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气相二氧化硅在高分子工业的应用

时间:2021-06-03 点击: 1055

高分子产品存在于我们生活的方方面面,已经成为了我们生活的必需品,咱们身边无处不在的塑料、橡胶、硅橡胶、化纤、涂料、密封胶、胶粘剂等都是高分子工业的产品。而气相二氧化硅(气硅)作为万能的添加剂,在高分子工业有着神奇功效,可以很好的优化高分子材料的性能,为我们带来更加好用的高分子产品,下文一起来看看。

气相二氧化硅(气相法白炭黑)工艺简介:气硅是一种技术含量很高的精细化学品,是无定型二氧化硅产品中的高端品种,但生产气硅的技术门槛也相对较高。气相法白炭黑是以无机硅或有机硅的卤化物未原料在氢氧火焰生成的水中进行高温水解制得,其原料主要是采用SiCl4(此原料可来源于多晶硅生产过程的副产物),CH3SiCl3(有机硅单体生产过程的副产物)或二者的混合物未原料,其制备的化学反应式如下:

SiCl4+H2+O2→SiO2+4HCl

CH3SiCl3+2H2+3O2→SiO2+CO2+3HCl+2H2O

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气相白炭黑(参考来源:WACKER)

亲水&疏水气硅产品特性:气硅一种无定形二氧化硅产品,高纯度白色蓬松白色粉末无毒无臭,原生粒径在5~50nm之间,聚集体粒径约为100-500纳米,比表面积100~400m2/g。表面未处理的气相二氧化硅聚集体是含有多种硅羟基,可用水润湿,易于在水中分散,从化学角度看,这些外观蓬松的白色粉末由高纯度(可>99.8%)的无定形二氧化硅构成。憎水性(疏水性)气硅可以通过亲水性气硅与反应活性硅烷(例如氯硅烷或六甲基二硅胺烷)发生化学反应而制得,它具有憎水性,因而不能在水中分散。为了解决工业中一些特殊的技术问题,各种型号的疏水性气相二氧化硅被研发出来,其技术性能在一些特定的应用领域可以得到优化,可以使之有效改善许多液体聚合物体系的流变特性,尤其是在环氧树脂体系内。疏水性气相二氧化硅产品的特点是:低吸湿性、很好的分散性、即使对于极性体系也有流变调节能力。

接下来,我们来看看气相二氧化硅在高分子工业领域的典型应用领域及其独特功效。


01
硅橡胶及其他橡胶--补强剂

硅橡胶是指主链由硅和氧原子交替构成,硅原子上通常连有两个有机基团的橡胶。普通的硅橡胶主要由含甲基和少量乙烯基的硅氧链节组成。苯基的引入可提高硅橡胶的耐高、低温性能,三氟丙基及氰基的引入则可提高硅橡胶的耐温及耐油性能。硅橡胶耐低温性能良好,一般在-55℃下仍能工作。引入苯基后,可达-73℃。硅橡胶的耐热性能也很突出,在180℃下可长期工作,稍高于200℃也能承受数周或更长时间仍有弹性,瞬时可耐300℃以上的高温。硅橡胶的透气性好,氧气透过率在合成聚合物中是最高的。此外,硅橡胶还具有生理惰性、不会导致凝血的突出特性,因此在医用领域应用广泛。

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硅橡胶系列产品的具体分类

未经补强的硅橡胶,其强度一般只有0.3MaP,几乎不能使用。经气相二氧化硅填充后,材料的内部微观相互作用发生了很大的变化,除存在分子链间弱的范德华力所致大分子链间的缠结以及因机械力所致的机械缠结外,还存在气相二氧化硅聚集体间氢键的强的相互作用、二氧化硅与聚合物间强的吸附或键联作用、吸附在二氧化硅聚集体表面的聚合物大分于链间的强的相互缠结作用,使得界面粘结得到显著的改善,在硅橡胶内部形成了聚合物大分子链贯穿板碳黑网络的结构,从而赋予了材料优越的综合性能。

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网红标配产品

气相二氧化硅能大幅度提高胶料的物理机械性能、减少胶料滞后、降低轮胎的滚动阻力而又不损失抗湿滑睦能而受到广泛关注,因此在硅橡胶外的其它有机橡胶中的应用也越来越广,其补强效果完全达到了炭黑的水平,且又克服了炭黑的黑色污染,可广泛用于彩色高档橡胶制品。

