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氣相法白炭黑生產方法及應用概述
2018-07-24         
氣相法白炭黑(俗稱納米白炭黑)是人工合成物無定形白色流動性粉末,是一種松散、無定形、無毒、無味、無嗅,無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無機原材料之一。由于其納米效應,在材料中表現出卓越的補強、增稠、觸變、絕緣、消光、防流掛等性質,因而廣泛的應用于橡膠、塑料、涂料、膠粘劑、密封膠等高分子工業領域。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;提高粉末流動性、貯存穩定性;改善粉末帶電量及電荷穩定性;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,補強;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、氣相法白炭黑生產方法簡介


化學氣相沉積(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,高溫下反應而成。反應式為:SiCl4+ 2H2+ O2—>SiO2+4HCl。空氣和氫氣分別經過加壓、分離、冷卻脫水、硅膠干燥、除塵過濾后送入合成水解爐。將四氯化硅原料送至精餾塔精餾后,在蒸發器中加熱蒸發,并以干燥、過濾后的空氣為載體,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℃左右的高溫下進行氣相水解;此時生成的氣相二氧化硅顆粒極細,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,然后經旋風分離器收集,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揮發性氯硅烷在氫氧焰中水解而制得的。從化學角度看,這些松散的白色粉末由高純度的無定形白炭黑構成。親水性白炭黑可用水潤濕,并能在水中分散。除了在傳統工業領域,如聚酯、有機硅、油漆和涂料中應用外,親水性氣相白炭黑產品越來越多的成功應用于高科技領域中。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中的應用起了主導作用。親水性氣相白炭黑產品經×射線分析具有無定形結構。


疏水性氣相法白炭黑:疏水性氣相法白炭黑是通過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)發生化學反應而制得。它具有疏水性(憎水性),而且不能在水中分散。為了解決工業中一些特殊的技術問題,各種型號的疏水性氣相白炭黑被研發出來。如通過用硅烷或硅氧烷處理改性親水級別的氣相法白炭黑生產疏水性的氣相白炭黑,在最終的產品中,化學處理劑以化學鍵方式結合在原來的親水性氧化物上。除了親水性產品的上述優點外,疏水性氣相白炭黑產品的特點是:低吸濕性、很好的分散性、即使對于極性體系也有流變調節能力。有些產品,在疏水處理的基礎上再經過結構改性,可為客戶研發新產品和提高產品的性能提供進一步的幫助。例如:在液體體系中,疏水性氣相白炭黑可以達到高添加量,而對體系的粘度影響很小。


二、 氣相法白炭黑在各領域應用:


1、電子封裝材料


例如:有機物電致發光器材(OELD)是目前新開發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用要求,其中需要解決的技術難點之一就是器件的封裝材料和封裝技術。將經表面活性處理后的氣相法白炭黑充分分散在有機硅改性環氧樹脂封裝膠基質中,可以大幅度地縮短封裝材料固化時間(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、樹脂復合材料


將氣相法白炭黑顆粒充分、均勻地分散到樹脂材料中,能達到全面改善樹脂基材料性能的目的。提高了強度、延伸率、耐磨性,改善材料表面的光潔度并增強抗老化性能。


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、強度、韌性,而且防水性能和抗老化性能也明顯提高。通過在普通塑料聚氯乙烯中添加少量氣相法白炭黑后生產出的塑鋼門窗硬度、光潔度和抗老化性能均大幅提高。


4、涂料
我國是涂料生產和消費大國,但當前國產涂料普遍存在著性能方面的不足,致使每年需進口大量高質量的涂料。上海、北京、杭州、寧波等地的一些涂料生產企業成功地實現了氣相法白炭黑在涂料中的應用,這種納米改性涂料一改以往產品的不足,經檢測其主要性能指標除對比率不變外,其余均大幅提高。


5、橡膠 


橡膠是一種伸縮性優異的彈性體,生產橡膠制品過程中通常需在膠料中加入炭黑來提高強度、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出色彩新穎、性能優異的新一代橡膠制品奠定了物質基礎。在普通橡膠中添加少量氣相白炭黑后,產品的強度、耐磨性和抗老化性等性能均達到或超過高檔橡膠制品,而且可以保持顏色長久不變。納米改性彩色三元乙丙防水卷材,其耐磨性、抗拉強度、抗折性、抗老化性能均提高明顯,且色彩鮮艷,保色效果優異。


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,同時它又是第二相的顆粒,不但提高陶瓷材料的強度、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、粘結劑


將疏水性氣相法白炭黑添加到密封膠中,會很快形成一種硅石結構,即納米Si0X小顆粒形成網絡結構抑制膠體流動,加快固化速度,提高粘結效果,由于氣相白炭黑顆粒尺小從而也增加了產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、穩定性好,被紫外線照射后不分解,不變色,也不會與化妝品配方中其它組分起化學反應。氣相白炭黑的這些突出特點為防曬化妝品的升級換代奠定了良好的基礎。


從上述氣相白炭黑的部分應用簡介可以看出,它的應用遍布現代工業的多個領域,擁有極為廣闊的市場前景。





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