气相法纳米白炭黑的表面疏水改性
白炭黑表面改性及应用研究进展

白炭黑表面改性及应用研究进展白炭黑是水合SiO2,外观呈白色,一次粒径为20~40nm,属于纳米材料。
做为橡胶工业用增强填料,2005年世界沉淀法白炭黑消耗70万t,2010年可能会超过80万t。
白炭黑能大幅度提高胶料的物理机械性能,减少胶料滞后、降低轮胎的滚动阻力受到广泛的关注[2]。
白炭黑具有特殊的表面结构(带有表面羟基和吸附水)、特殊的颗粒形态(粒子小,比表面积大等)和独特的物理化学性能,广泛应用于橡胶、塑料、涂料、医药、日用化工诸多领域。
1.1 白炭黑的表面结构白炭黑是二氧化硅的无定形结构,系以Si原子为中心,O原子为顶点所形成的四面体不规则堆积而成的。
白炭黑表面存在三种羟基:一是孤立的自由羟基;二是连生的、彼此形成氢键的缔合羟基;三是双生的,即两个羟基连在一个Si原子上的羟基,孤立的和双生的羟基都没有形成氢键。
由于表面能较大,聚集体倾向于凝聚,产品的应用性能受到影响:如在橡胶硫化系统里不能与聚合物很好地相容和分散,在轮胎中大量使用需要同时加入硅烷偶联剂等等。
为了提高白炭黑与聚合物之间的相容性,提高炭黑粒子在胶料中的的分散能力,消除粒子表面电荷,需要对白炭黑进行表面改性,以改善其应用效果,提高产品的附加值,拓展产品的应用领域。
1.2 白炭黑表面改性方法白炭黑的表面改性就是利用一定的化学物质通过一定的工艺方法使其与白炭黑表面上的羟基发生反应,消除或减少表面硅醇基的量,接枝或包覆其他化学物质,使产品由亲水性变为疏水,以达到改变表面性质的目的[2]。
主要改性方法如下:(1)表面活性剂改性:采用钛酸酯偶联剂、硬脂酸或硬脂酸盐等覆盖在粒子表面,改变粒子的部分性能;(2)硅烷偶联改性:采用有机基团取代白炭黑的表面羟基,使其有机硅烷化。
(3)包覆改性:在粒子周围均匀地包覆一层其它物质的膜。
2.白炭黑改性研究现状2. 1表面活性剂改性国外白炭黑的表面改性研究起步于20世纪60~70年代,Thammathadanukul[3]等人比较了几种表面改性的沉淀SiO2对天然橡胶混合物的补强性能。
亲水性与疏水性气相白炭黑水分检测仪区别

亲水性与疏水性气相白炭黑水分检测仪区别一、亲水性气相白炭黑亲水性气相白炭黑是通过挥发性氯硅烷在氢氧焰中水解而制得的。
从化学角度看,这些松散的白色粉末由高纯度的无定形白炭黑构成。
亲水性白炭黑可用水润湿,并能在水中分散。
除了在传统工业领域,如聚酯、有机硅、油漆和涂料中应用外,亲水性气相白炭黑产品越来越多的成功应用于高科技领域中。
气相法白炭黑的纳米粒子特性和高纯度使其在电子和光纤工业中的应用起了主导作用。
亲水性气相白炭黑产品经×射线分析具有无定形结构。
根据市场和应用领域不同,我们可以提供不同粒径的原生颗粒和不同比表面积的产品。
一些气相白炭黑产品可以压缩后供货,一些产品是医药级的。
亲水性气相白炭黑的功能:适于加工处理,调节到最佳的流变性;有机硅弹性体的补强;非极性液体的增稠;食品和工业粉末的助流剂;高化学纯度;即使在高温下仍具有优异的绝缘性能;液体转变成粉末,如医药、化妆品。
二、疏水性气相白炭黑疏水性气相白炭黑是通过亲水性气相白炭黑与活性硅烷(例如氯硅烷或六甲基二硅胺烷)发生化学反应而制得。
它具有疏水性(憎水性),而且不能在水中分散。
为了解决工业中一些特殊的技术问题,各种型号的疏水性气相白炭黑被研发出来。
