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| 氣相法白炭黑生產(chǎn)方法及應(yīng)用概述 |
| 2018-07-24 |
| 氣相法白炭黑(俗稱納米白炭黑)是人工合成物無(wú)定形白色流動(dòng)性粉末，是一種松散、無(wú)定形、無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)嗅，無(wú)污染的非金屬氧化物納米材料。其原生粒徑介于7～80nm之間，比表面積一般大于100㎡/g，是極其重要的納米級(jí)無(wú)機(jī)原材料之一。由于其納米效應(yīng)，在材料中表現(xiàn)出卓越的補(bǔ)強(qiáng)、增稠、觸變、絕緣、消光、防流掛等性質(zhì)，因而廣泛的應(yīng)用于橡膠、塑料、涂料、膠粘劑、密封膠等高分子工業(yè)領(lǐng)域。作為液體的觸變劑和增稠劑，防沉淀、防流掛；改善顏料填料在液體體系中懸浮性和分散性；用作分散和研磨助劑；提高涂層耐腐蝕性；提高粉末流動(dòng)性、貯存穩(wěn)定性；改善粉末帶電量及電荷穩(wěn)定性；提高抗水性；提高漆膜抗刮傷性；提高顏色鮮艷性；固定特殊效果；提高漆膜物理機(jī)械性能；提高漆膜附著力和柔韌性；改善橡膠、彈性體粘彈性能,補(bǔ)強(qiáng)；消泡劑中的消泡作用；提高涂層表面硬度、抗刮擦；薄膜及彈性體中防止粘連；作為吸附劑和載體；用于噴墨打印涂層；作為齒科材料的高級(jí)填充物；作為催化劑載體，顯著的熱絕緣性，用于低溫和高溫絕緣。 一、氣相法白炭黑生產(chǎn)方法簡(jiǎn)介 化學(xué)氣相沉積（CAV）法，又稱熱解法、干法或燃燒法。其原料一般為四氯化硅、氧氣（或空氣）和氫氣，高溫下反應(yīng)而成。反應(yīng)式為：SiCl4+ 2H2+ O2—>SiO2+4HCl。空氣和氫氣分別經(jīng)過(guò)加壓、分離、冷卻脫水、硅膠干燥、除塵過(guò)濾后送入合成水解爐。將四氯化硅原料送至精餾塔精餾后，在蒸發(fā)器中加熱蒸發(fā)，并以干燥、過(guò)濾后的空氣為載體，送至合成水解爐。四氯化硅在高溫下氣化（火焰溫度1000~1800℃）后，與一定量的氫和氧（或空氣）在1800℃左右的高溫下進(jìn)行氣相水解；此時(shí)生成的氣相二氧化硅顆粒極細(xì)，與氣體形成氣溶膠，不易捕集，故使其先在聚集器中聚集成較大顆粒，然后經(jīng)旋風(fēng)分離器收集，再送入脫酸爐，用含氮空氣吹洗氣相二氧化硅至PH值為4～6即為成品。 氣相法白炭黑大體分為兩類，一是親水性氣相白炭黑，一是疏水性氣相白炭黑。 親水性氣相白炭黑：親水性氣相白炭黑是通過(guò)揮發(fā)性氯硅烷在氫氧焰中水解而制得的。從化學(xué)角度看，這些松散的白色粉末由高純度的無(wú)定形白炭黑構(gòu)成。親水性白炭黑可用水潤(rùn)濕，并能在水中分散。除了在傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域，如聚酯、有機(jī)硅、油漆和涂料中應(yīng)用外，親水性氣相白炭黑產(chǎn)品越來(lái)越多的成功應(yīng)用于高科技領(lǐng)域中。氣相法白炭黑的納米粒子特性和高純度使其在電子和光纖工業(yè)中的應(yīng)用起了主導(dǎo)作用。親水性氣相白炭黑產(chǎn)品經(jīng)×射線分析具有無(wú)定形結(jié)構(gòu)。 疏水性氣相法白炭黑：疏水性氣相法白炭黑是通過(guò)親水性氣相法白炭黑與活性硅烷（例如氯硅烷或六甲基二硅胺烷）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而制得。它具有疏水性（憎水性），而且不能在水中分散。為了解決工業(yè)中一些特殊的技術(shù)問(wèn)題，各種型號(hào)的疏水性氣相白炭黑被研發(fā)出來(lái)。如通過(guò)用硅烷或硅氧烷處理改性親水級(jí)別的氣相法白炭黑生產(chǎn)疏水性的氣相白炭黑，在最終的產(chǎn)品中，化學(xué)處理劑以化學(xué)鍵方式結(jié)合在原來(lái)的親水性氧化物上。除了親水性產(chǎn)品的上述優(yōu)點(diǎn)外，疏水性氣相白炭黑產(chǎn)品的特點(diǎn)是：低吸濕性、很好的分散性、即使對(duì)于極性體系也有流變調(diào)節(jié)能力。