一、氣相二氧化硅簡(jiǎn)介：

      氣相二氧化硅是極其重要的高科技超微細(xì)無(wú)機(jī)新材料之一，具有多孔性，無(wú)毒無(wú)味無(wú)污染，平均原生粒徑約為7-40納米，比表面積50～380m2/g，產(chǎn)品純度高，SiO2含量不小于99.8％，是一種多功能的添加劑。

       二氧化硅（SiO2）在自然界的含量是非常豐富的。沙子、水晶、石英砂、硅微粉、硅藻土等，主要成分都是SiO2；合成二氧化硅中，沉淀法白炭黑，氣相法白炭黑等，其主要成分也是SiO2。像沙粒，硅微粉和硅藻土等，這些是天然的產(chǎn)品，它們有些是未經(jīng)加工直接應(yīng)用，有些則經(jīng)過(guò)加工后進(jìn)入市場(chǎng)，但是產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域都非常有限；沉淀法白炭黑（二氧化硅）和氣相法白炭黑（二氧化硅）是應(yīng)用最廣的化學(xué)制備的二氧化硅產(chǎn)品，沉淀法白炭黑雖然用量比較大，但是氣相法白炭黑的應(yīng)用領(lǐng)域卻更廣。在市場(chǎng)上，氣相法白炭黑產(chǎn)品的售價(jià)也最高（作為飾品和收藏的水晶除外），所涉及的應(yīng)用領(lǐng)域也最廣。

二、氣相二氧化硅生產(chǎn)工藝：

        氣相二氧化硅是通過(guò)鹵硅烷在氫氧焰中高溫水解縮合而得到的一種超細(xì)粉體材料（圖1是氣相二氧化硅合成原理示意圖）。由于其獨(dú)特的制備工藝，使得它具有與其他二氧化硅產(chǎn)品不同的結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的性能。

氣相法白炭黑的生產(chǎn)工藝，具有如下特點(diǎn)：

（1）在原料方面，合成氣相法白炭黑的原料非常簡(jiǎn)單，一類是鹵硅烷（SiCl4和CH3SiCl3）和可燃?xì)怏w（氫氣和氧氣（空氣）），有效防止其他物質(zhì)帶入產(chǎn)品。

（2）在工藝方面，鹵硅烷是先汽化后進(jìn)入反應(yīng)器，水解反應(yīng)的溫度也在2000℃左右，然后聚集，分離，脫酸等工藝都在高溫下完成，整個(gè)流程是在一個(gè)連續(xù)、密封的系統(tǒng)完成，保證產(chǎn)品不受外界影響和污染。

（3）整個(gè)生產(chǎn)裝置各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)都采用耐高溫、耐酸堿腐蝕材料，可避免在生產(chǎn)過(guò)程中其他污染源進(jìn)入產(chǎn)品。

      氣相法白炭黑生產(chǎn)的原材料、生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，使得氣相法白炭黑產(chǎn)品具有粒徑?。ㄔ?-40nm）、比表面積大（100-400m2/g）、表面活性高（表面含有高活性Si-OH基團(tuán)）；在這種特殊的工藝下制備的氣相法白炭黑產(chǎn)品也具有特殊三位枝狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品孔隙率高。在外觀上，氣相法白炭黑表現(xiàn)為“煙霧”狀的蓬松的白色超細(xì)粉末，所以具有fumed silica這一英文名字。

三、氣相二氧化硅的結(jié)構(gòu)及性能：

那么氣相二氧化硅到底有哪些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能呢？

（1）獨(dú)特的“三維枝狀”結(jié)構(gòu)

       氣相二氧化硅在生產(chǎn)過(guò)程中，首先是鹵硅烷水解縮合成單個(gè)的二氧化硅微粒，然后逐漸長(zhǎng)大成7-40納米的球形顆粒，該顆粒稱作二氧化硅的“原生粒子”（Primary Particle）。

    “原生粒子”在反應(yīng)爐內(nèi)隨著火焰方向繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，粒子之間相互碰撞，此時(shí)由于反應(yīng)爐內(nèi)溫度還比較高，粒子還接近于熔融狀態(tài)，粒子碰撞后熔接在一起，形成由多個(gè)球狀粒子熔接在一起的三維枝狀結(jié)構(gòu)的粒子，稱為二氧化硅的“聚集體”（Aggregate Particle）。由于聚集體中的粒子是相互熔接在一起的，因此是穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，幾乎不可能分開(kāi)的。

