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气相法白炭黑补强作用研究气相法白炭黑的重要应用领域－－复合绝缘子（广州吉必盛宣传部）气相法白炭黑是一种重要的无机功能材料，有着广泛的应用，在硅橡胶和特种橡胶中主要用作补强剂，其补强效果甚至超过碳黑。
在硅橡胶中加入气相白炭黑后，可使胶料拉伸强度提高20倍左右，撕裂强度提高40倍，且透明度高。
气相白炭黑用于丁睛橡胶、羟基丁腈橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶中，制造出的油田用橡胶件的性能，与采用沉淀白炭黑或炭黑的胶料比，具有更高的硬度、拉伸强度，以及较好的耐磨性和较低的水膨胀性。
气相白炭黑对橡胶的补强性能主要取决于白炭黑粒子的大小、结构和表面化学性质。
通常情况下，粒子的大小以平均粒径或比表面积表示，其测定方法有电子显微镜法或BET吸附法。
在TEM 电镜下对气相白炭黑进行观察，白炭黑粒子呈球形颗粒，它们并不是以单个的粒子存在，很多个白炭黑粒子聚集成在一起，这些聚集体又附聚在一起形成带空隙的结构，在基料中经分散静止后形成三维网状结构，这种三维网状结构是一种动态的、暂时的结构，在外力的作用下会发生变形，空隙的形状和大小也会随之发生变化，很有“揉性”。
在TEM电镜下还可以观察到白炭黑粒子的表面布满了很多微孔，这种微孔从粒子的表面延伸到里面，不过微孔很小，橡胶分子很难进入。
对气相白炭黑进行红外测试，可以发现粒子的表面有大量的硅烷醇基团（SiOH），有两种羟基存在，一是孤立的自由羟基，以一定的间距“联”在颗粒的表面；二是连生的、形成氢键的缔合羟基，在颗粒的内部则是以Si-O-Si结合。
由于表面的氢键作用，使之形成的附聚体既发达又牢固。
气相白炭黑在基料中形成的这种三维网状结构起到了骨架作用，从而对硅橡胶和特种橡胶具有很好的补强作用，补强作用的大小与这种网状结构的形状和牢固程度有直接的关系。
白炭黑粒径越小，比表面积越大，形成的附聚体的刚性越强，粒子与胶料的接触面大，结合点多，对橡胶的补强性能越好，硫化胶的拉伸强度、撕裂强度、耐磨性也高，但弹性下降，因此混炼黏度增大，加工性能恶化。
气相白炭黑产品简介一、炭黑注册商标：二、气相白炭黑二氧化硅主要品种：HM-150 HM-200HM-300 HM-380三、包装材料和规格：1.10Kg/包机包袋,用PP材料或牛皮纸制作,可以散包运输.2.一般每20包码成一个托架,即200Kg/托再覆膜后运输.3.也可根据客户所要求的包装形式和规格进行包装.四、气相白炭黑产品用途说明：气相二氧化硅1物化性质HM-150型是一种亲水型的气相二氧化硅,比表面积为150m2/g,是一种高纯度的白色粉末.2用途:用于橡胶和室温硫化橡胶、粘合剂和密封剂、涂料和油漆等.3性能与作用：本品在橡胶中作强化填料；流变和触变液体控制系统,粘合剂,聚合物等；防尘,抗流挂,增稠；改进粉末的自由流动和防结块特性粉等.气相二氧化硅1物化性质HM-200型是一种亲水型的气相二氧化硅,比表面积为200m2/g,是一种高纯度的白色粉末.2用途：用于涂料和油漆、不饱和聚酯树脂,复合树脂和凝胶科茨、弹性体,特别是橡胶和室温硫化橡胶、粘合剂和密封剂、印刷油墨、电缆化合物、植物保护、食品和化妆品等.3性能与作用：本品在橡胶中作强化填料；流变和触变液体控制系统,粘合剂,聚合物等；防尘,抗流挂,增稠；改进粉末的自由流动和防结块特性粉；高透明性等.气相二氧化硅1物化性质HM-300型是一种亲水型的气相二氧化硅,比表面积为300m2/g,是一种高纯度的白色粉末.2用途：用于涂料和油漆、硅橡胶和其它弹性体、化合物和不饱和聚酯树脂、粘合剂和密封剂、印刷油墨等.3性能与作用：本品在橡胶中作强化填料；流变和触变液体控制系统,粘合剂,聚合物等；防尘,抗流挂,增稠；改进粉末的自由流动和防结块特性粉；在不饱和聚酯树脂方面有极好的透明性等.气相二氧化硅1物化性质HM-380型是一种亲水型的气相二氧化硅,比表面积为380m2/g,是一种高纯度的白色粉末.2 用途：用于涂料和油漆、硅橡胶和其它弹性体、电缆料和不饱和聚酯树脂、粘合剂和密封剂、油墨等.3 性能与作用：本品可用作弹性体的补强材料；流变性和触变性助剂；防尘,抗流挂,增稠；提高粉料的自由流动和防结块；在不饱和聚酯树脂方面有极好的透明性等.。
