气相二氧化硅的表面改性你是否了解？

超细二氧化硅是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料,具有优良的绝缘性、抗腐蚀性、比表面大、表面活性基团多等优良性能,应用广。超细二氧化硅根据制备方法的不同会呈现各种各样的形状,不同形状的粉体所表现出来的性能也不尽相同,其中球形二氧化硅粉体性能相比非球形二氧化硅粉体更为优异,尤其随着电子封装材料的发展,作为环氧塑封料填料的二氧化硅粉体球形化的研究成为新材料研究领域的一大热点。在橡胶、塑料、涂料、油墨油漆、电子等领域中,气相二氧化硅这种蓬松的白色粉末有着极为强烈的存在感。它是一种通过卤硅烷在氢氧焰中高温水解缩合而得到的一种超细粉体材料,由于制备方式迥异于其他二氧化硅产品,因此具有与其他二氧化硅产品不同的结构和独特的性能

当气相二氧化硅在体系中分散后,由于其表面有大量硅羟基(Si-OH),自由能与基体差距较大,因此基于热力学驱动力,填料粒子为了降低表面过剩的自由能要自发地聚集,便会形成“近乎完美”的纳米粒子三维网络结构,使它表现出突出的补强、增稠、触变、消光、防流挂等功效,应用范围相当多

但大家都知道,制备聚合物纳米复合材料时,纳米粒子由于表面能高,粒子间极易团聚。而一旦团聚,就很难再将它们打开、分散——气相二氧化硅也是如此,若不采取表面改性等手段,在硅羟基的相互吸引下原生粒子之间极易相互碰撞而聚集在一起,形成微米级的二氧化硅二次聚集体,二次聚集体之间进一步相互作用,形成尺寸较大的二氧化硅附聚体,影响气相法白炭黑在有机聚合物中的分散性、相溶性以及其增稠触变性能的发挥。

因此为了提高材料的综合性能和产品的附加值,对气相二氧化硅进行表面处理,改善其在聚合物基体中的分散性与耐久性成为上策。据了解,表面改性主要是使二氧化硅粒子表面的活性羟基与有机化合物发生缩合反应而在二氧化硅表面覆盖一层有机分子,使二氧化硅表面由亲水性变为疏水性,从而改善二氧化硅与有机物分子之间的浸润性、分散性、界面结合强度。

若只从表面改性的原理上看,似乎能够与硅经基反应的物质都可以用作气相二氧化硅的表面处理剂,但在实际生产中远不止这么简单。物理法制备球形硅微粉,原材料不仅来源广,价格也不高,但是需要石英有较高质量,对生产设备也有一定要求。而化学法制备的球形硅微粉不仅保证了粒径的均匀,同时纯度也更高,不过在制备过程中对表面活性剂需求较大,这极大增加了生产成本,且存在的有机杂质处理困难,易出现团聚现象,工业化很难实现。从大批量生产角度来看物理法中的火焰熔融法和化学法中的燃烧合成法是主流生产工艺。

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