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气相法白炭黑独特的结构是怎么形成的?

气相法白炭黑(气相二氧化硅)独特的结构--三维网状结构。怎么形成的?由于气相二氧化硅在生产过程中,首先是卤硅烷水解缩合成单个的二氧化硅微粒,然后逐渐长大成7-40纳米的球形颗粒,该颗粒称作二氧化硅的“原生粒子”。

“原生粒子”在反应炉内随着火焰方向继续向前运动,粒子之间相互碰撞,此时由于反应炉内温度还比较高,粒子还接近于熔融状态,粒子碰撞后熔接在一起,形成由多个球状粒子熔接在一起的三维枝状结构的粒子,称为二氧化硅的“聚集体”。由于聚集体中的粒子是相互熔接在一起的,因此是稳定的结构,几乎不可能分开的。

二氧化硅“聚集体”在管道内随着气流继续向前运动、碰撞,然后相互连接在一起,形成絮状的蓬松的粉体,称作二氧化硅的“附聚体”。由于此时管道内的温度较低,“聚集体”之间的连接只是通过物理吸附连接在一起,是一种不稳定的结构,在一定的机械力下,是可分开的(可分散的)。

由于气相二氧化硅在体系中分散后,可以形成“近乎完美”的纳米粒子三维网状结构,使得它具有优异的补强、增稠、触变、防沉降、放流挂等性能。

气相法白炭黑在高温水解缩合过程中,表面还残留有部分硅羟基(Si-OH),表面硅羟基的存在,使得气相法白炭黑的表面极性较强,表面活性较高。

气相法白炭黑(气相二氧化硅)表面存在“硅氧基”和“硅羟基”,其中的硅羟基具有较高的活性,可以形成氢键,或者与其它基团反应,这也保证了二氧化硅粒子之间能形成稳定的网络,同时与其它介质之间具有良好地相互作用,使得二氧化硅呈现出良好的增强、增韧;增稠触变以及防沉降等性能。

另外,硅羟基的存在,也为气相二氧化硅的表面修饰提供可能,选择不同结构的表面改性剂与硅羟基进行反应,把一些功能性基团接枝到气相二氧化硅表面,从而使得气相二氧化硅的功能更加多样化。


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