Silic, còn được gọi là silicon dioxide, là một chất vô cơ quan trọng hóa chất Nguyên liệu thô. Nhờ cấu trúc bề mặt và hình thái hạt độc đáo, silica thể hiện tính ổn định, khả năng gia cường, khả năng làm đặc và tính lưu biến tuyệt vời. Những đặc tính này khiến nó trở thành chất độn vô cơ quan trọng trong nhiều lĩnh vực như cao su, sơn phủ và nhựa. Tuy nhiên, để khai thác hết tiềm năng của nó và tăng cường khả năng tương thích với nhiều loại nền hữu cơ, Sửa đổi bề mặt Người ta thường sử dụng silica. Quá trình này đóng vai trò then chốt trong việc điều chỉnh các đặc tính của nó cho các ứng dụng cụ thể.
Sửa đổi bề mặt của Silica
Cấu trúc polysiloxane bên trong và các nhóm silanol hoạt động bề mặt làm cho silica kết tủa có tính ưa nước cao, dẫn đến khả năng thấm ướt và phân tán kém trong pha hữu cơ. Các nhóm hydroxyl trên bề mặt góp phần tạo ra năng lượng bề mặt cao, gây ra hiện tượng kết tụ, ảnh hưởng đến hiệu suất sản phẩm. Trong quá trình sản xuất, điều này dẫn đến hiện tượng kết tụ, tính ưa nước, chi phí cao, hiệu suất thấp và tiêu thụ năng lượng lớn. Trong bối cảnh áp lực môi trường ngày càng tăng, việc giảm chi phí, cải thiện hiệu suất và tăng cường tính kỵ nước bề mặt đã trở nên đặc biệt quan trọng.
Có ba loại nhóm hydroxyl trên bề mặt silica:
- Nhóm hydroxyl cô lập, miễn phí và không bị ảnh hưởng;
- Nhóm hydroxyl geminal, trong đó hai nhóm hydroxyl được liên kết với cùng một nguyên tử silicon;
- Nhóm hydroxyl liên kết, được liên kết hydro với nhau.
Bề mặt sửa đổi silica bao gồm việc sử dụng chất điều chỉnh phản ứng hóa học với các nhóm hydroxyl bề mặt này để loại bỏ hoặc giảm các nhóm silanol, do đó làm thay đổi các đặc tính bề mặt.
Quy trình sửa đổi bề mặt
Dựa trên bản chất của chất điều chỉnh, sự điều chỉnh bề mặt có thể được phân loại thành hữu cơ Và vô cơ Biến tính hữu cơ. Trong số đó, biến tính hữu cơ được sử dụng rộng rãi nhất. Công nghệ then chốt cho biến tính hữu cơ là xử lý organosilane, trong đó các nhóm chức hữu cơ thay thế các nhóm hydroxyl trên bề mặt silica.
Các phương pháp biến tính hữu cơ thường được chia thành phương pháp khô, phương pháp ướt và phương pháp nhiệt áp suất. Hiện nay, các nước phát triển chủ yếu sử dụng phương pháp khô để biến tính silica dạng khói.
Ưu điểm của phương pháp khô:
- Quy trình đơn giản với ít bước xử lý sau đó.
- Dễ dàng tích hợp với quy trình sản xuất silica dạng khói.
- Phù hợp cho sản xuất công nghiệp quy mô lớn.
Nhược điểm của phương pháp khô:
- Tiêu thụ nhiều chất điều chỉnh.
- Yêu cầu tiêu chuẩn thiết bị cao và điều kiện vận hành nghiêm ngặt.
- Chi phí sản xuất tương đối cao.
Các phương pháp biến đổi ướt cũng thường được sử dụng và chủ yếu bao gồm hai cách tiếp cận:
Ưu điểm của phương pháp ướt:
- Tiêu thụ chất điều chỉnh thấp hơn.
- Quy trình đơn giản và ít yêu cầu về thiết bị.
- Chi phí sản xuất thấp hơn và kiểm soát chất lượng tốt hơn.
Nhược điểm của phương pháp ướt:
- Quá trình xử lý hậu kỳ phức tạp.
- Các vấn đề ô nhiễm môi trường.
- Khó mở rộng quy mô để sản xuất hàng loạt trong công nghiệp.
Một cách tiếp cận sửa đổi ướt khác liên quan đến sửa đổi tại chỗ trong quá trình kết tủa silica, có thể tăng cường hiệu quả và khả năng tích hợp.
Các nguyên tắc sửa đổi và bổ nghĩa chung
Các chất điều chỉnh phổ biến bao gồm silan halogen hữu cơ, tác nhân ghép silan, silylamine, siloxane và các hợp chất ancol. Các thuốc thử này liên kết hóa học với hoặc thay thế các nhóm hydroxyl bề mặt trên silica, do đó cải thiện tính kỵ nước, khả năng phân tán và khả năng tương thích với các vật liệu hữu cơ.
Ứng dụng của Silica biến tính
Silica biến tính là một chất gia cường quan trọng trong các sản phẩm cao su, lấp đầy khoảng trống nơi muội than Không thể sử dụng trong vật liệu sáng màu. Trong sản xuất lốp xe, việc bổ sung silica biến tính giúp cải thiện độ bền cơ học của cao su, giảm tổn thất từ trễ, giảm lực cản lăn và duy trì khả năng chống trượt ướt tuyệt vời.
Trong chất trám trét và keo dán, silica biến tính giúp tăng cường khả năng phân tán, khả năng tương thích và độ bền của sản phẩm. Trong lớp phủ, silica đóng vai trò là chất tạo màng phổ biến; việc sử dụng silica biến tính giúp cải thiện khả năng phân tán và giảm thiểu các vấn đề kết tụ hoặc lắng đọng.
So với silica thông thường, silica biến tính thể hiện hiệu suất tổng thể tốt hơn và phạm vi ứng dụng rộng hơn.
Phần kết luận
Silica biến tính không chỉ giữ lại những đặc tính ưu việt của silica thông thường mà còn có tính kỵ nước được cải thiện và đặc tính bề mặt được cải thiện. Điều này mở rộng đáng kể tiềm năng ứng dụng. Với sự phát triển không ngừng của nền kinh tế, nhu cầu thị trường về silica biến tính tiếp tục tăng. Việc phát triển các công nghệ sản xuất silica biến tính thân thiện với môi trường, tiết kiệm chi phí và quy mô lớn đã trở thành hướng đi chủ chốt cho các nhà sản xuất silica trong tương lai.