如通过用硅烷或硅氧烷处理改性亲水级别的气相法白炭黑生产疏水性的气相白炭黑,在最终的产品中,化学处理剂以化学键方式结合在原来的亲水性氧化物上。
除了亲水性产品的上述优点外,疏水性气相白炭黑产品的特点是:低吸湿性、很好的分散性、即使对于极性体系也有流变调节能力。
有些产品,在疏水处理的基础上再经过结构改性,可为客户研发新产品和提高产品的性能提供进一步的帮助。
例如:在液体体系中,疏水性气相白炭黑可以达到高添加量,而对体系的粘度影响很小。
疏水性气相白炭黑的功能:加工使用中最适宜的流变性;极性液体的增稠,如环氧树脂;有机硅弹性体的补强;高添加量,如在模压制品中;良好的疏水性,提高防腐性;改善介电性能,如在电缆复合物中;粉末助流剂,如在粉末涂料及灭火剂等;在涂料和塑料中提高耐划伤性。
【精品文章】气相法白炭黑生产方法及应用概述

气相法白炭黑生产方法及应用概述
气相法白炭黑(俗称纳米白炭黑)是人工合成物无定形白色流动性粉末,是一种松散、无定形、无毒、无味、无嗅,无污染的非金属氧化物纳米材料。
其原生粒径介于7~80nm之间,比表面积一般大于100㎡/g,是极其重要的纳米级无机原材料之一。
由于其纳米效应,在材料中表现出卓越的补强、增稠、触变、绝缘、消光、防流挂等性质,因而广泛的应用于橡胶、塑料、涂料、胶粘剂、密封胶等高分子工业领域。
作为液体的触变剂和增稠剂,防沉淀、防流挂;改善颜料填料在液体体系中悬浮性和分散性;用作分散和研磨助剂;提高涂层耐腐蚀性;提高粉末流动性、贮存稳定性;改善粉末带电量及电荷稳定性;提高抗水性;提高漆膜抗刮伤性;提高颜色鲜艳性;固定特殊效果;提高漆膜物理机械性能;提高漆膜附着力和柔韧性;改善橡胶、弹性体粘弹性能,补强;消泡剂中的消泡作用;提高涂层表面硬度、抗刮擦;薄膜及弹性体中防止粘连;作为吸附剂和载体;用于喷墨打印涂层;作为齿科材料的高级填充物;作为催化剂载体,显著的热绝缘性,用于低温和高温绝缘。
一、气相法白炭黑生产方法简介
化学气相沉积(CAV)法,又称热解法、干法或燃烧法。
其原料一般为四氯化硅、氧气(或空气)和氢气,高温下反应而成。
反应式为:SiCl4+ 2H2+ O2— SiO2+4HCl。
空气和氢气分别经过加压、分离、冷却脱水、硅胶干燥、除尘过滤后送入合成水解炉。
将四氯化硅原料送至精馏塔精馏后,在蒸发器中加热蒸发,并以干燥、过滤后的空气为载体,送至合成水解炉。
四氯化硅在高温下气化(火焰温度1000~1800℃)后,与一定量的。
白炭黑的表面疏水改性及应用

8 0 mi n后 , 白炭 黑 的 活 化 度 达 到 9 O % 以上 并 趋 于 稳 定 。
如图 3 所 示 。 图 中谱 线 A 为 改 性 前 白炭 黑 的 红 外 光 谱 图, 由谱 线 A 可 以 看 出 , 1 1 0 7 c m_ 1 处 出现 了 S i — O~ S i
H。 O
1
r
I
( 1 )
由于 一O—C H 。 基 团本 身 具 有 疏 水 性 , 因 而 白炭 黑
疏 水 性 增 加 。 随着 取 代 过 程 的 进 行 , 白 炭 黑 分 子 表 面 的
白炭 黑 具 有 质 轻 、 化学稳定性好 、 电绝 缘 性 好 等 优 异
2 . 2 . 2 反 应 时 间 对 白炭 黑 改 性 的 影 响
仪器: J J 一1型数 显 电动搅拌 器 、 B S 一3 0 0 +型 电子
天平 、 S Y P型智 能 恒 温 水 浴 、 Q Z 7 7 —1 0 2型 干 燥 箱 、 S HZ
