白炭黑与SiO气凝胶的区别
气凝胶——超级绝热保温材料
气凝胶——超级绝热保温材料气凝胶——改变世界的神奇材料二氧化硅气凝胶又被称作“蓝烟”、“固体烟”，是目前已知的最轻的固体材料，也是3迄今为保温性能最好的材料。
因其具有纳米多孔结构(1~100nm)、低密度(1,500kg/m)、低介电常数(1.1~2.5)、低导热系数(0.003~0.025 w/m•k)、高孔隙率(80,,99 8,)、高比表2面积(200~1000m/g)等特点，在力学、声学、热学、光学等诸方面显示出独特性质，在航天、军事、通讯、医用、建材、电子、冶金等众多领域有着广泛而巨大的应用前景，被称为“改变世界的神奇材料”。
气凝胶的特性及应用特性应用在所有固体材料中热导率最低，建筑节能材料，热学轻质，保温隔热材料，透明，浇铸用模具等。
超低密度材料密度 ICF以及X光激光靶 3(最低可达3kg/m)高比表面积，催化剂，吸附剂，缓释剂、离子交孔隙率多组分。
换剂、传感器等低折射率， Cherenkov探测器，光学透明，光波导，多组分, 低折射率光学材料及其它器件声学低声速声耦合器件低介电常数，微电子行业中的介电材料，电学高介电强度，电极，超级电容器高比表面积。
弹性，高能吸收剂，机械轻质。
高速粒子捕获剂气凝胶的发展世界上第一个气凝胶产品是1931年制备出的。
当时，美国加州太平洋大学(College of the Pacific)的Steven.S. Kistler提出要证明一种具有相同尺寸的连续网络结构的固体“凝胶”，其形状与湿凝胶一致。
证明这种设想的简单方法，是从湿凝胶中去除液体而不破坏固体形状。
如按照通常的技术路线，很难做到这一点。
如果只是简单地让湿凝胶干燥，凝胶将会收缩，常常使原来的形状破坏，破裂成小碎片。
也就是说，这种收缩经常是伴随着凝胶的严重破裂。
Kistler推测:凝胶的固体构成是多微孔的，液体蒸发时的液一气界面存在较大的表面张力，该表面张力使孔道坍塌。
此后，Kistler发现了气凝胶制备的关键技术(Kistler，1932)。
白炭黑胶料中的凝胶现象
第35卷第4期2008年4月世界橡胶工业World Rubber I ndustryVol.35No.4:7～13Ap r.2008胶料与配合白炭黑胶料中的凝胶现象赵志正 (西北橡胶塑料研究设计院,陕西咸阳712023) 编译 摘要: 该文用热重力分析法(TG A)、透射型电子显微镜(TE M)和脉冲核磁共振(NMR)法对白炭黑填充的胶料进行了定量分析。
结果表明,橡胶凝胶的流动性比填充凝胶的流动性好。
关键词: 填料橡胶;白炭黑;凝胶;橡胶凝胶;结合橡胶;凝聚物大小 中图分类号:T Q330.1+1 文献标识码:B 文章编号:167128232(2008)04200072070 前 言 橡胶与炭黑经过机械混炼后产生了在溶剂中不溶解的橡胶部分———结合橡胶(bound rub2 ber)。
它是由橡胶2炭黑之间的化学反应及物理作用所生成的含有橡胶成分的填料凝胶(filler gel),以及混炼中对橡胶分子链施加了剪切力,使橡胶分子被打断,但随后又发生再结合而形成的三维网状结构———橡胶凝胶(rubber gel)所构成的。
对于上述体系进行了填料凝胶与橡胶凝胶的定量分析。
在白炭黑填充的胶料中,生成结合橡胶的机理是:白炭黑中硅烷醇基与橡胶分子链间(即使是极性橡胶)不会存在化学键。
这是因为在白炭黑粒子表面并未发现与填料凝胶相对应的橡胶相。
在没有生成橡胶凝胶的条件下,制成的白炭黑填充胶料中也存在着在溶剂中不溶的成分———结合橡胶,其数量与胶料中由白炭黑生成的凝聚物的大小有关。
橡胶分子链与硅烷醇基间的氢键只对白炭黑粒子间的凝聚有抑制作用,而起不到促进橡胶分子链吸附硅粒子表面的作用。
根据上述实验事实,该文作者提出了自己的设想:白炭黑粒子与橡胶分子链形成的填料凝胶的机理与炭黑形成凝胶的情况有所不同。
白炭黑在橡胶中进行再凝聚的时候,橡胶相中的填料凝胶被截留在凝胶体内部。
假如这个设想能够得到证实,那么,对于用各种条件加工的白炭黑填充胶料来说,就能做到使填料凝胶与橡胶凝胶定量化,就能在白炭黑填充胶料的物理性能的评价方面发挥作用。
