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气相法二氧化硅生产过程及其应用特性

????????????????????高士忠，李建强，赵耀，赵莉

???????????（沈阳化工股份有限公司，辽宁，沈阳110026）

?????摘要：介绍了气相法二氧化硅的生产过程、作用机理及应用特性。

?????关键词：气相法二氧化硅；生产过程；应用特性

气相法二氧化硅学名二氧化硅，为工业上独特?的超微细纳米级材料。具有粒度小，超高比表面积?（100～400?m2/g），纯度高等特性，表现出优越的分散?性、补强性、增稠性、触变性、消光性、电绝缘性及表?面处理后的疏水性等。广泛应用于航空航天、橡胶、?涂料、电子电力、汽车、建筑、农业、医药等领域中，发?达国家称其为“工业味精”。

1气相法二氧化硅生产过程

二氧化硅有2种主要生产路线，一个是高温气?相水解法，即气相法或称干法，一个是湿法，即沉淀?法。由于二者的原料路线，生产过程不同，在应用过?程中，气相法二氧化硅使用性能要明显优于沉淀法?二氧化硅。

气相法二氧化硅是利用硅的氯化物在氢氧焰中?燃烧进行高温气相水解，其火焰温度＞1?000℃，经过?凝聚、分离、脱酸、筛选等精制过程生产而成。

总反应式：SiCl4＋2H2＋O2→SiO2＋4HCl

其生产工艺过程示意图如图1。

沉淀法二氧化硅是采用硅酸钠为原料与浓硫酸?在液相中发生反应，经过液相分离、中和、脱水、干?燥、机械研磨等过程生产而成。由于原料价格低廉，?生产成本远远低于气相法二氧化硅。?气相法二氧化硅比沉淀法二氧化硅具有无与伦?比的优越性能，如分散性、触变性、增稠性及在橡胶?行业的补强性和在电子工业方面的绝缘性等。

2气相法二氧化硅的作用机理

2．1在液态体系中的作用机理

由于气相法二氧化硅的表面带有大量的羟基，?这些羟基会在气相法二氧化硅的聚集体之间形成氢?键，当其充分分散于液态体系中时，便形成二氧化硅?的网状结构。其排列如图2所示。

这种网格能增加液体的黏度，并产生触变现象。?触变是液体的物理现象，当对液相体系施加剪切力?后，使二氧化硅聚集体之间形成的氢键断裂，液相体?系的黏度下降，当停止施加剪切力后，聚集体又依靠?氢键重新建立起网络结构，当剪切力完全消失后，液?相体系的黏度可恢复到初始值。

触变现象在很多应用领域中发挥优良作用，如?涂料、胶粘剂、密封胶等。

由二氧化硅粒子的网状结构所造成的黏度升高?可以提高液相体系的流变性能并防止其沉降。提高?液相体系的流动速度，可以使黏度降低，而静止后，?随着网状结构的恢复，流动性又明显下降。此种特性?可以广泛应用于机械喷涂液相物料中，得到更好的?喷涂效果。

为得到良好的流变效果，二氧化硅粒子在液相?体系中的适度分散是一个决定性的因素，但过度分?散会造成二氧化硅粒子之间的网状结构遭到彻底破?坏，即使长时间停止施加剪切力，其网状结构也很难?恢复。

2．2在干燥体系中的作用机理

气相法二氧化硅在干燥体系中可以通过不同机?理起到不同的作用。例如，将其加入颗粒体系中能促?进自由流动，将其加入涂膜中能增加磨擦和抗粘连。

2．2.1自由流动

在粉末状、颗粒状等物质中加入少量的气相法?二氧化硅，就能起到促进自由流动、防结块和防阻塞?等作用。二氧化硅聚集体的微观结构使它很容易在?干燥体系的大颗粒之间移动，并且在多数情况下，它?可在粉末状物质的颗粒表面形成一层包膜，使得颗?粒像可滑移的滚球轴承一样，使大颗粒很容易滑动。?这种特性有助于物料通过像阀门、喷头等带有小孔?的设备。

非处理型二氧化硅能够吸附存在于产品颗粒表?面上少量水分，防止粉末产品由于相互接触而结块。?同时由于有特异的分散性，可以增强粉末产品的流?动性。

2．2.2增加摩擦

气相法二氧化硅的悬浮作用是由于它分散于溶?液中时会形成网络结构而产生的，这种网络结构使?体系中的颗粒不易聚结和发生相的分离。同时体系?的黏度提高也有利于阻止体系中各组分的运动。?气相法二氧化硅在水包油乳液中是良好的稳定?剂，通常加入量达到1％～5％就可以生产出含量较高?的稳定乳液。如果体系中的极性化合物溶解度较大?时，气相法二氧化硅的用量就需要增加。如果配方中?含有能改变体系pH值或起缓冲作用的组分，该组?分的加入次序就很关键，应通过试验来确定最佳加?料次序。

3．3自由流动和抗结块

气相法二氧化硅所具有的极小的粒子和很大的?比表面积，使得其能在大多数粉末物质的较大颗粒?之间起到间隔剂的作用，与此相关的是干滑动作用，?促进自由流动和抗结块作用。

大多数粉末物质例如硫磺、食盐、小苏打和快速?混合食品等。只需添加1％的气相法二氧化硅，就能?够保持自由流动。气相法二氧化硅的吸湿性也有助?于起抗结块作用，甚至已经结块的粉末，通过加入≤?2％的气相法二氧化硅，也能恢复自由流