有些產(chǎn)品，在疏水處理的基礎(chǔ)上再經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)改性，可為客戶研發(fā)新產(chǎn)品和提高產(chǎn)品的性能提供進(jìn)一步的幫助。例如：在液體體系中，疏水性氣相白炭黑可以達(dá)到高添加量，而對(duì)體系的粘度影響很小。 二、 氣相法白炭黑在各領(lǐng)域應(yīng)用： 1、電子封裝材料 例如：有機(jī)物電致發(fā)光器材（OELD）是目前新開(kāi)發(fā)研制的一種新型平面顯示器件，但OELD器件使用壽命還不能滿足應(yīng)用要求，其中需要解決的技術(shù)難點(diǎn)之一就是器件的封裝材料和封裝技術(shù)。將經(jīng)表面活性處理后的氣相法白炭黑充分分散在有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂封裝膠基質(zhì)中，可以大幅度地縮短封裝材料固化時(shí)間（為2.0-2.5h）,且固化溫度可降低到室溫,使OELD器件密封性能得到顯著提高,增加OELD器件的使用壽命。 2、樹(shù)脂復(fù)合材料 將氣相法白炭黑顆粒充分、均勻地分散到樹(shù)脂材料中，能達(dá)到全面改善樹(shù)脂基材料性能的目的。提高了強(qiáng)度、延伸率、耐磨性，改善材料表面的光潔度并增強(qiáng)抗老化性能。 3、塑料 利用氣相法白炭黑透光、粒度小，可以使塑料變得更加致密，在聚苯乙烯塑料薄膜中添加氣相白炭黑后，不但提高其透明度、強(qiáng)度、韌性，而且防水性能和抗老化性能也明顯提高。通過(guò)在普通塑料聚氯乙烯中添加少量氣相法白炭黑后生產(chǎn)出的塑鋼門(mén)窗硬度、光潔度和抗老化性能均大幅提高。 4、涂料 我國(guó)是涂料生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，但當(dāng)前國(guó)產(chǎn)涂料普遍存在著性能方面的不足，致使每年需進(jìn)口大量高質(zhì)量的涂料。上海、北京、杭州、寧波等地的一些涂料生產(chǎn)企業(yè)成功地實(shí)現(xiàn)了氣相法白炭黑在涂料中的應(yīng)用，這種納米改性涂料一改以往產(chǎn)品的不足，經(jīng)檢測(cè)其主要性能指標(biāo)除對(duì)比率不變外，其余均大幅提高。 5、橡膠 橡膠是一種伸縮性優(yōu)異的彈性體，生產(chǎn)橡膠制品過(guò)程中通常需在膠料中加入炭黑來(lái)提高強(qiáng)度、耐磨性和抗老化性，但由于炭黑的加入使得制品均為黑色。而氣相法白炭黑為生產(chǎn)出色彩新穎、性能優(yōu)異的新一代橡膠制品奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。在普通橡膠中添加少量氣相白炭黑后，產(chǎn)品的強(qiáng)度、耐磨性和抗老化性等性能均達(dá)到或超過(guò)高檔橡膠制品，而且可以保持顏色長(zhǎng)久不變。納米改性彩色三元乙丙防水卷材，其耐磨性、抗拉強(qiáng)度、抗折性、抗老化性能均提高明顯，且色彩鮮艷，保色效果優(yōu)異。 6、陶瓷 用氣相法白炭黑代替納米A1203添加到陶瓷里，既可以起到納米顆粒的作用，同時(shí)它又是第二相的顆粒，不但提高陶瓷材料的強(qiáng)度、韌性，而且提高了材料的硬度和彈性模量等性能，其效果比添加A1203更理想。 7、密封膠、粘結(jié)劑 將疏水性氣相法白炭黑添加到密封膠中，會(huì)很快形成一種硅石結(jié)構(gòu)，即納米Si0X小顆粒形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)抑制膠體流動(dòng)，加快固化速度，提高粘結(jié)效果，由于氣相白炭黑顆粒尺小從而也增加了產(chǎn)品的密封性和防滲性。 8、化妝品 氣相法白炭黑反射紫外能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好，被紫外線照射后不分解，不變色，也不會(huì)與化妝品配方中其它組分起化學(xué)反應(yīng)。氣相白炭黑的這些突出特點(diǎn)為防曬化妝品的升級(jí)換代奠定了良好的基礎(chǔ)。 從上述氣相白炭黑的部分應(yīng)用簡(jiǎn)介可以看出，它的應(yīng)用遍布現(xiàn)代工業(yè)的多個(gè)領(lǐng)域，擁有極為廣闊的市場(chǎng)前景。 |