气相法白炭黑生产方法及应用概述

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。