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1,、認(rèn)識氣相二氧化硅
氣相二氧化硅（氣相法白炭黑），是由鹵硅烷在氫氧火焰中高溫水解得到的一種無定形粉末,，是一種高純,、無色、無味的無機(jī)粉體材料,。
氣相二氧化硅具有原生粒徑小,、純度高（大于99.8%）、比表面積高（通常介于100～400m2/g）,、絕緣系數(shù)和絕熱系數(shù)低,，以及表面具有高活性羥基等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到硅橡膠,、涂料油墨,、不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂,、阻燃塑料,、隔熱板、機(jī)械拋光等領(lǐng)域,，起到補(bǔ)強(qiáng),、增稠、觸變,、阻燃,、隔熱等作用。此外,，氣相法二氧化硅還有其它諸多應(yīng)用,，如應(yīng)用于電解質(zhì)中以改善動力鉛酸蓄電池的性能、將介孔二氧化硅納米顆粒應(yīng)用于光學(xué)診療中等,。
氣相法二氧化硅的結(jié)構(gòu)模型
2,、產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景
氣相二氧化硅是由德國Degussa（Evonik前身）公司的HarryKloepfer于1942年率先合成。國外氣相二氧化硅產(chǎn)業(yè)在20世紀(jì)90年代就已經(jīng)得到充分的發(fā)展壯大,，形成了德國Degussa,、德國wacker和美國Cabot為主體的跨國氣相二氧化硅產(chǎn)業(yè),。我國于1964年在沈陽化工首先試驗(yàn)成功，并于1966年投入大生產(chǎn),。此后30多年我國氣相二氧化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展極其緩慢,，到2001年也僅有沈陽化工和上海氯堿兩家企業(yè)生產(chǎn)。2002年,，廣州吉必時公司（現(xiàn)為廣州吉必盛）成為我國第三家可以規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)氣相二氧化硅的企業(yè),，從此，我國氣相二氧化硅產(chǎn)業(yè)真正步入發(fā)展的快車道,。經(jīng)過20年的發(fā)展,，我國氣相二氧化硅產(chǎn)業(yè)已經(jīng)頗具規(guī)模，具備了國際競爭力,。
3,、氣相二氧化硅制備技術(shù)
氣相法二氧化硅主要應(yīng)用化學(xué)氣相沉積法生產(chǎn)，通常稱其熱解法,。該技術(shù)有兩個步驟：1）進(jìn)入合成水解爐之前,，原料中的氫氣和氧氣必須進(jìn)行加壓，然后再經(jīng)過分離,、冷卻,、脫水、硅膠干燥,、除塵和過濾等一系列操作,。2）四氯化硅通過蒸餾塔進(jìn)行蒸餾，并在蒸發(fā)器中進(jìn)行加熱和蒸發(fā)等操作,。干燥和過濾后的空氣被用作載體,。高溫氣化后，原料在高溫下進(jìn)行反應(yīng),。高溫反應(yīng)生成的白炭黑十分細(xì)小,，收集不方便。由于生成了氣溶膠,，因此要借助其他附加操作使其形成較大的顆粒,，以利于收集。顆粒最后進(jìn)入脫酸爐中,，經(jīng)過洗滌后得到二氧化硅,。
SiCl4+2H2+O2→SiO2+4HCl
目前，國外氣相二氧化硅生產(chǎn)企業(yè)普遍采用單線近萬噸級產(chǎn)能技術(shù),，而我國技術(shù)領(lǐng)先的企業(yè)單線產(chǎn)能已經(jīng)接近了國外水平,。同時，在產(chǎn)品質(zhì)量上,，親水氣相二氧化硅通用牌號產(chǎn)品與國外產(chǎn)品質(zhì)量也基本接近,，但是在高牌號和高分散產(chǎn)品上還與國外有一定差距,。
4、氣相二氧化硅表面改性
