简述白炭黑（二氧化硅）的表面改性和表面改性的工艺应用

白炭黑又名二氧化硅，是一种重要的无机化工原料。白炭黑特殊的表面结构和颗粒形态使其具有优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性等，从而成为橡胶、涂料和塑料等诸多领域重要的无机填料。

一．白炭黑的表面改性

白炭黑内部的聚硅氧和表面的活性硅醇基，使白炭黑具有亲水性，在有机相中很难湿润或分散。并且表面存在羟基，表面能较大，聚集体易凝聚，从而影响产品的性能。在生产过程中容易团聚、亲水、使成本偏高、效率低且能源消耗严重。在环保重压下，降低成本，提高效率，改善表面疏水性就变得尤为重要。

白炭黑表面上有三种羟基，一是孤立的、没受干扰的自由羟基；二是双生的，两个羟基连在一个Si原子上；三是连生的、彼此形成氢键的缔合羟基。

白炭黑的表面改性就是利用改性剂通过化学工艺使白炭黑表面的羟基与改性剂发生反应，消除或减少表面的硅醇基，以达到改变表面性质的目的。


二．表面改性的工艺

根据改性剂的性质可以将表面改性分为有机物改性和无机物改性。其中主要方法是有机物改性。有机物改性的技术关键是有机硅烷化，即有机基团取代白炭黑表面的羟基。

有机物改性又分为干法，湿法和压热法。目前，世界发达国家改性气相白炭黑均采用干法工艺，流程如下：

干法优点：
过程简单，后处理工序少，改性工艺容易和气相白炭黑生产工艺相连接，容易规模化生产。

干法缺点:
改性剂用量多，设备要求高，操作过程严格，生产成本高。

常用湿法改性有两种，一是将干燥的白炭黑与改性剂和有机溶剂组成的溶液一起加热煮沸，回流，分离，干燥，工艺如下：

湿法优点:
这种方法改性剂用量小，生产工艺简单，使用设备较少，生产成本较低，产品质量可控制。

湿法缺点:
后处理复杂，容易造成污染，较难实现大规模生产。二是在生产沉淀白炭黑的过程中直接改性。

三．常用改性剂和改性原理


常用改性剂大致可分为有机卤化硅烷、硅烷偶联剂、硅氮烷、硅氧烷和醇类化合物。


1.有机卤化硅烷类有二甲基二氯硅烷，三甲基氯硅烷。

2.硅烷偶联剂有六甲基二硅氮烷，六甲基乙基硅氮烷，三甲基乙氧基硅烷，甲基三甲氧基硅烷等。

3.硅氮烷类有六甲基二硅胺烷等。

4.硅氧烷类有聚二甲基硅氧烷，六甲基二硅氧烷等。

5.醇类化合物有丁醇，戊醇，直链庚醇等。

四 . 改性白炭黑的应用

在橡胶制品中，改性白炭黑是很重要的补强剂。弥补了炭黑不能用在浅色制品中的空白。轮胎制作中加入改性白炭黑能提高胶料的物理性能、减少胶料滞后、降低轮胎的滚动阻力，同时不损失其抗湿滑性；在密封胶和胶粘剂中使用改性白炭黑可以改善分散性和相容性，增强产品的耐久性；白炭黑是涂料中常用的消光剂，加入改性白炭黑可以改善白炭黑在涂料中的分散性，不容易聚集沉淀。相较来说，改性白炭黑比普通白炭黑的应用效果更好，应用范围更广。

小 结

改性后的白炭黑不仅具备普通白炭黑的优异性能，同时因为改善了其疏水性和表面性质，应用领域不断扩展。随着我国经济的发展，改性白炭黑市场空间巨大，更环保更经济地大规模生产改性白炭黑是白炭黑生产厂家发展的一个方向。