一
I 1 1 ) 型真 空 泵 、 T E N S O R 2 7型 红外 光 谱 仪 。
振动 , 3 4 2 1 c m 处 为 O— H 基 的 伸 缩 振 动 , 9 5 7 c m~ 处 为 S i 一0H 的弯 曲振 动 吸 收 , 7 9 9 c m- 1 处为 S i —O— S i 键
白炭黑分 子表 面, 当白炭黑被疏水 的烷氧基基本 包覆时 ,
表 1 正 交 实验 结果
实 验 号
十八 醇
/ g
催 化剂 反 应 温 度 反 应 时 间
/ g
0 . 4
活 化 度
} e
气相法白炭黑表面化学改性及其改性效果的表征

服 有 硅 行 开 信 传 新 地 务 机 氟 业 创 息 播 天
GB 专 栏 S
气相法自发黑表面化学改性及其改性效果的表征
冯钦邦 刘莉 龙成坤
( 州吉 必盛科技 实 业有 限公 司 ,广州 5 05 ) 广 140
气 相法 自炭黑 为无 定 形 白色 粉末 ,是一 种 无
s—一 + c×—4 — — oH l R. s
一 S i O- SR. l + H - - i4c× x . 1 c
s 一 oH + ( ’ 一一 R。) R s
.
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Hale Waihona Puke —一S i
。 O_ s ( '4 + R’ H i )R OR x
.
s. 。 H + R。 H 一 _
电作用等通常是引起气相法 自炭黑团聚的因素 ; ) ( 2
由于气 相法 自炭 黑粒 子 的量 子 隧道 效应 和界 面 原 子 的相互 耦 合 ,使得 气 相法 自炭 黑 粒子 极 易通 过 界 面 发 生相 互作 用而 团聚 ;() 3由于气 相法 白炭 黑
粒子 比表面积 巨大及其表 面含有数量较 多的羟
气相 法 白炭 黑 经过 表 面 改性 后 ,通 过 测 量 其 与介 质 的接 触 角 ,评价 其 与介 质 之 间 的润 湿性 , 反映 气相 法 白炭 黑 亲 油 的程 度 ,从 而判 断 气相 法 白炭黑 改性 效果 。 ( )粘 度法 2
果 的好 坏 。对 于 比表 面 积 相 同 的亲 水型 气相 法 白
( )接 触 角法 1
( )比表 面积法 3 由于 气相 法 白炭 黑 经 过表 面 改性 后 ,改性 剂 和 气 相法 白炭 黑表 面 的硅 羟基 发 生 化学键 合 ,从 而 屏 蔽气 相法 白炭 黑表 面 的一 部 分微 孔 ,从 而 导 致 改性 后 的气相 法 白炭 黑 的 比表 面积 下 降 , 因此 通 过 测定 气 相法 白炭黑 改 性 后 比表 面积 的 大小 , 可 以在 一 定程 度上 判 别气 相法 白炭 黑表 面 改性 效
气相法白炭黑是硅橡胶常用的增强填料但是

气相法白炭黑是硅橡胶常用的增强填料。
但是,由于气相法白炭黑表面存在活性轻基、吸附水及制备工艺导致其表面出现的酸区,使白炭黑呈亲水性,与生胶相容性不好,不能在其中很好地分散,从而降低硫化效率和增强性能。
常用的方法是对白炭黑进行表面处理。
所谓表面处理就是通过一定的工艺,利用一定的化学物质与白炭黑表面的轻基发生反应,消除或减少表面轻基的量,使白炭黑由亲水性变为疏水性,以提高它同生胶的亲和性。
处理工艺可分为干法和湿法。
干法是将干燥的白炭黑与有机物的蒸气接触并反应,湿法是将白炭黑与改性剂一起加热使改性剂沸腾回流。