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节能降耗的绿色轮胎
2
在胶粘剂及密封胶中的应用

气相二氧化硅产品可以为胶粘剂和密封剂提供以下性能:增加粘度;防止颜料、填料的沉降;防流挂;高剪切状态时可剪切变稀以便于挤出应用;密封剂的补强作用。

气相二氧化硅的增稠以及触变作用机理是当其在密封胶和胶粘剂中分散后,不同颗粒间通过其表而的硅醇基产生氢键作用,形成一个二氧化硅聚集体网络,使体系的流动性受到限制,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网络受到破坏,导致体系粘度下降,发生触变效应,便于施工。一旦剪切力消除,这种网络结构可重新形成,有效防止了胶料在固化过程中的流挂。

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常见胶粘剂材料类型:环氧树型,聚氨酯型、聚氯丁二烯型等;重视特性:增稠、触变性、抗沉降、加工助剂、提高粘合力、存储稳定性。

常见密封胶材料类型:丙烯酸酯、聚硫化物(聚硫橡胶)、聚氨酯、RTV-1硅橡胶;重视特性:补强性能、触变性、自由流动性、机械性能等。

3
在塑料制品中的应用

传统的对塑料增韧的方法是在基体中加入橡胶类物质,该法虽然使材料的韧性大幅度提高,但同时也使材料的强度及加工性能等大幅度下降。

气相法白炭黑增韧塑料的增韧原理是无机刚性粒子增韧,它被添加到塑料中后,可以在不削弱材料刚性的前提下提高材料的韧性,甚至还能提高材料塑料制品的致密性、刚性、光洁度和耐磨性能。一个常见的案例是将气相法白炭黑均匀分布在聚乙烯基体中可制得高耐磨、高硬度的聚乙烯复合材料。

环氧树脂是一个应用广泛的树脂材料,为了达到某些目的,通常会在其基体中加入许多填料,但这样做的后果是让环氧树脂材料脆性变大。在环氧树脂中添加气相二氧化硅可明显改善其脆性,可以克服弹性体增韧而致的材料刚性和强度降低的缺陷,达到增强增韧的目的。当添加量为3wt%时,可使复合体系冲击强度提高40%,拉伸强度等提高21%。同时,环氧树脂耐紫外线老化能力也比较差,在其基体中添加具有紫外反射能力的气相二氧化硅也能让它具有抵抗/延缓紫外老化的能力。
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在涂料中的应用

我国是涂料生产和消费大国,但当前涂料普遍存在悬浮稳定性、触变性、耐候性、耐洗刷性等性能较差的问题,尤其是涂料水性化的发展路线更是触发了这问题的解决需求,致使每年要进口大量的高档涂料。在涂料中加人少许气相法白炭黑,可提供防结块、防流挂、乳化性、消光性、悬浮、增稠和触变等功能,可以让涂料品质更加优秀。此外,针对于粉末涂料而言,适当的亲水气相二氧化硅添加对流动性帮助非常的大,另外在一些特定情况下,疏水性产品的添加可减少水分的吸收,从而延长储存期。

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在铜系复合导电体系中,导电粒子悬浮并分散于基料树脂中,由于二者相对质量的差异(铜为8.9,树脂为1.1)、表面性质的差异,使导电粒子常趋于沉淀状态。特别是在存储的期间,金属粒子往往会絮凝而沉积在容器的底部产生沉淀,严重时团聚成难以分散的硬块,导致产品的报废,因此必须加人防沉剂存放。研究表明,在特定体系下,气相二氧化硅的添加量达到1.5%时即可大大限制导电粉的沉降。
5
在触变性聚酯\胶衣树脂中的应用

胶衣树脂在复合材料行业说的就是聚酯胶衣,也叫面漆或者胶衣等等,本质上胶衣树脂就是由聚酯树脂、色浆、触变剂和填充料等构成的表面涂装材料。

在触变性的聚酯树脂中,使用的添加剂SiO2几乎全部都是气相二氧化硅,一方面它可以使制品厚度更加均匀、收缩小,更加符合设计的要求,另一方面,由于树脂具有了触变性,减少了树脂的流淌和滴落,减少了树脂的浪费,保护了生产环境。根据国家技术监督局规定,手糊成型玻璃纤维增强不饱和聚醋树脂食品容器所用的胶衣层和富树脂层,除作触变剂用的气相二氧化硅外,不得加人其他无机填料。

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