气相二氧化硅的表面改性

气相二氧化硅是出现最早，也是最早实现工业化生产的一种无机纳米粉体材料，以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，被广泛的应用于硅橡胶、粘胶剂、油漆涂料、油墨和复印机墨粉、不饱和聚酯树脂及复合材料，是国家高技术领域和国防工业急需的、必不可少的原材料。

但未改性的气相二氧化硅表面含有大量的羟基和极性基团，使原生粒子之间极易相互碰撞聚集在一起，形成二次聚集体，影响了气相二氧化硅在有机聚合物中的均匀分散，满足不了某些行业对其的特殊需要，因此就需要有针对性地对气相二氧化硅进行表面化学改性处理，使气相二氧化硅表面由亲水变为疏水性，从而改善纳米气相二氧化硅颗粒与有机物分子之间的浸润性、分散性、界面结合强度，提高复合材料的综合性能。

气相二氧化硅的改性原理

气相二氧化硅在改性前，表面一般有三种羟基，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；三是双生的羟基，两个羟基连在一个硅原子上。

对气相二氧化硅的改性就是通过一定工艺，选择合适的表面处理剂与二氧化硅表面的羟基反应，以减少表面硅羟基的量，使气相二氧化硅表面呈疏水性。一般地说，能够与白碳黑表面羟基发生化学反应的易挥发物质均可作为改性剂。

常用的改性剂包括有机氯硅烷、硅烷偶联剂、醇类化合物、胺类化合物等：

1.有机氯硅烷作为改性剂，常用的是二甲基二氯硅烷和三甲基氯硅烷。

2.硅烷偶联剂作为改性剂，常用的有六甲基二硅氮烷、六甲基乙烯基硅氮烷、乙烯基乙氧基硅烷等。

3.醇类化合物作为改性剂。

4.胺类化合物作为改性剂。

气相二氧化硅的处理工艺

气相二氧化硅的表面改性有干法和湿法以及压热法三种。

使干燥的气相二氧化硅与有机硅烷的蒸汽在固定反应器或硫化床中接触并进行反应，以减少表面硅羟基的数量，这种方法就是干法。干法工艺的特点是改性装置可直接连在气相二氧化硅生产装置脱酸工序的前后，过程简单，后处理工序少，还可避免其他方法因使用苯、甲苯等有机溶剂造成的环境污染，易于规模化生产。但干法也有其缺点，改性剂消耗量大，操作条件严格，对设备要求高，导致产品成本升高。

湿法是指将气相二氧化硅和改性剂加入到有机溶剂中，然后把它们加热煮沸、回流，再分离，然后干燥。这种方法工艺简单，产品质量容易控制，改进剂消耗量小。湿法的缺点是产品后处理过程复杂，容易造成污染，且难实现规模化工业生产。

随着气相二氧化硅表面处理研究的不断深入，处理工艺的不断成熟，硫化床反应器的成功应用，干处理法为多数厂家所采用。

改性气相二氧化硅的应用

改性气相二氧化硅通常应用于高温硅橡胶，能够改善二氧化硅粒子与聚合物的亲和性，根本消除结构化现象，对硅橡胶起到补强作用，使硅橡胶的拉伸强度可由补强前的0.3MPa提高到14MPa左右。改性气相二氧化硅对高温硅橡胶的补强作用效果与气相二氧化硅粒径大小、粒径的分布、杂质的含量、表面pH值的高低以及所选用的处理剂均有关系。

改性气相二氧化硅也常常应用于涂料、塑料、医药、密封胶、油漆、油墨、化妆品，能对体系起到增稠、控制流变性以及防结块的作用。如改性气相二氧化硅添加到粉末涂料中，明显可以改善粉体的流动性、分散性能，并可防止结块。在密封胶中添加改性气相二氧化硅，能够对密封胶起到很好的补强作用，提高密封胶的耐候性能。