早期的处理方法多采用湿法,但随着超微细粒子硫化态技术的发展,用干法同样可以达到湿法的物料接触状况,并且干法处理装置可以直接连在气相法白炭黑生产装置的前后,既经济又实用,还可避免湿法中有机溶剂易造成污染的问题川。
表面处理剂的种类也很多,常用的有氯硅烷类、硅烷偶联剂类、环状聚硅氧烷、醇类等,其中六甲基二硅氮烷是较常用、效果较好的一种表面处理剂。
本工作以六甲基二硅氮烷为主要处理剂,考察白炭黑的表面处理对加成型液体硅橡胶物理机械性能的影响。
1实验部分1.1原料乙烯基生胶,豁度25 Pa·S(25℃),自制;含氢硅油,氢基质量分数大于1.6%,进口;乙烯基硅油,乙烯基质量分数为10%,自制;铂系催化剂,自制;4#气相法白炭黑,上海氯碱化工厂产品。
1.2白炭黑的表面处理将4#气相法白炭黑于110℃真空预活化3h,然后加入六甲基二硅氮烷、二甲基二乙氧基硅烷、水的混合处理剂,于150℃下处理8h后,再在150℃下真空脱除低分子2h,备用。
1.3混炼、硫化工艺混炼工艺生胶与经表面处理的白炭黑在混炼机上混炼均匀,于180℃热处理3h,备用。
硫化工艺混炼胶中依次加入乙烯基硅油,含氢硅油、铂系催化剂,混合均匀。
倒入模具后,真空脱泡0.5h,于120℃下硫化2h。
1.4性能测试用日本岛津公司产AG-2000A型拉力机按GB 528-92,GB 529-91测定硫化胶的拉伸强度和撕裂强度,用LX-A硬度计按GB 531-92测定试样的邵尔A型硬度。
气相白炭黑 疏水

气相白炭黑疏水气相白炭黑是一种具有疏水性质的材料,它在许多领域中都有广泛的应用。
本文将介绍气相白炭黑的定义、制备方法、表面性质以及其在不同领域中的应用。
首先,我们来了解一下气相白炭黑的定义。
气相白炭黑是一种由纳米级二氧化硅颗粒组成的材料,其表面具有高度的疏水性。
它的制备方法主要有两种:溶胶-凝胶法和热解法。
溶胶-凝胶法是将硅源与溶剂混合,形成胶体溶液后,通过凝胶化和干燥得到气相白炭黑。
热解法则是将硅源在高温下分解,生成气相白炭黑。
接下来,我们来了解一下气相白炭黑的表面性质。
气相白炭黑的表面具有高度的疏水性,这是由于其表面上存在大量的羟基(-OH)和甲基(-CH3)基团。
这些基团使得气相白炭黑的表面能够与水分子形成氢键,从而使其表面具有疏水性。
此外,气相白炭黑的表面还具有较大的比表面积和孔隙结构,这使得其具有较高的吸附能力和催化活性。
气相白炭黑在许多领域中都有广泛的应用。
首先,在材料科学领域,气相白炭黑可以用作增强剂,改善材料的力学性能和热稳定性。
例如,在橡胶制品中添加气相白炭黑可以提高橡胶的强度和耐磨性。
此外,气相白炭黑还可以用作填料,增加材料的体积和密度。
其次,在环境保护领域,气相白炭黑可以用作吸附剂,去除水中的有机污染物和重金属离子。
由于其表面具有高度的疏水性,气相白炭黑可以有效地吸附水中的有机物和金属离子,从而净化水质。
此外,气相白炭黑还可以用作催化剂,促进有机污染物的降解和氧化。
再次,在能源领域,气相白炭黑可以用作催化剂,提高能源转化效率。
例如,在燃料电池中,气相白炭黑可以用作催化剂载体,提高燃料电池的催化活性和稳定性。
此外,气相白炭黑还可以用作光催化剂,促进光能的转化和利用。
最后,在生物医学领域,气相白炭黑可以用作药物载体和生物传感器。
由于其表面具有高度的疏水性,气相白炭黑可以有效地吸附和释放药物,从而提高药物的治疗效果。