白炭黑的应用(详细)
白炭黑一、简介白炭黑的主要成份是SiO2，因其为白色，且主要物性及用途与炭黑相似而得名。
白炭黑按生产方法的不同可分为沉淀白炭黑（沉淀水合二氧化硅）和气相法白炭黑（气相二氧化硅），两种产品的生产方法不同，性质及用途也有很大区别，以下介绍的产品是用硫酸沉淀法生产的，也即沉淀法白炭黑，以下所涉及的白炭黑均为沉淀法白炭黑。
二、名称定义及分子式白炭黑的学名为：沉淀水合二氧化硅。
定义：沉淀水合二氧化硅是从可溶性硅酸盐水沉液中沉淀而获得的无定形粒子组成的材料。
化学分子式：SiO2〃nH2O三、主要性质1、物理性质外观：白色粉末或粒状或不规则造块。
真密度：约2.0g/ml假密度：约0.2g/ml（普通产品）。
耐高温、不燃烧；电绝缘性好。
2、化学性质：能与烧碱发生反应SiO2nH2O+2NaOH=Na2SiO3+（n+1）H2O1能与氢氟酸发生反应SiO2nH2O+4HF=SiF4+（n+2）H2O2、主要化学指标SiO2含量（干品）≥90%筛余物（4.5цm）≤0.5%加热减量：4.0-8.0%灼烧减量：（干品）≤7.0%PH值：5.0-8.0总铜含量：≤30mg/kg总锰含量：≤50mg/kg总铁含量：≤1000mg/kgDBP吸收值：2.00-3.50cm3/g比表面积：不同用途有不同范围，我厂产品控制145-165m2/g（HT2#）165-185m2/g（HT1#）200-300m2/g（HT3#）3、主要物理性能（配合橡胶品）拉伸强度≥17.0Mpa500%定伸强度≥6.3Mpa 扯断伸长度≥675%四、生产原理水玻璃和硫酸反应生成水合硅酸Na2O·mSiO2+H2SO4+nH2o-加热→Na2SO4+mSiO2·（n+1）H2O↓反应完成液经压滤脱水，洗涤、并通过打浆制得白炭黑料浆，经喷2雾干燥得白炭黑成品。
五、工艺简图白炭黑料浆固体水玻璃液体水玻璃反应溶解硫酸+水压滤白炭黑滤饼成品白炭黑白炭黑料浆打浆包装干燥洗涤六、主要用途白炭黑产品自20世纪40年代工业化生产以来，以过60多年的不断发展与完善，已广泛应用于各行各业，除被广泛应用于橡胶制品中作补强剂外，还可用于医药行业、农药、油墨、油漆、涂料、牙膏、纸张、食品、饲料、化妆品、蓄电池等各种行业。
白炭黑
白炭黑白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅、超细二氧化硅凝胶和气凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。
白炭黑是多孔性物质，其组成可用SiO2·nH2O表示，其中nH2O是以表面羟基的形式存在。
能溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和酸（氢氟酸除外）。
耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性。
与具有相同硬度和耐磨性的炭黑填充物相比，胎面胶中含有沉淀法白炭黑可改善其抗裂口增长性及撕裂强度。
与其他橡胶比较，白炭黑可以相对容易和迅速地与环氧化天然橡胶(ENR)混合。
且产物的增强效果也最好。
在含有ENR的胶料中，白炭黑的增强效果和炭黑N330相似。
在SBR／BR共混体系中加入沉淀法白炭黑制成的乘用车胎面胶的滚动阻力减少50 ，而干、湿牵引性没有明显的改变。
Evans等介绍了一种超高增强沉淀法白炭黑，这种白炭黑用于胎面胶有以下优点：在不使用偶联剂时，胎面胶的滚动阻力降低而冰牵引性能提高；使用偶联剂后可减少胶料的焦烧、硫化时间，改善其抗裂口增长性，提高其扯断伸长率、硬度和300 定伸应力，同时不影响炭黑。
虽然白炭黑与炭黑并用为轮胎胎面胶增强剂时能明显改善胶料的撕裂强度，且能抑制胎面胶老化龟裂，防止胎面产生裂口裂纹，但是这种胶料的耐磨性稍差，扯断变形较大，生热大实际使用过程中，白炭黑必须经改性后才能弥补胶料性能的不足。
