎn)介：氣硅是一種技術(shù)含量很高的精細(xì)化學(xué)品，是無(wú)定型二氧化硅產(chǎn)品中的高端品種，但生產(chǎn)氣硅的技術(shù)門檻也相對(duì)較高。氣相法白炭黑是以無(wú)機(jī)硅或有機(jī)硅的鹵化物未原料在氫氧火焰生成的水中進(jìn)行高溫水解制得，其原料主要是采用SiCl₄（此原料可來(lái)源于多晶硅生產(chǎn)過(guò)程的副產(chǎn)物），CH₃SiCl₃（有機(jī)硅單體生產(chǎn)過(guò)程的副產(chǎn)物）或二者的混合物未原料，其制備的化學(xué)反應(yīng)式如下：

SiCl₄+H₂+O₂→SiO₂+4HCl

CH₃SiCl₃+2H₂+3O₂→SiO₂+CO₂+3HCl+2H₂O

氣相白炭黑（參考來(lái)源：WACKER）

親水&疏水氣硅產(chǎn)品特性：氣硅一種無(wú)定形二氧化硅產(chǎn)品，高純度白色蓬松白色粉末無(wú)毒無(wú)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(rùn)濕，易于在水中分散，從化學(xué)角度看，這些外觀蓬松的白色粉末由高純度（可＞99.8%）的無(wú)定形二氧化硅構(gòu)成。憎水性（疏水性）氣硅可以通過(guò)親水性氣硅與反應(yīng)活性硅烷（例如氯硅烷或六甲基二硅胺烷）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而制得，它具有憎水性，因而不能在水中分散。為了解決工業(yè)中一些特殊的技術(shù)問(wèn)題，各種型號(hào)的疏水性氣相二氧化硅被研發(fā)出來(lái)，其技術(shù)性能在一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域可以得到優(yōu)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(huán)氧樹(shù)脂體系內(nèi)。疏水性氣相二氧化硅產(chǎn)品的特點(diǎn)是：低吸濕性、很好的分散性、即使對(duì)于極性體系也有流變調(diào)節(jié)能力。

接下來(lái)，我們來(lái)看看氣相二氧化硅在高分子工業(yè)領(lǐng)域的典型應(yīng)用領(lǐng)域及其獨(dú)特功效。

1、硅橡膠及其他橡膠--補(bǔ)強(qiáng)劑

硅橡膠是指主鏈由硅和氧原子交替構(gòu)成，硅原子上通常連有兩個(gè)有機(jī)基團(tuán)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(jié)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(dá)-73℃。硅橡膠的耐熱性能也很突出，在180℃下可長(zhǎng)期工作，稍高于200℃也能承受數(shù)周或更長(zhǎng)時(shí)間仍有彈性，瞬時(shí)可耐300℃以上的高溫。硅橡膠的透氣性好，氧氣透過(guò)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(huì)導(dǎo)致凝血的突出特性，因此在醫(yī)用領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

硅橡膠系列產(chǎn)品的具體分類

未經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)的硅橡膠，其強(qiáng)度一般只有0.3MaP，幾乎不能使用。經(jīng)氣相二氧化硅填充后，材料的內(nèi)部微觀相互作用發(fā)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(jié)以及因機(jī)械力所致的機(jī)械纏結(jié)外，還存在氣相二氧化硅聚集體間氫鍵的強(qiáng)的相互作用、二氧化硅與聚合物間強(qiáng)的吸附或鍵聯(lián)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(qiáng)的相互纏結(jié)作用，使得界面粘結(jié)得到顯著的改善，在硅橡膠內(nèi)部形成了聚合物大分子鏈貫穿板碳黑網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，從而賦予了材料優(yōu)越的綜合性能。

網(wǎng)紅標(biāo)配產(chǎn)品

氣相二氧化硅能大幅度提高膠料的物理機(jī)械性能、減少膠料滯后、降低輪胎的滾動(dòng)阻力而又不損失抗?jié)窕滥芏艿綇V泛關(guān)注，因此在硅橡膠外的其它有機(jī)橡膠中的應(yīng)用也越來(lái)越廣，其補(bǔ)強(qiáng)效果完全達(dá)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(jié)能降耗的綠色輪胎

2、在膠粘劑及密封膠中的應(yīng)用

氣相二氧化硅產(chǎn)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(tài)時(shí)可剪切變稀以便于擠出應(yīng)用；密封劑的補(bǔ)強(qiáng)作用。

