气相法二氧化硅生产过程及其应用特性

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1、气相法二氧化硅生产过程及其应用特性                    高士忠，李建强，赵耀，赵莉           （沈阳化工股份有限公司，辽宁，沈阳110026）     摘要：介绍了气相法二氧化硅的生产过程、作用机理及应用特性。     关键词：气相法二氧化硅；生产过程；应用特性气相法二氧化硅学名二氧化硅，为工业上独特 的超微细纳米级材料。具有粒度小，超高比表面积 （100～400 m2/g），纯度高等特性，表现出优越的分散 性、补强性、增稠性、触变性、消光性、电绝缘性及表 面处理后的疏水性等。广泛应用于航空航天、橡胶、 涂料、电子电

2、力、汽车、建筑、农业、医药等领域中，发 达国家称其为“工业味精”。1气相法二氧化硅生产过程二氧化硅有2种主要生产路线，一个是高温气 相水解法，即气相法或称干法，一个是湿法，即沉淀 法。由于二者的原料路线，生产过程不同，在应用过 程中，气相法二氧化硅使用性能要明显优于沉淀法 二氧化硅。气相法二氧化硅是利用硅的氯化物在氢氧焰中 燃烧进行高温气相水解，其火焰温度＞1 000℃，经过 凝聚、分离、脱酸、筛选等精制过程生产而成。总反应式：SiCl4＋2H2＋O2→SiO2＋4HCl其生产工艺过程示意图如图1。沉淀法二氧化硅是采用硅酸钠为原料与浓硫酸 在液

3、相中发生反应，经过液相分离、中和、脱水、干 燥、机械研磨等过程生产而成。由于原料价格低廉， 生产成本远远低于气相法二氧化硅。 气相法二氧化硅比沉淀法二氧化硅具有无与伦 比的优越性能，如分散性、触变性、增稠性及在橡胶 行业的补强性和在电子工业方面的绝缘性等。2气相法二氧化硅的作用机理2．1在液态体系中的作用机理由于气相法二氧化硅的表面带有大量的羟基， 这些羟基会在气相法二氧化硅的聚集体之间形成氢 键，当其充分分散于液态体系中时，便形成二氧化硅 的网状结构。其排列如图2所示。这种网格能增加液体的黏度，并产生触变现象。 触变是液体的物理现象，当对液相

4、体系施加剪切力 后，使二氧化硅聚集体之间形成的氢键断裂，液相体 系的黏度下降，当停止施加剪切力后，聚集体又依靠 氢键重新建立起网络结构，当剪切力完全消失后，液 相体系的黏度可恢复到初始值。触变现象在很多应用领域中发挥优良作用，如 涂料、胶粘剂、密封胶等。由二氧化硅粒子的网状结构所造成的黏度升高 可以提高液相体系的流变性能并防止其沉降。提高 液相体系的流动速度，可以使黏度降低，而静止后， 随着网状结构的恢复，流动性又明显下降。此种特性 可以广泛应用于机械喷涂液相物料中，得到更好的 喷涂效果。为得到良好的流变效果，二氧化硅粒子在液相 体系中的适度分

5、散是一个决定性的因素，但过度分 散会造成二氧化硅粒子之间的网状结构遭到彻底破 坏，即使长时间停止施加剪切力，其网状结构也很难 恢复。2．2在干燥体系中的作用机理气相法二氧化硅在干燥体系中可以通过不同机 理起到不同的作用。例如，将其加入颗粒体系中能促 进自由流动，将其加入涂膜中能增加磨擦和抗粘连。2．2.1自由流动在粉末状、颗粒状等物质中加入少量的气相法 二氧化硅，就能起到促进自由流动、防结块和防阻塞 等作用。二氧化硅聚集体的微观结构使它很容易在 干燥体系的大颗粒之间移动，并且在多数情况下，它 可在粉末状物质的颗粒表面形成一层包膜，使得颗 粒像可

6、滑移的滚球轴承一样，使大颗粒很容易滑动。 这种特性有助于物料通过像阀门、喷头等带有小孔 的设备。非处理型二氧化硅能够吸附存在于产品颗粒表 面上少量水分，防止粉末产品由于相互接触而结块。 同时由于有特异的分散性，可以增强粉末产品的流 动性。2．2.2增加摩擦将气相法二氧化硅加入涂料中，在涂料成膜后， 二氧化硅颗粒一方面坚固地嵌在涂膜中，聚集体的 颗粒部分暴露于成膜后的涂料表面上，形成的微观 结构使涂膜表面不滑和不粘连，摩擦系数大大提高。 如用经表面处理的气相法二氧化硅加入涂料中，可 使涂料具有防水性。2．2．3抗粘连塑料膜、塑胶板、纸张、纸板及其

7、他树脂材料在 生产后，通常都要贮存一段时间才使用，由于其表面 间互相接触，就会发生粘连现象。气相法二氧化硅能 够防止其表面完全接触，起到防止粘连的作用。2．3在固态体系中的作用机理气相法二氧化硅对于交联的聚合物系统是一种 很有效的补强剂，这是由于气相法二氧化硅能够增 强固态体系的内聚力，聚集体的微小粒径和开放的 支链性质使得聚合物（添加剂）有较大的接触面积。 为获得高机械强度的硫化胶，单纯地依靠聚合物和 添加剂之间的交联是不够的，必须依靠气相法二氧 化硅表面含有的羟基基团，二氧化硅在有机硅化合 物中参与交联的示意图如图3所示。气相法二氧化硅粒子

8、依靠其表面的硅醇基形成 的氢键作用来促使二氧化硅粒子之间或二氧化硅粒 子与甲基聚硅氧烷之间的交联，从而极大地提高硫 化胶的机械强度。3应用特性3.1增