与炭黑相比，白炭黑表面有一层均匀的硅氧烷和硅烷醇基，硅烷醇基的存在使白炭黑表面易于进行化学反应，这使白炭黑表面可相对容易地进行改性常用于白炭黑表面处理的偶联剂是双(3一三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫烷(TESPT)，这种有机硅烷可与橡胶及填料反应，在填料和聚合物分子间引入共价键，从而改善聚合物与填料间的作用。
研究发现，使用TESPT后，含2O份沉淀法白炭黑和4O份N332炭黑的胶料可使滚动阻力降低，而胎面胶的磨耗性能和湿牵引性能改变很小。
白炭黑SiO2与SiO2气凝胶的区别
白炭黑SiO2与SiO2气凝胶的区别从定义、结构、性能、生产工艺以及应用等多方面对白炭黑与SiO2气凝胶进行区别。
1.定义白炭黑：白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称。
气凝胶：是由胶体粒子或高聚物分子相互聚集成纳米多孔网状结构，并在孔隙中充满气态分散介质的一种高分散固态材料,固体相和孔隙结构均为纳米量级。
2.结构传统法生产的白炭黑结构示意图改进工艺后生产的白炭黑结构示意图SiO2气凝胶的结构示意图3.性能白炭黑分子式为Si02·nH20(水合二氧化硅)，是一种白色、无毒、无定型微细粉状物，具有多孔性、高分散、质轻、化学稳定性好、耐高温、不燃烧和电绝缘性好等优异性能。
高纯者Si02达99.8%，原始粒径＜0.003mm，密度为2.319-2.653g/c m3，熔点1750℃。
Si02气凝胶具有低的折射率、低的弹性模量、低声阻抗、低热导率、强吸附性、典型的分形结构等性能。
目前制备得到的气凝胶，其孔隙率在80-99.8%，典型孔洞尺寸在100nm 范围内，比表面积可达1000m 2/g ，作为基本单元的胶质粒子直径约为1-20nm ，采用一步法制备的密度在0.00.05-5-5-0.0.0.22g /c m 3，采用二步法制备的SiO 2气凝胶密度在0.00.01010g /c m 3以下。
4.生产工艺白炭黑的制备方法很多，为了方便，仅以稻壳灰制备白炭黑的工艺为例，与我们用稻壳灰生产SiO 2气凝胶的工艺进行比较。
白炭黑工艺：SiO 2气凝胶工艺：白炭黑的世界年产量大约为80—90万吨，产品品种有50—60种。
白炭黑以前主要用于军工领域，从20世纪90年代开始大量用于民用工业，如硅橡胶、聚酯、密封胶、涂料、油墨和着色剂(调色剂)、电缆溶胶、弹性体、化妆品、医药产品、复合材料、食品等领域。
Si02气凝胶的应用也非常的广泛，既可以应用于航空航天及军事领域，又可以应用于民用领域，如作为一种新型建筑材料,可以作为建筑物外墙保温材料；其用于高层建筑,则可取代一般幕墙玻璃,大大减轻建筑物自重,并能起到防火作用。
白炭黑与硅胶 (1)
气相白炭黑与硅胶之间的种种联系
白炭黑的基础知识：
白炭黑主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅、超细二氧化硅凝胶和气凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。
白炭黑是多孔性物质，其组成可用SiO2·nH2O表示，其中nH2O是以表面羟基的形式存在。
气相白炭黑：
气相白碳黑（俗称气相二氧化硅），产品为人工合成物无定形白色流动性粉末，具有各种比表面积和容积严格的粒度分布。
它是最早实现工业化的纳米粉体之一，是一种白色、松散、无定形、无毒、无味、无嗅，无污染的非金属氧化物。
其原生粒径介
于7～80nm之间，比表面积一般介于100-300m2/g，表观密度在30-60g/l左右，粘度跨越比较大，从100-1500都有。
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，抗紫外线等性质，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。
硅胶制品引进气相白炭黑的意义：
有关研究表明，随着气相白炭黑比表面积的增大，胶料的粘度和定伸应力都有显著的提高，运用在硅橡胶里面，气相白炭黑除了具有一定程度的补强作用以外，还很大程度上提高了硅橡胶的抗撕裂性能，随着气相白炭黑比表面积的增大，硅胶制品的抗撕裂强度也可大大提高。
