silika, juga dikenali sebagai silikon dioksida, adalah bukan organik yang penting kimia bahan mentah. Oleh kerana struktur permukaannya yang unik dan morfologi zarah, silika mempamerkan kestabilan yang sangat baik, keupayaan pengukuhan, tingkah laku penebalan dan thixotropy. Ciri-ciri ini menjadikannya pengisi bukan organik yang penting dalam banyak bidang seperti getah, salutan dan plastik. Walau bagaimanapun, untuk membuka potensi sepenuhnya dan meningkatkan keserasian dengan pelbagai matriks organik, pengubahsuaian permukaan silika sering digunakan. Proses ini adalah kunci untuk menyesuaikan sifatnya untuk aplikasi tertentu.
Pengubahsuaian Permukaan daripada Silika
Struktur polisiloksana dalaman dan kumpulan silanol aktif permukaan menjadikan silika termendak sangat hidrofilik, mengakibatkan kebolehbasahan dan keterserakan yang lemah dalam fasa organik. Kumpulan hidroksil pada permukaan menyumbang kepada tenaga permukaan yang tinggi, menyebabkan aglomerasi yang menjejaskan prestasi produk. Semasa pengeluaran, ini membawa kepada pengagregatan, hidrofilik, kos tinggi, kecekapan rendah dan penggunaan tenaga yang berat. Di bawah tekanan persekitaran yang semakin meningkat, mengurangkan kos, meningkatkan kecekapan, dan meningkatkan hidrofobisiti permukaan telah menjadi sangat penting.
Terdapat tiga jenis kumpulan hidroksil pada permukaan silika:
- Kumpulan hidroksil terpencil, yang bebas dan tidak terjejas;
- Kumpulan hidroksil geminal, di mana dua hidroksil terikat pada atom silikon yang sama;
- Kumpulan hidroksil yang berkaitan, yang terikat hidrogen antara satu sama lain.
Permukaan pengubahsuaian silika melibatkan penggunaan pengubah suai yang bertindak balas secara kimia dengan kumpulan hidroksil permukaan ini untuk mengeluarkan atau mengurangkan kumpulan silanol, dengan itu mengubah sifat permukaan.
Proses Pengubahsuaian Permukaan
Berdasarkan sifat pengubahsuai, pengubahsuaian permukaan boleh dikelaskan kepada organik dan bukan organik pengubahsuaian. Antaranya, pengubahsuaian organik adalah yang paling banyak digunakan. Teknologi utama untuk pengubahsuaian organik ialah rawatan organosilan, di mana kumpulan berfungsi organik menggantikan kumpulan hidroksil pada permukaan silika.
Kaedah pengubahsuaian organik biasanya dibahagikan kepada kaedah haba kering, basah dan bertekanan. Pada masa ini, negara maju terutamanya menggunakan kaedah kering untuk mengubah suai silika wasap.
Kelebihan Kaedah Kering:
- Proses mudah dengan langkah selepas rawatan yang lebih sedikit.
- Penyepaduan mudah dengan proses pengeluaran silika wasap.
- Sesuai untuk pengeluaran perindustrian berskala besar.
Kelemahan Kaedah Kering:
- Penggunaan pengubahsuai yang tinggi.
- Memerlukan standard peralatan yang tinggi dan keadaan operasi yang ketat.
- Kos pengeluaran yang agak tinggi.
The kaedah pengubahsuaian basah juga biasa digunakan dan terutamanya merangkumi dua pendekatan:
Kelebihan Kaedah Basah:
- Penggunaan pengubah suai yang lebih rendah.
- Proses yang mudah dan keperluan peralatan yang lebih sedikit.
- Kos pengeluaran yang lebih rendah dan kawalan kualiti yang lebih baik.
Kelemahan Kaedah Basah:
- Proses selepas rawatan yang kompleks.
- Isu pencemaran alam sekitar.
- Sukar untuk ditingkatkan untuk pengeluaran besar-besaran perindustrian.
Satu lagi pendekatan pengubahsuaian basah melibatkan pengubahsuaian in-situ semasa proses pemendakan silika, yang boleh meningkatkan kecekapan dan penyepaduan.
Prinsip Pengubahsuaian dan Pengubahsuaian Biasa
Pengubah suai biasa termasuk silanes halogen organik, agen gandingan silane, sililamin, siloksan dan sebatian alkohol. Reagen ini secara kimia mengikat atau menggantikan kumpulan hidroksil permukaan pada silika, dengan itu meningkatkan hidrofobisiti, keterserakan, dan keserasian dengan bahan organik.
Aplikasi Silika Terubahsuai
Silika yang diubah suai adalah agen pengukuhan penting dalam produk getah, mengisi jurang di mana karbon hitam tidak boleh digunakan dalam bahan berwarna terang. Dalam pembuatan tayar, menambah silika yang diubah suai meningkatkan kekuatan mekanikal getah, mengurangkan kehilangan histerisis, merendahkan rintangan gelek, dan mengekalkan rintangan gelincir basah yang sangat baik.
Dalam pengedap dan pelekat, silika yang diubah suai meningkatkan kebolehserakan, keserasian dan ketahanan produk. Dalam salutan, silika berfungsi sebagai agen tikar biasa; penggunaan silika yang diubah suai meningkatkan penyebarannya dan mengurangkan isu pengagregatan atau pemendapan.
Berbanding dengan silika biasa, silika yang diubah suai menunjukkan prestasi keseluruhan yang lebih baik dan julat aplikasi yang lebih luas.
Kesimpulan
Silika terubah suai bukan sahaja mengekalkan sifat cemerlang silika biasa tetapi juga mempunyai ciri hidrofobisiti yang dipertingkatkan dan ciri permukaan yang lebih baik. Ini sangat meluaskan potensi aplikasi. Dengan pembangunan ekonomi yang berterusan, permintaan pasaran untuk silika diubah suai terus berkembang. Membangunkan teknologi pengeluaran yang mesra alam, kos efektif dan berskala besar untuk silika yang diubah suai telah menjadi hala tuju utama bagi pengeluar silika pada masa hadapan.