Кремний, также известный как диоксид кремния, является важным неорганическим химический Сырьё. Благодаря уникальной структуре поверхности и морфологии частиц, диоксид кремния обладает превосходной стабильностью, армирующей способностью, загущающими свойствами и тиксотропией. Эти свойства делают его важнейшим неорганическим наполнителем во многих областях, таких как производство резины, покрытий и пластмасс. Однако для полного раскрытия его потенциала и повышения совместимости с различными органическими матрицами, модификация поверхности Часто используется диоксид кремния. Этот процесс играет ключевую роль в адаптации его свойств к конкретным условиям применения.
Модификация поверхности кремния
Внутренняя структура полисилоксана и поверхностно-активные силанольные группы придают осажденному диоксиду кремния высокую гидрофильность, что приводит к плохой смачиваемости и диспергируемости в органических фазах. Гидроксильные группы на поверхности способствуют высокой поверхностной энергии, вызывая агломерацию, которая влияет на эксплуатационные характеристики продукта. В процессе производства это приводит к агрегации, гидрофильности, высоким затратам, низкой эффективности и значительному энергопотреблению. В условиях растущего давления на окружающую среду снижение затрат, повышение эффективности и усиление гидрофобности поверхности приобретают особую важность.
На поверхности кремнезема имеются три типа гидроксильных групп:
- Изолированные гидроксильные группы, которые являются свободными и неприкосновенными;
- Геминальные гидроксильные группы, где два гидроксила связаны с одним и тем же атомом кремния;
- Ассоциированные гидроксильные группы, которые связаны друг с другом водородными связями.
Поверхность модификация кремния предполагает использование модификатора, который химически реагирует с этими поверхностными гидроксильными группами, чтобы удалить или уменьшить количество силанольных групп, тем самым изменяя свойства поверхности.
Процессы модификации поверхности
В зависимости от природы модификатора модификацию поверхности можно разделить на: органический и неорганический Модификации. Среди них наиболее широко используется органическая модификация. Ключевой технологией органической модификации является обработка органосиланом, при которой органические функциональные группы замещают гидроксильные группы на поверхности кремнезема.
Методы органической модификации обычно подразделяются на сухие, мокрые и термообработки. В настоящее время в развитых странах для модификации пирогенного кремнезёма в основном используется сухой метод.
Преимущества сухого метода:
- Простой процесс с меньшим количеством этапов последующей обработки.
- Простая интеграция с процессом производства пирогенного кремнезема.
- Подходит для крупномасштабного промышленного производства.
Недостатки сухого метода:
- Высокий расход модификатора.
- Требует высоких стандартов оборудования и строгих условий эксплуатации.
- Относительно высокая себестоимость производства.
The метод влажной модификации также широко используется и в основном включает два подхода:
Преимущества мокрого метода:
- Меньший расход модификатора.
- Простой процесс и меньшие требования к оборудованию.
- Снижение себестоимости продукции и улучшение контроля качества.
Недостатки мокрого метода:
- Сложный процесс последующей обработки.
- Проблемы загрязнения окружающей среды.
- Трудно масштабировать для промышленного массового производства.
Другой подход к мокрой модификации включает в себя модификация на месте в процессе осаждения кремния, что может повысить эффективность и интеграцию.
Общие модификаторы и принципы модификации
К распространённым модификаторам относятся органические галогенированные силаны, силановые связующие агенты, силиламины, силоксаны и спиртовые соединения. Эти реагенты химически связываются с поверхностными гидроксильными группами кремнезёма или замещают их, тем самым улучшая гидрофобность, диспергируемость и совместимость с органическими материалами.
Применение модифицированного кремнезема
Модифицированный диоксид кремния является важным армирующим агентом в резиновых изделиях, заполняя пробелы, где угольно черный Нельзя использовать в светлых материалах. В производстве шин добавление модифицированного диоксида кремния повышает механическую прочность резины, уменьшает потери на гистерезис, снижает сопротивление качению и сохраняет превосходное сопротивление скольжению на мокрой дороге.
В герметиках и клеях модифицированный диоксид кремния улучшает диспергируемость, совместимость и долговечность продукта. В покрытиях диоксид кремния используется в качестве матирующего агента; использование модифицированного диоксида кремния улучшает его диспергируемость и снижает проблемы агрегации и седиментации.
По сравнению с обычным кремнеземом модифицированный кремнезем демонстрирует лучшие общие эксплуатационные характеристики и более широкий спектр применения.
Заключение
Модифицированный диоксид кремния не только сохраняет превосходные свойства обычного диоксида кремния, но и обладает повышенной гидрофобностью и улучшенными поверхностными характеристиками. Это значительно расширяет возможности его применения. В условиях непрерывного развития экономики рыночный спрос на модифицированный диоксид кремния продолжает расти. Разработка экологически чистых, экономически эффективных и крупномасштабных технологий производства модифицированного диоксида кремния стала ключевым направлением для производителей диоксида кремния в будущем.