       二氧化硅“聚集體”在管道內(nèi)隨著氣流繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)、碰撞，然后相互連接在一起，形成絮狀的蓬松的粉體，稱作二氧化硅的“附聚體”（Agglomerate Particle）。由于此時(shí)管道內(nèi)的溫度較低，“聚集體”之間的連接只是通過(guò)物理吸附連接在一起，是一種不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，在一定的機(jī)械力下，是可分開(kāi)的（可分散的）。

圖2是氣相二氧化硅的透射電鏡照片；圖3是沉淀法二氧化硅的透射電鏡照片。從照片中可以看出二者之間的分散狀態(tài)時(shí)有明顯的區(qū)別，正是由于氣相二氧化硅在體系中分散后，可以形成“近乎完美”的納米粒子三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得它具有優(yōu)異的補(bǔ)強(qiáng)、增稠、觸變、防沉降、防流掛等性能。

（2）表面活性高

      氣相二氧化硅在高溫水解縮合過(guò)程中，表面還殘留有部分硅羥基（Si-OH），表面硅羥基的存在，使得氣相二氧化硅的表面極性較強(qiáng)，表面活性較高。

      氣相二氧化硅表面存在“硅氧基”和“硅羥基”，其中的硅羥基具有較高的活性，可以形成氫鍵，或者與其它基團(tuán)反應(yīng)，這也保證了二氧化硅粒子之間能形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)與其它介質(zhì)之間具有良好地相互作用，使得二氧化硅呈現(xiàn)出良好的增強(qiáng)、增韌；增稠觸變以及防沉降等性能。

       另外，硅羥基的存在，也為氣相二氧化硅的表面修飾提供可能，選擇不同結(jié)構(gòu)的表面改性劑與硅羥基進(jìn)行反應(yīng)，把一些功能性基團(tuán)接枝到氣相二氧化硅表面，從而使得氣相二氧化硅的功能更加多樣化。

（3）粒徑小，比表面積大

       氣相二氧化硅的“原生粒徑”為7-40nm，這是一個(gè)什么概念呢？我們可以從下面這個(gè)表中的數(shù)據(jù)對(duì)比來(lái)理解。如果我們把一個(gè)氣相二氧化硅粒子放大到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球那么大，需要放大3千萬(wàn)倍左右；如果按等比例，把足球放大3千萬(wàn)倍左右，那它將變得跟火星差不多大。

      氣相二氧化硅的粒徑小，使得它的比表面積非常大，通常氣相二氧化硅的比表面為100-400m2/g。通常我們一套150m2的房子，其室內(nèi)面積也就120m2左右，即使用目前市場(chǎng)通用最低比表面積的氣相二氧化硅產(chǎn)品（如HL-150），不到1g，其比表面積就可以覆蓋整個(gè)房子室內(nèi)面積！而如果像比表面積高的產(chǎn)品（如HL-380），僅18.8g產(chǎn)品，其比表面積就相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)的面積那么大！正是由于氣相二氧化硅粒徑小、比表面積大的特性，使得它具有良好的吸附性能，可廣泛應(yīng)用于催化劑、食品、醫(yī)藥、保溫材料等領(lǐng)域，起著吸附、防結(jié)塊、隔熱等功能。

四、氣相二氧化硅的應(yīng)用：

       氣相法白炭黑是無(wú)定形態(tài)，純度高（SiO2%≥99.8%），表面活性硅羥基的存在，以及氣相法白炭黑堆積密度低，流動(dòng)性好的特點(diǎn)，為氣相法白炭黑實(shí)現(xiàn)干法表面改性成為可能，可以在不破壞氣相法白炭黑特殊結(jié)構(gòu)的情況下實(shí)現(xiàn)表面改性，通過(guò)選擇不同結(jié)構(gòu)和功能的表面改性劑對(duì)其改性，可以獲得不同功能產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)氣相法白炭黑的功能化。

       氣相法白炭黑這一系列獨(dú)特結(jié)構(gòu)和性能，使得它在實(shí)際應(yīng)用中體現(xiàn)出優(yōu)異的補(bǔ)強(qiáng)、增稠、觸變、防沉、抗流掛、吸附、隔熱等功能，在橡膠、塑料、涂膠、膠粘劑、工業(yè)催化、食品、醫(yī)藥、CMP、隔熱保溫材料等幾十個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，使氣相法白炭黑真正成為二氧化硅中的“白富美”和市場(chǎng)的“寵兒”。

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