一般选用比表面积在250-300㎡/g时最佳。
【图为高撕裂强度的阻燃硅胶薄膜】
气相白炭黑折射率n20/D 1.544(lit.)，并附有着一定程度的不燃性质，用在有机硅上，由于硅胶本身也带有难燃性，因而内人士常称气相白炭黑用在液体硅胶可以做到硅胶半透明阻燃。
二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶和碳气凝胶
二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶和碳气凝胶二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶和碳气凝胶都是纳米材料，具有独特的纳米多孔网络结构。
它们在不同的领域具有广泛的应用前景。
1. 二氧化硅气凝胶：二氧化硅气凝胶（SiO2气凝胶）是一种以纳米二氧化硅颗粒相互聚集构成的纳米多孔网络结构材料。
它们具有低密度、高比表面积、良好的隔热性、隔音性、非线性光学性质、过滤与催化性质等特点。
二氧化硅气凝胶的主要制备方法是通过溶胶凝胶法制备SiO2凝胶，然后干燥得到气凝胶。
溶胶凝胶法制备的二氧化硅气凝胶受到制备条件（如水量、温度）的影响，其性能会有所不同。
二氧化硅气凝胶广泛应用于建筑、电子、环保等领域。
2. 氧化铝气凝胶：氧化铝气凝胶（Al2O3气凝胶）是一种以纳米氧化铝颗粒相互聚集构成的纳米多孔网络结构材料。
它们具有高强度、高硬度、高热稳定性、良好的电绝缘性等特点。
氧化铝气凝胶的主要制备方法是通过溶胶凝胶法制备Al2O3凝胶，然后干燥得到气凝胶。
氧化铝气凝胶广泛应用于航空航天、汽车、电子、化工等领域。
3. 氧化锆气凝胶：氧化锆气凝胶（ZrO2气凝胶）是一种以纳米氧化锆颗粒相互聚集构成的纳米多孔网络结构材料。
它们具有高强度、高硬度、高热稳定性、良好的化学稳定性等特点。
氧化锆气凝胶的主要制备方法是通过溶胶凝胶法制备ZrO2凝胶，然后干燥得到气凝胶。
氧化锆气凝胶广泛应用于航空航天、陶瓷、电子、医疗等领域。
4. 碳气凝胶：碳气凝胶（C气凝胶）是一种以纳米碳颗粒相互聚集构成的纳米多孔网络结构材料。
它们具有高比表面积、高孔容、良好的导电性、热稳定性、化学稳定性等特点。
碳气凝胶的主要制备方法是通过溶胶凝胶法制备C凝胶，然后干燥得到气凝胶。
碳气凝胶广泛应用于能源、环保、化工、催化等领域。
总之，二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶和碳气凝胶都具有独特的性能和广泛的应用前景，这些性能和应用领域随着制备条件和应用需求的不同而有所差异。
SiO气凝胶的特性及应用[1]
![SiO气凝胶的特性及应用[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/fc9b5b5ba31614791711cc7931b765ce05087abf.png)
2.4 优异的隔声性 SiO2气凝胶还具极低的密度、极低的声传播速度、极低的介电常数、极高的
比表面积等优异性能.SiO2气凝胶以其优异的保温隔声性能有望成为1种环保型高 效保温隔声轻质建材.
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2 SiO2 气凝胶特性
2.5 较好的透光性 SiO2气凝胶还具有透光性,可以有效地透过可见光,同时可以高效地阻隔红外
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2 SiO2 气凝胶特性
2.1 优越的隔热性能 由于SiO2 气凝胶的纳米孔超级绝热性能,常温常压下SiO2 气凝胶粉体总导
热率<0.015Ｗ/m.K,块体总导热率<0.013Ｗ/m·K,真空条件下粉体总导热率<0.0 03Ｗ/m·K,块体总导热率<0.007Ｗ/m·K,为目前世界上高温隔热领域导热系数最 低的材料之1.
辐射,因此,用于建筑物可以很好地兼顾采光和节能.