常見的二氧化硅表面改性方法包括化學(xué)方法,、物理方法和生物方法等,。化學(xué)方法主要通過改變二氧化硅表面的化學(xué)官能團(tuán),、改變表面電荷等手段實(shí)現(xiàn)表面改性,。物理方法包括等離子體處理、光化學(xué)處理,、溶液化學(xué)氧化等,，可以通過改變表面形態(tài)、結(jié)構(gòu),、粒徑等手段實(shí)現(xiàn)表面改性,。生物方法則是利用生物分子對白炭黑表面進(jìn)行修飾，實(shí)現(xiàn)表面改性,。其中，化學(xué)方法是最常用的方法之一,，包括偶聯(lián)劑改性,、表面接枝改性、醇,、酸改性,、離子液改性及聚合物包覆改性等。
表面化學(xué)改性法中偶聯(lián)劑改性可以減弱二氧化硅之間的團(tuán)聚作用,，具有改性效果好,、反應(yīng)可控性高等優(yōu)點(diǎn)。目前硅烷偶聯(lián)劑,、硅氧烷偶聯(lián)劑和硅氮烷偶聯(lián)劑等偶聯(lián)劑應(yīng)用較為廣泛,，其中硅烷偶聯(lián)劑是二氧化硅改性中較為常用的改性劑之一。
表面改性的疏水氣相二氧化硅是氣相二氧化硅領(lǐng)域的高附加值產(chǎn)品,，進(jìn)入20世紀(jì),，我國逐漸通過自我技術(shù)創(chuàng)新突破了國外技術(shù)封鎖，建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的疏水生產(chǎn)線,，特別是2015年之后,，我國氣相二氧化硅表面疏水改性技術(shù)取得了快速的進(jìn)步，其產(chǎn)品種類逐漸豐富,，目前可以生產(chǎn)十余種疏水產(chǎn)品,，極大帶動了下游新材料領(lǐng)域的快速增長。雖然我國在表面疏水改性氣相二氧化硅領(lǐng)域取得了一定的進(jìn)步,，但是不論產(chǎn)能規(guī)模還是產(chǎn)品質(zhì)量仍然與國外有不小的差距,，需要進(jìn)一步迎頭趕上,。
2024年10月30日在上海跨國采購會展中心,，由北京粉體技術(shù)協(xié)會與柏德英思展覽(上海)有限公司聯(lián)合主辦“2024粉體分散,、改性、包覆技術(shù)研討會”,。屆時廣州匯富研究院有限公司正高級工程師段先健作《氣相二氧化硅的表面改性技術(shù)及其應(yīng)用》報告,，為參會嘉賓講解氣相二氧化硅的制備方法及特性、表面改性技術(shù),、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展及應(yīng)用等一系列內(nèi)容,。
專家介紹
段先健，廣州匯富研究院有限公司副總經(jīng)理,，工學(xué)博士,，正高級工程師。長期從事氣相法納米粉體制備,、表面改性及應(yīng)用研究,，在超細(xì)粉體的制備及應(yīng)用方面申請國家發(fā)明專利30余項(xiàng)，申請國際專利3項(xiàng),，獲得國家專利優(yōu)秀獎2項(xiàng),。參與多項(xiàng)國際、國家及團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作,；參與10余項(xiàng)國家,、省、市科技項(xiàng)目的研究,，榮獲中石化聯(lián)合會科技進(jìn)步一等獎,、廣東省科技進(jìn)步三等獎、湖北省科技進(jìn)步三等獎,、廣州市科技進(jìn)步二等獎等榮譽(yù),。
參考文獻(xiàn)
龍金芬，白炭黑制備的研究進(jìn)展,，六盤水師范學(xué)院
段先健,，氣相二氧化硅產(chǎn)業(yè)及其標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展，廣州匯富研究院有限公司
趙文超,，二氧化硅微球制備方法研究進(jìn)展,，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
朱恩偉，氣相法二氧化硅生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題概述,，沈陽化工股份有限公司
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)
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