此外,气相白炭黑还可以用作生物传感器的基底材料,用于检测生物分子和细胞。
疏水气相法白炭黑的疏水性的常用测试方法

服务有机硅氟行业
开创信息传播新天地
表 1 气相法白炭黑表面改性前后的性能指标
牌号
表面改性剂
比表面积 (m2/g)
pH 值
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
水“溶”性
碳含量 (%)
甲醇值
HL-150
未改性
162
4.11
可“溶”
未测得
/
HL-200
未改性
201
4.21
可“溶”
未测得
/
HL-300
未改性
323
4.33
可“溶”
未测得
/
HB-615
72Í GBS 专栏
125
4.61
浮在水面
3.8
46.8
注:HMDS 六甲基二硅氮烷;DMDC 二甲基二氯硅烷;PDMS 聚二甲基硅氧烷;产权、核心技术和自主品牌,是
目前国内产量最大、技术最先进的气相二氧化硅产品供应商。
广州吉必盛(GBS)科技实业有限公司(原广州吉必时科技实业有限公司)是由广州科技 创业投资有限公司和若干自然人股东出资组建的有限责任公司,成立于 2001 年 2 月 28 日,是 专业从事高品质超细粉体和纳米材料的工程开发、生产销售及应用研究的高新技术企业。
GBS 专栏
·有·机·硅·氟·资·讯·
疏水气相法白炭黑的疏水性 的常用测试方法
申士和 蒋丽妍
(广州吉必盛科技实业有限公司,广州 510450)
气相法白炭黑是一种粒径小、比表面积大的 优良的纳米粉体,它是目前最成功工业化生产的 纳米材料之一,其应用引起了广泛的关注。但由 于其表面有大量的羟基,表面极性强,容易吸附 水分,导致它在高分子基体中的分散性不佳,因 此,对气相法白炭黑进行表面改性,以提高其在 高分子基体中的分散性和结合力,扩大气相法白 炭黑的应用领域,是气相法白炭黑表面改性的重 点。
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黑置 于三 口烧 瓶 中 , 入溶 剂 加 热 搅 拌 0 7 h 加 加 . ; 入0 4g六 甲基二 硅氮 烷 、 . . 0 1g二 甲基 二 乙氧 基
1 0 4 02m。・ 3 . 6 g , 吉林 双吉 化工 新材 料 有 限公
基 金项 目 : 林 省 教 育 厅 自然 科 学 基 金 资 助 项 目[ 2 0 ) 吉 ( 0 8 15 ; 春 工 业 大 学 科 学研 究 发 展 基 金 资 助项 目(0 8 2 0 3长 2 0 A1 )
应用领 域H 。 目前对 白炭 黑 的疏 水改 性多集 中在 ] 表 面改性剂 的选 择 l 、 5 预处 理 温 度 和反 应 条 件 的 ]
富裕精 细化 工有 限公 司产 品 ;0 1 7室 温硅 橡 胶 , 济
南 国邦 化工 有 限公 司产 品 ; 聚酯无 纺布 , 常州新 区
浩新绝 缘材 料有 限公 司产 品 。
白炭 黑 内部具 有 聚 硅 氧结 构 , 表 面 存 在活 外 性 硅醇基 及 吸附水[ , 亲水 性 , 有机相 中难 以 】呈 ] 在
司产 品 ; 甲基 二 硅氮烷 , 六 国药 集 团化学试 剂有 限 公 司产 品 ; 甲基 二 乙氧基 硅烷 , 国 A o n o 二 英 J h sn Mate t y公 司产 品 ; h 甲苯 和 二 甲苯 , 析 纯 , 津 分 天
1 2 主 要 设 备 和 仪 器 .
