馮欽邦 劉莉 龍成坤(廣州吉必盛科技實業(yè)有限公司，廣州510450)
氣相法白炭黑為無定形白色粉末，是一種無毒、無味、無污染的無機納米材料，廣泛應(yīng)用于高分子復(fù)合材料、硅橡膠、涂料、電子封裝材料、陶瓷、塑料、玻璃鋼、密封劑、造紙、食品、化妝品、膠衣樹脂、化學(xué)機械拋光等行業(yè)。可起到補強、增稠、觸變、消光等作用。但是由于氣相法白炭黑表面存在不飽和鍵和不同鍵態(tài)的羥基(孤立硅羥基、偕硅羥基等)，因而其表面欠氧而偏離了穩(wěn)定的硅氧鍵結(jié)構(gòu)，很容易產(chǎn)生團聚而使得氣相法白炭黑的小尺寸效應(yīng)不能充分發(fā)揮，限制其使用性能。本文簡要介紹氣相法白炭黑產(chǎn)生團聚的原因，并介紹利用化學(xué)改性解決氣相法白炭黑團聚問題及其表面改性效果的表征。
1氣相法白炭黑團聚的機理
引起氣相法白炭黑團聚的原因很多，有關(guān)機理尚需進一步研究。但歸納起來主要是以下幾個方面：(1)分子間作用力(范德華力等)、氫鍵、靜電作用等通常是引起氣相法白炭黑團聚的因素;(2)由于氣相法白炭黑粒子的量子隧道效應(yīng)和界面原子的相互耦合，使得氣相法白炭黑粒子極易通過界面發(fā)生相互作用而團聚;(3)由于氣相法白炭黑粒子比表面積巨大及其表面含有數(shù)量較多的羥基，使其與空氣接觸后，極易吸附空氣中的水分，導(dǎo)致團聚;(4)氣相法白炭黑具有極高的表面能和存在不飽和鍵，因而其粒子尺寸很難保持不變。顯然，防止團聚現(xiàn)象發(fā)生，獲得粒徑小、分散性好的氣相法白炭黑納米粒子，是氣相法白炭黑應(yīng)用的關(guān)鍵問題。
2氣相法白炭黑表面化學(xué)改性機理
氣相法白炭黑表面化學(xué)改性是解決氣相法白炭黑粉體團聚的主要措施之一。氣相法白炭黑表面化學(xué)改性是指利用有機物與硅羥基反應(yīng)，把有機基團以化學(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)。通過改性可明顯提高氣相法白炭黑粉體儲運和應(yīng)用性能。
經(jīng)過表面處理后，降低了氣相法白炭黑表面硅羥基數(shù)量，提高了其與有機物的相容性以及分散性，使氣相法白炭黑粉體表面產(chǎn)生新的物理、化學(xué)、機械性能。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，有機硅氧烷、有機硅氮烷和有機鹵硅烷等)，胺類化合物和醇類化合物。其原理如下：
(1)有機硅烷處理
3氣相法白炭黑表面改性效果的表征目前對氣相法白炭黑表面改性效果的表征還沒有普遍的方法。下面簡單介紹幾種常用表征氣相法白炭黑表面改性效果的方法。
(1)接觸角法
氣相法白炭黑經(jīng)過表面改性后，通過測量其與介質(zhì)的接觸角，評價其與介質(zhì)之間的潤濕性，反映氣相法白炭黑親油的程度，從而判斷氣相法白炭黑改性效果。
(2)粘度法
把氣相法白炭黑和有機介質(zhì)混合，通過測定其混合后粘度大小來評定氣相法白炭黑表面改性的好壞。在原料和溫度相同的情況下，如果混合后的粘度低，則改性效果好。反之則改性效果差。
(3)比表面積法
由于氣相法白炭黑經(jīng)過表面改性后，改性劑和氣相法白炭黑表面的硅羥基發(fā)生化學(xué)鍵合，從而屏蔽氣相法白炭黑表面的一部分微孔，從而導(dǎo)致改性后的氣相法白炭黑的比表面積下降，因此通過測定氣相法白炭黑改性后比表面積的大小，可以在一定程度上判別氣相法白炭黑表面改性效果的好壞。對于比表面積相同的親水型氣相法白炭黑來說，其改性效果越好，則其比表面積下降也就越多。
4羥基含量的測定
因為氣相法白炭黑表面的化學(xué)改性是指利用有機物與硅羥基反應(yīng)，把有機基團以化學(xué)鍵連接到氣相法白炭黑表面，因此通過測定改性后氣相法白炭黑表面硅羥基的含量，可以在一定程度上反映出氣相法白炭黑表面改性效果的好壞，一般來說，改性效果越好，其表面硅羥基也就越少。
5甲醇值的測定
甲醇值的大小可以反映出氣相法白炭黑在有機介質(zhì)中分散程度的好壞，將經(jīng)過表面改性的氣相法白炭黑置于V mL水中，加入甲醇，當漂于水面的氣相法白炭黑完全潤濕時，記下甲醇的加入量為n mL，則其甲醇值為m=n/(V+n)×100%6碳含量的測定
利用紅外碳硫分析儀(帶有高頻感應(yīng)燃燒爐)。將覆蓋有合適助熔劑的樣品通過高頻燃燒，生成的CO2、SO2通過紅外感應(yīng)檢測出樣品的碳的含量。見圖1。
通過碳含量的測定可以定量判斷氣相法白炭黑表面改性效果的好壞。當然，利用不同改性劑處理不同比表面積的氣相法白炭黑，其改性后的碳含量是不同的。表1給出了吉必盛公司生產(chǎn)的改性后的氣相法白炭黑(疏水氣相法白炭黑)的主要物性及其應(yīng)用領(lǐng)域。