白炭黑在橡胶中的应用一、白炭黑对胶料工艺性能的影响（1）胶料的混炼与分散白炭黑由于比表面积很大，总趋向于二次聚集，加之在空气中极易吸收水分，致使羟基间易产生很强的氢键缔合，进一步提高了颗粒间的凝聚力，所以白炭黑的混炼与分散要比炭黑困难得多，而且在多量配合时，还容易生成凝胶，使胶料硬化，混炼时生热大。
为获得良好的分散，就要求初始混炼时，保持尽可能高的剪切力，以便使白炭黑的这些聚集体粒子尽可能被破坏，而又不致使橡胶分子链发生过多的机械降解。
为此，白炭黑应分批少量加入，以降低生热。
适当提高混炼温度，有利于除掉一部分白炭黑表面吸附水分，降低粒子间的凝聚力，有助于白炭黑在胶料中的分散。
（2）白炭黑补强硅橡胶混炼胶中的结构控制白炭黑，特别是气相法白炭黑是硅橡胶最好的补强剂，但有一个使混炼胶硬化的问题，一般称为“结构化效应”。
其结构化随胶料停放时间延长而增加，甚至严重到无法返炼、报废的程度。
对此有两种解释，一种认为是硅橡胶端基与白炭黑表面羟基缩合；另一方面认为硅橡胶硅氧链节与白炭黑表面羟基形成氢键。
防止结构化有两个途径，其一是混炼时加入某些可以与白炭黑表面羟基发生反应的物质，如羟基硅油、二苯基硅二醇、硅氮烷等。
当使用二苯基硅二醇时，混炼后应在160~200℃下处理0.5~1h。
这样就可以防止白炭黑填充硅橡胶的结构化。
另一途径是预先将白炭黑表面改性，先去掉部分表面羟基，从根本上消除结构化。
（3）胶料的门尼粘度白炭黑生成凝胶的能力与炭黑不相上下，因此在混炼白炭黑时，胶料的门尼粘度提高，以致于恶化了加工性能，故在含白炭黑的胶料配方中软化剂的选择和用量很重要。
在IIR中往往加入石蜡烃类、环烷烃类和芳香烃类，用量视白炭黑用量多少及门尼粘度大小而异，一般可达15-30%。
在NR中，以植物性软化剂如松香油、妥尔油等软化效果最好，合成的软化剂效果不大，矿物油的软化效果最低。
（4）胶料的硫化速度白炭黑粒子表面有大量的微孔，对硫化促进剂有较强的吸附作用，因此明显地迟延硫化。
气相法白炭黑在涂料中的应用（1）消光剂气相法白炭黑折光指数1.46 , 与成膜树脂的折光指数接近，对漆膜颜色没有影响。
在成膜过程中迁移到漆膜表面，能使漆膜表面产生预期粗糙度，明显地降低其表面光泽，是一种良好的消光剂。
消光效果主要取决于产品的三个性能：孔积率，粒径和表面处理。
使用气相法白炭黑时要注意与漆膜厚度的匹配，在厚膜漆里采用颗粒非常细的气相法白炭黑，是不能产生适当的粗糙度的微细表面，反之如在薄膜漆里采用颗粒粗大气相法白炭黑，虽然其消光效果非常好，但是漆膜表面的粗糙度将不能为绝大多数用户接受。
（2）流变助剂流变性是涂料的重要性能，它直接影响到涂料的外观、施工性能及贮存稳定性等性能，而不同涂料体系对流变助剂的要求也有差异。
对于油性体系而言，大部分流变助剂都是形成氢键而起作用，表面未处理的气相法白炭黑聚集体是含有多个羟基，一是孤立的、未受干扰的自由羟基；二是连生、彼此形成氢键的键合羟基。
这一特性赋予油性涂料非常好的贮存性能和施工性能，特别是厚浆型涂料（如船舶漆），既能保证涂料在一定的施工剪切力下有良好的流动性，又能保证涂膜的一次施工厚度。
同时，气相法白炭黑由于能形成氢键而提高体系的中低剪切粘度，从而起到增稠作用。
因此，气相法白炭黑在油性体系当中的应用非常广泛。
不过在水性体系中，由于水分子也会与气相法白炭黑形成氢键，大大影响其作用，所以通常会对其表面进行封端处理，并引入氧化铝等改性，利用配位效应而起流变作用，以避开水的影响。
但从目前应用的情况来看，都不是很理想，需要反复搭配实验，而且使用不当时还会导致体系有肝化的趋势。
（3）防沉剂气相法白炭黑是一种理想的防沉剂，它形成的氢键结构非常均匀稳定，而且是三维网状结构。
因此，对于防止涂料体系中颜料的沉淀非常有效。
特别是对于色浆体系，适当的添加量将大大提高色浆的稳定性，而且能够减少润湿分散剂的量，以提高色浆的适用性并减少色浆对涂料体系的影响。
气相法白炭黑的防沉作用对涂料存放非常有利，特别是某些颜料如金属粉和薄片，都极易沉淀及不能完全悬浮，使用气相法白炭黑可保证其分散不沉淀，明显改善涂料的开罐性能。
