Siliciumdioxide, ook bekend als siliciumdioxide, is een belangrijk anorganisch chemisch grondstof. Dankzij de unieke oppervlaktestructuur en deeltjesmorfologie vertoont silica een uitstekende stabiliteit, versterkend vermogen, verdikkingsgedrag en thixotropie. Deze eigenschappen maken het een cruciale anorganische vulstof in vele sectoren, zoals rubber, coatings en kunststoffen. Om het potentieel echter volledig te benutten en de compatibiliteit met diverse organische matrices te verbeteren, is het oppervlakte modificatie Vaak wordt silica gebruikt. Dit proces is essentieel om de eigenschappen ervan af te stemmen op specifieke toepassingen.
Oppervlaktemodificatie van Silica
De interne polysiloxaanstructuur en oppervlakteactieve silanolgroepen maken geprecipiteerde silica zeer hydrofiel, wat resulteert in een slechte bevochtigbaarheid en dispergeerbaarheid in organische fasen. De hydroxylgroepen op het oppervlak dragen bij aan een hoge oppervlakte-energie, wat leidt tot agglomeratie die de productprestaties beïnvloedt. Tijdens de productie leidt dit tot aggregatie, hydrofiliteit, hoge kosten, een lage efficiëntie en een hoog energieverbruik. Onder toenemende milieudruk zijn kostenverlaging, verbetering van de efficiëntie en verbetering van de hydrofobiciteit van het oppervlak bijzonder belangrijk geworden.
Er zijn drie soorten hydroxylgroepen op het silica-oppervlak:
- Geïsoleerde hydroxylgroepen, die vrij en onaangetast zijn;
- Geminale hydroxylgroepen, waarbij twee hydroxylgroepen aan hetzelfde siliciumatoom gebonden zijn;
- Geassocieerde hydroxylgroepen, die via waterstofbruggen met elkaar verbonden zijn.
Oppervlak modificatie van silica Hierbij wordt een modificator gebruikt die chemisch reageert met deze hydroxylgroepen op het oppervlak om silanolgroepen te verwijderen of te verminderen en zo de oppervlakte-eigenschappen te veranderen.
Oppervlaktemodificatieprocessen
Op basis van de aard van de modificator kan oppervlaktemodificatie worden ingedeeld in: organisch En anorganisch Modificaties. Organische modificatie is hiervan de meest gebruikte. De belangrijkste technologie voor organische modificatie is organosilaanbehandeling, waarbij organische functionele groepen hydroxylgroepen op het silica-oppervlak vervangen.
Organische modificatiemethoden worden over het algemeen onderverdeeld in droge, natte en drukverhitte methoden. Ontwikkelde landen gebruiken momenteel voornamelijk de droge methode voor het modificeren van pyrogene silica.
Voordelen van de droge methode:
- Eenvoudig proces met minder nabehandelingsstappen.
- Eenvoudige integratie in het productieproces van pyrogene silica.
- Geschikt voor grootschalige industriële productie.
Nadelen van de droge methode:
- Hoog verbruik van modifier.
- Vereist hoge apparatuurnormen en strikte bedrijfsomstandigheden.
- Relatief hoge productiekosten.
De natte modificatiemethode wordt ook vaak gebruikt en omvat hoofdzakelijk twee benaderingen:
Voordelen van de natte methode:
- Lager modifierverbruik.
- Eenvoudig proces en minder apparatuur nodig.
- Lagere productiekosten en betere kwaliteitscontrole.
Nadelen van de natte methode:
- Complex nabehandelingsproces.
- Problemen met milieuvervuiling.
- Moeilijk op te schalen voor industriële massaproductie.
Een andere natte modificatiebenadering omvat in-situ modificatie tijdens het precipitatieproces van silica, wat de efficiëntie en integratie kan verbeteren.
Algemene modificatoren en modificatieprincipes
Veelgebruikte modificatoren zijn onder andere organische gehalogeneerde silanen, silaankoppelingsmiddelen, silylaminen, siloxanen en alcoholverbindingen. Deze reagentia binden zich chemisch aan de hydroxylgroepen op het oppervlak van silica, of vervangen deze, waardoor de hydrofobiciteit, dispergeerbaarheid en compatibiliteit met organische materialen worden verbeterd.
Toepassingen van gemodificeerde silica
Gemodificeerd silica is een belangrijk versterkend middel in rubberproducten en vult de leemte waar carbon zwart Kan niet worden gebruikt in lichtgekleurde materialen. Bij de productie van banden verbetert de toevoeging van gemodificeerde silica de mechanische sterkte van rubber, vermindert het hystereseverlies, verlaagt de rolweerstand en behoudt het een uitstekende slipweerstand op nat wegdek.
In kitten en lijmen verbetert gemodificeerde silica de dispergeerbaarheid, compatibiliteit en duurzaamheid van het product. In coatings dient silica als een veelgebruikt matteringsmiddel; het gebruik van gemodificeerde silica verbetert de dispersie en vermindert aggregatie- of sedimentatieproblemen.
Vergeleken met gewone silica vertoont gemodificeerde silica betere algehele prestaties en een breder toepassingsbereik.
Conclusie
Gemodificeerd silica behoudt niet alleen de uitstekende eigenschappen van regulier silica, maar beschikt ook over een verbeterde hydrofobiciteit en oppervlakte-eigenschappen. Dit vergroot de toepassingsmogelijkheden aanzienlijk. Met de voortdurende economische ontwikkeling blijft de marktvraag naar gemodificeerd silica groeien. De ontwikkeling van milieuvriendelijke, kosteneffectieve en grootschalige productietechnologieën voor gemodificeerd silica is een belangrijke richting geworden voor silicaproducenten in de toekomst.