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气相法白炭黑生产方法及应用概述

发布时间:2018-05-16 11:25:28   人浏览 来源:

_太阳城娱乐城_网 - 白炭黑

  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,与一定量的氢和氧(或空气)在1800℃左右的高温下进行气相水解;此时生成的气相二氧化硅颗粒极细,与气体形成气溶胶,不易捕集,故使其先在聚集器中聚集成较大颗粒,然后经旋风分离器收集,再送入脱酸炉,用含氮空气吹洗气相二氧化硅至PH值为4~6即为成品。

  气相法白炭黑大体分为两类,一是亲水性气相白炭黑,一是疏水性气相白炭黑。

  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。

  疏水性气相法白炭黑:疏水性气相法白炭黑是通过亲水性气相法白炭黑与活性硅烷(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。

  二、 气相法白炭黑在各领域应用:

  1、电子封装材料

  例如:有机物电致发光器材(OELD)是目前新开发研制的一种新型平面显示器件,但OELD器件使用寿命还不能满足应用要求,其中需要解决的技术难点之一就是器件的封装材料和封装技术。将经表面活性处理后的气相法白炭黑充分分散在有机硅改性环氧树脂封装胶基质中,可以大幅度地缩短封装材料固化时间(为2。0-2。5h),且固化温度可降低到室温,使OELD器件密封性能得到显著提高,增加OELD器件的使用寿命。

  2、树脂复合材料

  将气相法白炭黑颗粒充分、均匀地分散到树脂材料中,能达到全面改善树脂基材料性能的目的。提高了强度、延伸率、耐磨性,改善材料表面的光洁度并增强抗老化性能。

  3、塑料

  利用气相法白炭黑透光、粒度小,可以使塑料变得更加致密,在聚苯乙烯塑料薄膜中添加气相白炭黑后,不但提高其透明度、强度、韧性,而且防水性能和抗老化性能也明显提高。通过在普通塑料聚氯乙烯中添加少量气相法白炭黑后生产出的塑钢门窗硬度、光洁度和抗老化性能均大幅提高。

  4、涂料

  我国是涂料生产和消费大国,但当前国产涂料普遍存在着性能方面的不足,致使每年需进口大量高质量的涂料。上海、北京、杭州、宁波等地的一些涂料生产企业成功地实现了气相法白炭黑在涂料中的应用,这种纳米改性涂料一改以往产品的不足,经检测其主要性能指标除对比率不变外,其余均大幅提高。

  5、橡胶

  橡胶是一种伸缩性优异的弹性体,生产橡胶制品过程中通常需在胶料中加入炭黑来提高强度、耐磨性和抗老化性,但由于炭黑的加入使得制品均为黑色。而气相法白炭黑为生产出色彩新颖、性能优异的新一代橡胶制品奠定了物质基础。在普通橡胶中添加少量气相白炭黑后,产品的强度、耐磨性和抗老化性等性能均达到或超过高档橡胶制品,而且可以保持颜色长久不变。纳米改性彩色三元乙丙防水卷材,其耐磨性、抗拉强度、抗折性、抗老化性能均提高明显,且色彩鲜艳,保色效果优异。

  6、陶瓷

  用气相法白炭黑代替纳米A1203添加到陶瓷里,既可以起到纳米颗粒的作用,同时它又是第二相的颗粒,不但提高陶瓷材料的强度、韧性,而且提高了材料的硬度和弹性模量等性能,其效果比添加A1203更理想。

  7、密封胶、粘结剂

  将疏水性气相法白炭黑添加到密封胶中,会很快形成一种硅石结构,即纳米Si0X小颗粒形成网络结构抑制胶体流动,加快固化速度,提高粘结效果,由于气相白炭黑颗粒尺小从而也增加了产品的密封性和防渗性。

  8、化妆品

  气相法白炭黑反射紫外能力强、稳定性好,被紫外线照射后不分解,不变色,也不会与化妆品配方中其它组分起化学反应。气相白炭黑的这些突出特点为防晒化妆品的升级换代奠定了良好的基础。

  从上述气相白炭黑的部分应用简介可以看出,它的应用遍布现代工业的多个领域,拥有极为广阔的市场前景。


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