2.6 很好的化学稳定性和环保性 SiO2 气凝胶主要成分为合成SiO2,环保无毒,可长期耐受除氢氟酸外的大部分
酸碱环境,不分解、不变质,在常规使用环境下具有极长的寿命,是1种防潮、防霉、 防菌、抗紫外线、整体疏水不会引起变形,并具有优良的绝热性和隔声性能,可被开 发成为良好的完全可循环的生态建材材料.
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3 体应用涵盖了科研、工业、国防的保温隔热场合, 尤其是三航,还可用于生活日用的多种场合,如建筑隔热板 材、玻璃、衣物保暖、冰箱隔热、管道保温等,乃至提高 阳能集热器的效率.
SiO2 气凝胶采光隔热板
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4 研发方向
存在问题
在实际应用方面,SiO2气凝胶的高度松脆性、有限透明度以及吸湿性等问题的 存在,抑制了其商业前途.提高SiO2气凝胶的质量和品质,是SiO2气凝胶研究的主要 方向.
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白炭黑与SiO2气凝胶的区別
从定义、结构、性能、生产工艺以及应用等多方面对白炭黑与SiO2气凝胶进行区別。
1.定义
白炭黑：白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称。
气凝胶：是由胶体粒子或高聚物分子相互聚集成纳米多孔网状结构，並在孔隙中充满气态分散介质的一种高分散固态材料,固体相和孔隙结构均为纳米量级。
2.结构
传统法生产的白炭黑结构示意图
改进工艺後生产的白炭黑结构示意图
SiO2气凝胶的结构示意图
3.性能
白炭黑分子式为Si02?nH20(水合二氧化硅)，是一种白色、无毒、无定型微细粉状物，具有多孔性、高分散、质轻、化学稳定性好、耐高温、不燃烧和电绝缘性好等优异性能。
高纯者Si02达99.8%，原始粒径＜0.003mm，密度为2.319-2.653 g / cm3，熔点1750℃。
Si02气凝胶具有低的折射率、低的弹性模量、低声阻抗、低热导率、强吸附性、典型的分形结构等性能。
目前制备得到的气凝胶，其孔隙率在80-99.8%，典型孔洞尺寸在100nm范围内，比表面积可达1000m2/g，作为基本单元的胶质粒子直径约为1-20nm，采用一步法制备的密度在0.05-0.2 g / cm3，采用二步法制备的SiO2气凝胶密度在0.010 g / cm3以下。
4.生产工艺
白炭黑的制备方法很多，为了方便，仅以稻壳灰制备白炭黑的工艺为例，与我们用稻壳灰生产SiO2气凝胶的工艺进行比较。
白炭黑工艺：
稻壳灰-硷化处理-过滤-酸化处理-过滤-水洗-烘干-煅烧-粉碎-白炭黑
SiO2气凝胶工艺：
稻壳灰-碱浸取-过滤-溶胶、凝胶-过滤-老化-水洗-醇洗-超临界干燥-SiO2气凝胶
5.应用
白炭黑的世界年产量大约为80—90万吨，产品品种有50—60种。
白炭黑以前主要用於军工领域，从20世纪90年代开始大量用於民用工业，如硅橡胶、聚酯、密封胶、涂料、油墨和着色剂(调色剂)、电缆溶胶、弹性体、化妆品、医药产品、复合材料、食品等领域。
Si02气凝胶的应用也非常的广泛，既可以应用於航空航太及军事领域，又可以应用於民用领域，如作为一种新型建筑材料,可以作为建筑物外墙保温材料；其用於高层建筑,则可取代一般幕墙玻璃,大大减轻建筑物自重,並能起到防火作用。
但是，由於白炭黑的定义为：白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称。
包括了沉淀二氧化硅、气相二氧化硅、超细二氧化硅凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。
而Si02气凝胶也具有无定型的相结构，因此，有些学者也把Si02气凝胶归类到白炭黑裡面，而有些学者则把白炭黑和Si02气凝胶分开，以示他们之间在结构与性能上的巨大差异。
附：
2005年由於原材料价格的上涨、运输成本的增加，国内气相法白炭黑的价格有所提高，具体如下：
比表面积150 m2／g，35000-45000元／吨：
比表面积200 m2／g，45000-60000元／吨；
比表面积300 m2／g，58000-65000元／吨；
比表面积380 m2／g，65000-75000元／吨；
表面改性气相法白炭黑(疏水性白炭黑)的价格随着牌号不同而不同，一般为：10万-20万元／吨。