C - L 2型恒温 加热磁 力搅拌 器 , 义市 英峪 予 巩 华仪器 厂产 品 ; Z 一0 0型 真空 干 燥 箱 , 海 精 D F6 5 上
优选 l J 而 有 关 溶 剂 对 白炭 黑疏 水 改 性 效 果 的 _ , 6
影 响研 究较 少 。 本工作 以六 甲基 二 硅 氮 烷 ( HMDZ 为 主 表 ) 面处 理剂 , 甲基 二 乙氧基硅 烷为助 处理 剂 , 别 二 分
作者 简 介 : 光 芳 ( 95) 女 , 东潍 坊 人 , 春 工 业大 学 在 王 18 一 , 山 长 读 硕 士研 究 生 , 要从 事硅 橡 胶 材 料 的 研 究 。 主
*通 讯 联 系 人
硅烷 和 0 1g水 配 制 的混 合 处 理剂 r , . 8 然后 在 一 ]
定温 度下 继续加 热搅 拌一定 时 间 , 乙醇洗 涤3 用 ~ 4次 ; 将样 品放 入 9 O℃ 的真 空 干燥 箱 中烘 干 , 即
公 司 产 品 ; M一 GT 2型 膜 装 置 ( 件 ) 华 东 理 工 大 组 ,
选用 6种溶 剂对 白炭 黑进 行 表 面 改性 , 究 不 同 研 溶剂 、 反应 温度 和 时 间对 白炭 黑 表 面 疏水 改 性 效
果 的影响 , 并对 比研 究 未 改性 白炭 黑 和改 性 白炭
宏实 验设 备 有 限公 司 产 品 ; - 酸度 计 , 国 UB 5型 美
丹佛公 司 产 品 ; c l 一D 型红 外 光 谱 仪 , 国 Ni e 5 X ot 美
Ni lt 器 公 司 产 品 ; D-8 1型气 相 色谱 仪 , c e仪 o S 60
山东 鲁 南 瑞 虹 化 工 仪 器 有 限 公 司 产 品 ; KH一 70 0 DB型超声 波分 散 仪 , 山禾 创 超 声仪 器 有 限 昆
得改性 白炭 黑 。
( ) 橡胶 复合膜 2硅
分别将 一定 量 的硅 橡胶 溶解 于两个装 有 正庚
第 1 期 1
王 光芳 等 . 相 法 纳 米 白炭 黑 的表 面疏 水 改性 气
摘要: 以六 甲基 二 硅 氮 烷 为 主表 面处 理 剂 , 甲基 二 乙 氧基 硅 烷 为 助 处 理 剂 , 究 不 同溶 剂 、 应 温 度 和 时 间对 气 二 研 反 相 法 白炭黑 表 面疏 水 改 性 效 果 的影 响 , 对 比研 究 未 改 性 白炭 黑 和 改 性 白 炭 黑 对 硅 橡 胶 复合 膜 分 离 因 子 的 影 响 。结 并 果 表 明 , 甲苯 为 溶 剂 、 应 温度 为 1O℃ 、 以 反 1 反应 时 间为 9 n时 白炭 黑 的改 性 效 果 较 好 ; 性 白 炭 黑/ 橡 胶 复 合 膜 0mi 改 硅 的分 离 因 子 较 未改 性 白炭 黑 / 橡胶 复合 膜 高 。 硅
关 键 词 : 相 法 白炭 黑 ; 面 改 性 ; 气 表 疏水 ; 剂 ; 橡 胶 ; 离 因子 溶 硅 分
中图 分 类 号 : TQ1 7 2 T 3 . 3 2 . ; Q3 3 9 文 献 标识 码 : A 文 章 编 号 :0 0 8 0 2 1 ) I 0 6 — 4 1 0 — 9 X( 0 0 1 - 6 4 0
湿 润和分 散 ; 白炭 黑 表面 存 在 羟基 l ] 表 面能 且 2 , 较大 , 聚集体倾 向于凝聚 , 影响其 应用 性能 。因此 有必要对 白炭黑进 行表 面 改性 , 高其 与 有 机相 提 的相容性 和结 合力 , 改善加 工性 能 , 备具有 较好 制 疏水性 的 白炭 黑产 品 , 以改善其 应用 效果 , 展其 拓
64 6
橡
胶
工
业
21 0 0年 第 5 卷 7
气 相 法 纳 米 白炭 黑 的 表 面 疏 水 改 性
王光 芳 于 波 孙 , ,
( l 春 工 业大 学 化 学 工 程学 院 , 1长 吉林 长 春
德 李 然 ,
101) 3 1 7
10 1 ;. 春 中 医药 大学 药 学 院 , 林 长 春 3022长 吉
学化 学工 程研发 中心 产品 。
1 3 试 样 制 备 .
黑对 硅橡胶 复合膜 分离 因子 的影 响 。
1 实 验
( ) 性 白炭 黑 1改
称 取 2g在 1 O℃ 下 真 空 预 活 化 3h的 白炭 1
1 1 主要 原材 料 . 气相 法 白炭 黑 , 号 HL 2 0 比 表 面 积 为 牌 -0 ,