劉莉 段先健(廣州吉必盛科技實(shí)業(yè)有限公司，廣州)
氣相法白炭黑(學(xué)名氣相二氧化硅)是一種白色、無(wú)定形的無(wú)機(jī)超微顆粒，通常是利用氯硅烷在氫氧焰中高溫水解制得。氣相法白炭黑的特殊結(jié)構(gòu)使其產(chǎn)生很高的表面活性和強(qiáng)烈的成鍵趨向，可廣泛應(yīng)用于硅橡膠、膠粘劑、油漆、涂料、油墨、紙張、化妝品、醫(yī)藥、航空、食品等領(lǐng)域，起到補(bǔ)強(qiáng)、增稠、觸變、消光、防流掛、吸附和殺菌等作用，是國(guó)家高技術(shù)領(lǐng)域和國(guó)防工業(yè)急需的、必不可少的原材料。但另一方面，氣相法白炭黑表面含有大量的羥基等極性基團(tuán)，使原生粒子之間極易相互碰撞而聚集在一起，形成微米級(jí)的二氧化硅二次聚集體，二次聚集體之間進(jìn)一步相互作用，形成尺寸較大的二氧化硅附聚體。這就影響了氣相法白炭黑在有機(jī)聚合物中的分散性、相溶性以及其特殊性能的發(fā)揮，甚至導(dǎo)致在某些有特殊要求的領(lǐng)域中無(wú)法使用。因此常常需要對(duì)其進(jìn)行表面改性，以拓寬氣相法白炭黑的應(yīng)用領(lǐng)域。表面改性就是使二氧化硅粒子表面的活性羥基與有機(jī)化合物發(fā)生縮合反應(yīng)而在二氧化硅表面覆蓋一層有機(jī)分子，使二氧化硅表面由親水性變?yōu)槭杷裕瑥亩纳贫趸枧c有機(jī)物分子之間的浸潤(rùn)性、分散性、界面結(jié)合強(qiáng)度，提高材料的綜合性能和產(chǎn)品的附加值。
1氣相法白炭黑的改性方法
氣相法白炭黑的表面改性方法早期主要是采用間歇式處理工藝，也叫濕法處理，其主要有兩種方法，一是將干燥的白炭黑與改性劑及有機(jī)溶劑(苯、甲苯等)組成的溶液一起加熱煮沸，回流反應(yīng)，然后干燥。二是將干燥的白炭黑配制成溶液漿料，加入水溶性有機(jī)溶劑如醇類或表面活性劑等，然后加入改性劑進(jìn)行有機(jī)硅烷化反應(yīng)。
濕法處理的特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，容易控制，但是效率低，表面處理劑浪費(fèi)大，而且在處理過(guò)程中需要加入有機(jī)溶劑，后處理中容易造成污染。目前世界多數(shù)采用干法處理工藝，它是采用干燥的白炭黑與處理劑蒸汽在固定的反應(yīng)器或流化床反應(yīng)器中于高溫條件下接觸反應(yīng)。其特點(diǎn)是工藝比較復(fù)雜，控制比較困難，但是它容易與生產(chǎn)裝置相連接，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。氣相法白炭黑的表面處理水平代表著這個(gè)國(guó)家氣相法白炭黑工業(yè)的水平，目前國(guó)際上氣相法白炭黑表面處理是朝著連續(xù)、可控、節(jié)能、高效、環(huán)保方向發(fā)展，其中代表公司是Wacker、Degussa等公司。它們都采用連續(xù)化在線表面處理：在氣相法白炭黑的生產(chǎn)過(guò)程中引入表面處理劑，直接出來(lái)的就是表面處理型產(chǎn)品。這種工藝的特點(diǎn)處理效率高，產(chǎn)品處理均勻而反應(yīng)尾氣循環(huán)利用，沒(méi)有環(huán)境污染。目前世界發(fā)達(dá)國(guó)家采用的氣相法白炭黑表面處理典型的工藝流程如下：
2氣相法白炭黑的改性機(jī)理
表面處理的目的就是利用有機(jī)物與硅羥基反應(yīng)，把有機(jī)基團(tuán)以化學(xué)鍵連接到氣相法白炭黑表面，從而使氣相法白炭黑表面呈現(xiàn)永久的疏水性質(zhì)，經(jīng)過(guò)表面處理后，降低了氣相法白炭黑的表面硅羥基數(shù)量，提高了其與有機(jī)物的相容性以及分散性。理論上只要能夠與硅羥基反應(yīng)的物質(zhì)都可以用作氣相法白炭黑的表面處理劑，工業(yè)上常用的是有機(jī)硅烷(二甲基二氯硅烷、八甲基環(huán)四硅氧烷、三甲基氯烷，有機(jī)硅氧烷、有機(jī)硅氮烷和有機(jī)鹵硅烷等)，胺類化合物和醇類化合物。其原理如下：
3疏水氣相法白炭黑的應(yīng)用
氣相法白炭黑經(jīng)過(guò)表面處理后，大大拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域，提高了它與有機(jī)物的相容性以及它與有機(jī)物的相互作用力，因而可以大大提高材料的性能。而且還可以根據(jù)應(yīng)用需要，選擇合適的表面處理劑對(duì)氣相法白炭黑進(jìn)行表面處理，因而增強(qiáng)了氣相法白炭黑的功能性、可設(shè)計(jì)性。表1給出了一些疏水氣相法白炭黑主要物性及其應(yīng)用領(lǐng)域。