氣相二氧化硅的增稠以及觸變作用機(jī)理是當(dāng)其在密封膠和膠粘劑中分散后，不同顆粒間通過(guò)其表而的硅醇基產(chǎn)生氫鍵作用，形成一個(gè)二氧化硅聚集體網(wǎng)絡(luò)，使體系的流動(dòng)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(wǎng)絡(luò)受到破壞，導(dǎo)致體系粘度下降，發(fā)生觸變效應(yīng)，便于施工。一旦剪切力消除，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可重新形成，有效防止了膠料在固化過(guò)程中的流掛。

常見(jiàn)膠粘劑材料類型：環(huán)氧樹(shù)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(chǔ)穩(wěn)定性。

常見(jiàn)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(bǔ)強(qiáng)性能、觸變性、自由流動(dòng)性、機(jī)械性能等。

3、在塑料制品中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的對(duì)塑料增韌的方法是在基體中加入橡膠類物質(zhì)，該法雖然使材料的韌性大幅度提高，但同時(shí)也使材料的強(qiáng)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(wú)機(jī)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(gè)常見(jiàn)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(fù)合材料。

環(huán)氧樹(shù)脂是一個(gè)應(yīng)用廣泛的樹(shù)脂材料，為了達(dá)到某些目的，通常會(huì)在其基體中加入許多填料，但這樣做的后果是讓環(huán)氧樹(shù)脂材料脆性變大。在環(huán)氧樹(shù)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(qiáng)度降低的缺陷，達(dá)到增強(qiáng)增韌的目的。當(dāng)添加量為3wt%時(shí)，可使復(fù)合體系沖擊強(qiáng)度提高40%，拉伸強(qiáng)度等提高21%。同時(shí)，環(huán)氧樹(shù)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(yīng)用

我國(guó)是涂料生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，但當(dāng)前涂料普遍存在懸浮穩(wěn)定性、觸變性、耐候性、耐洗刷性等性能較差的問(wèn)題，尤其是涂料水性化的發(fā)展路線更是觸發(fā)了這問(wèn)題的解決需求，致使每年要進(jìn)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(jié)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(zhì)更加優(yōu)秀。此外，針對(duì)于粉末涂料而言，適當(dāng)?shù)挠H水氣相二氧化硅添加對(duì)流動(dòng)性幫助非常的大，另外在一些特定情況下，疏水性產(chǎn)品的添加可減少水分的吸收，從而延長(zhǎng)儲(chǔ)存期。

在銅系復(fù)合導(dǎo)電體系中，導(dǎo)電粒子懸浮并分散于基料樹(shù)脂中，由于二者相對(duì)質(zhì)量的差異(銅為8.9，樹(shù)脂為1.1)、表面性質(zhì)的差異，使導(dǎo)電粒子常趨于沉淀狀態(tài)。特別是在存儲(chǔ)的期間，金屬粒子往往會(huì)絮凝而沉積在容器的底部產(chǎn)生沉淀，嚴(yán)重時(shí)團(tuán)聚成難以分散的硬塊，導(dǎo)致產(chǎn)品的報(bào)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(dá)到1.5%時(shí)即可大大限制導(dǎo)電粉的沉降。

5、在觸變性聚酯\膠衣樹(shù)脂中的應(yīng)用

膠衣樹(shù)脂在復(fù)合材料行業(yè)說(shuō)的就是聚酯膠衣，也叫面漆或者膠衣等等，本質(zhì)上膠衣樹(shù)脂就是由聚酯樹(shù)脂、色漿、觸變劑和填充料等構(gòu)成的表面涂裝材料。

在觸變性的聚酯樹(shù)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(shè)計(jì)的要求，另一方面，由于樹(shù)脂具有了觸變性，減少了樹(shù)脂的流淌和滴落，減少了樹(shù)脂的浪費(fèi)，保護(hù)了生產(chǎn)環(huán)境。根據(jù)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局規(guī)定，手糊成型玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚醋樹(shù)脂食品容器所用的膠衣層和富樹(shù)脂層，除作觸變劑用的氣相二氧化硅外，不得加人其他無(wú)機(jī)填料。

參考資料：

1、氣相二氧化硅生產(chǎn)及其在高分子工業(yè)中的應(yīng)用，廣州吉必時(shí)科技實(shí)業(yè)有限公司。

編輯：粉體圈小白