浅析气相法白炭黑在涂料中的应用作者：徐冬梅来源：《科学导报·学术》2020年第71期【摘要】作为一种多功能添加剂，气相法白炭黑本身稳定性、补强性特征突出，而且具有良好的增稠性，将其用于涂料生产，能有效提升涂料的整体性能。
本文在阐述气相白炭黑的生产工艺的基础上，就其在涂料生产中的应用情况展开分析。
期望能实现气相法白炭黑与涂料的深度融合，提升涂料的性能和应用效果。
【关键词】气相法白炭黑;涂料;工艺应用气相法白炭黑又名化学味精，是一种结构为二氧化硅的添加剂。
这种添加剂主要应用纳米材料，气相法白炭黑在涂料生产的应用较多，其能有效实现资源的良性利用循环，提升涂料的使用价值。
一、气相法白炭黑生产工艺目前，气相法白炭黑被广泛应用在现代工业生产中。
这种材料属于无机新材料，其颗粒很小，并且吸附表面积大，能够大大提高吸附能力。
同时研究表明气相法白炭黑化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻电能性能较为突出，故而在工业生产中有着较为广泛的应用。
从气相法白炭黑生产过程来看，在氢氧燃烧条件下，四氧化硅材料会发生水解反应，并由此形成一定的气固混合物;这些混合物的成分不仅包含N2、O2、H2O，而且涉及HCI、SO2。
在气固混合物进一步冷却过程中，通过管状聚集器，SO2离子在相互碰撞后会住家聚集，最终生成一种粒度分布适宜的大颗粒，该工艺即为气相白炭黑生生成工艺。
该工艺气固分离阶段，HCI存在于固体物质中，通过加热与蒸汽气提作用，HCI会被吸附提出，并由此形成气相二氧化硅产品。
从生产过程来看，气相法白炭黑工艺流程如图1所示[1]。
二、气相法白炭黑在涂料中的应用要点1、流变助剂流变助剂作为涂料中比较常用的材料，当涂料不同时，使用的流变助剂也需要不同。
假设使用的涂料为溶剂型，那么使用流变助剂，会在氢键的形成中起到非常关键的作用。
气相法白炭黑在生产涂料的过程中就是起到流变助剂的效果。
当气相法白炭黑表面未经处理時，其聚合体本身是含有多个H和O的聚合体，在溶剂型涂料身缠中，这些气相法白炭黑能快速地形成氢键，在剪切了作用下，氢键会被破坏，此时涂料本身的黏度会下降，流动性会有所增强。
产品介绍及应用济南东亮化工有限公司气相法白炭黑为白色无定型絮状半透明固体胶态极微粒子，其化学式可以写作SiO2?nH2O，外观为蓬松的白色粉末，无毒无味，不溶于水和酸，化学性质稳定，耐高温，不燃烧，具有很高的电绝缘性。
气相法白炭黑以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性而在橡胶、涂料、医药、造纸等诸多工业领域得到广泛的应用，并为许多工业领域的发展提供了新材料和技术保障，已成为当今世界材料科学中最能适应时代要求和发展最快的品种之一。
◆气相法白炭黑在硅橡胶上的应用气相法白炭黑在硅橡胶中的用量非常大，尤其是在热硫化硅橡胶中，其添加量可达40%～50%。
虽然沉淀法白炭黑也可作为硅橡胶的补强填料使用，但由于吸水性和杂质含量较高，导致用其填充的硅橡胶的电性能、耐热性等不如用气相法白炭黑填充的硅橡胶；因此，气相法白炭黑在该应用领域中占据着主导地位。
未经补强的硅橡胶，其强度不超过0.4ＭＰａ，没有使用价值，经气相法白炭黑补强之后，其强度可提高40倍。
所以，气相法白炭黑是硅橡胶的优良补强剂。
关于气相法白炭黑的补强机理及模型非常多。
比较认可的解释是白炭黑表面的自由羟基与硅橡胶分子形成了物理或化学结合，在白炭黑表面形成硅橡胶分子吸附层，构成气相法白炭黑粒子与硅橡胶分子联成一体的三维网络结构，从而起到补强作用。
由于白炭黑表面的羟基与硅橡胶分子链形成氢键结合，在硅橡胶混炼胶的贮存过程中容易造成结构化效应，随着贮存时间的延长，混炼胶的塑性降低，加工性能变差，因此一般都需要添加适当的加工助剂(如羟基硅油等)或者选择表面经过处理的气相法白炭黑。
白炭黑经过预处理后，表面的羟基数减少，有助于白炭黑在生胶中的分散以及减少白炭黑与硅橡胶分子链间形成的氢键，从而防止结构化效应。
加工助剂的加入与表面处理的效果相同。
随着表面处理程度或加工助剂的增加，混炼胶的混炼时间缩短、可塑性增加，硫化胶的硬度下降。
◆气相法白炭黑在橡胶中的应用白碳黑的最重要应用是用作橡胶的补强剂，其用量约占总产量的80-90%。
