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1簡介

氣相白炭黑是極其重要的納米級無機原材料之一,由於其粒徑很小,因此比表面積大,表面吸附力強,表面能大,化學純度高、分散性能好、熱阻、電阻等方面具有特異的性能,以其優越的穩定性、補強性、增稠性和觸變性,在眾多學科及領域內獨具特性,有著不可取代的作用。氣相白炭黑俗稱「納米白炭黑」,廣泛用於各行業作為添加劑、催化劑載體,石油化工,脫色劑,消光劑,橡膠補強劑,塑料充填劑,油墨增稠劑,金屬軟性磨光劑,絕緣絕熱填充劑,高級日用化妝品填料及噴塗材料、醫藥、環保等各種領域。並為相關工業領域的發展提供了新材料基礎和技術保證。由於它在磁性、催化性、光吸收、熱阻和熔點等方面與常規材料相比顯示出特異功能,因而得到人們的極大重視。
氣相白炭黑

2生產方法

化學氣相沉積(CAV)法,又稱熱解法、干法或燃燒法。其原料一般為四氯化硅、氧氣(或空氣)和氫氣,高溫下反應而成。反應式為:SiCl4+ 2H2+ O2—>SiO2+4HCl。空氣和氫氣分別經過加壓、分離、冷卻脫水、硅膠乾燥、除塵過濾後送入合成水解爐。將四氯化硅原料送至精餾塔精餾后,在蒸發器中加熱蒸發,並以乾燥、過濾后的空氣為載體,送至合成水解爐。四氯化硅在高溫下氣化(火焰溫度1000~1800℃)后,與一定量的氫和氧(或空氣)在1800℃左右的高溫下進行氣相水解;此時生成的氣相二氧化硅顆粒極細,與氣體形成氣溶膠,不易捕集,故使其先在聚集器中聚集成較大顆粒,然後經旋風分離器收集,再送入脫酸爐,用含氮空氣吹洗氣相二氧化硅至PH值為4~6即為成品。

3產品特性

產品為人工合成物無定形白色流動性粉末,具有各種比表面積和容積嚴格的粒度分佈。本產品是一種白色、鬆散、無定形、無毒、無味、無嗅,無污染的非金屬氧化物。其原生粒徑介於7~80nm之間,比表面積一般大於100m2/g。由於其納米效應,在材料中表現出卓越的補強、增稠、觸變、絕緣、消光、防流掛等性質,因而廣泛的應用於橡膠、塑料、塗料、膠粘劑、密封膠等高分子工業領域。作為液體的觸變劑和增稠劑,防沉澱、防流掛;改善顏料填料在液體體系中懸浮性和分散性;用作分散和研磨助劑;提高塗層耐腐蝕性;提高粉末流動性、貯存穩定性;改善粉末帶電量及電荷穩定性;提高抗水性;提高漆膜抗刮傷性;提高顏色鮮艷性;固定特殊效果;提高漆膜物理機械性能;提高漆膜附著力和柔韌性;改善橡膠、彈性體粘彈性能,補強;消泡劑中的消泡作用;提高塗層表面硬度、抗刮擦;薄膜及彈性體中防止粘連;作為吸附劑和載體;用於噴墨列印塗層;作為齒科材料的高級填充物;作為催化劑載體,顯著的熱絕緣性,用於低溫和高溫絕緣。

4氣相白炭黑的種類

瓦克(WACKER)
親水性:V15、V15P、N20、N20P、T30、T40
疏水性:H13L、H15、H17、H18、H20、H30、H2000
燊納SHENNA
親水性:Y150、Y200、Y300、Y380
疏水性:F01、SD10、F08、F09
親水性氣相白炭黑
親水性氣相白炭黑是通過揮發性氯硅烷在氫氧焰中水解而製得的。從化學角度看,這些鬆散的白色粉末由高純度的無定形白炭黑構成。親水性白炭黑可用水潤濕,並能在水中分散。除了在傳統工業領域,如聚酯、有機硅、油漆和塗料中應用外,親水性氣相白炭黑產品越來越多的成功應用於高科技領域中。氣相法白炭黑的納米粒子特性和高純度使其在電子和光纖工業中的應用起了主導作用。親水性氣相白炭黑產品經×射線分析具有無定形結構。根據市場和應用領域不同,我們可以提供不同粒徑的原生顆粒和不同比表面積的產品。一些氣相白炭黑產品可以壓縮后供貨,一些產品是醫藥級的。
親水性氣相白炭黑的功能:適於加工處理,調節到最佳的流變性;有機硅彈性體的補強;非極性液體的增稠;食品和工業粉末的助流劑;高化學純度;即使在高溫下仍具有優異的絕緣性能;液體轉變成粉末,如醫藥、化妝品。
電子封裝材料
有機物電致發光器材(OELD)是目前新開發研製的一種新型平面顯示器件,具有開啟和驅動電壓低,且可直流電壓驅動,可與規模集成電路相匹配,易實現全彩色化,發光亮度高(>105cd/m2)等優點,但OELD器件使用壽命還不能滿足應用要求,其中需要解決的技術難點之一就是器件的封裝材料和封裝技術。目前,國外(日、美、歐洲等)廣泛採用有機硅改性環氧樹脂,即通過兩者之間的共混、共聚或接枝反應而達到既能降低環氧樹脂內應力又能形成分子內增韌,提高耐高溫性能,同時也提高有機硅的防水、防油、抗氧性能,但其需要的固化時間較長(幾個小時到幾天),要加快固化反應,需要在較高溫度(60℃至100℃以上)或增大固化劑的使用量,這不但增加成本,而且還難於滿足大規模器件生產線對封裝材料的要求(時間短、室溫封裝)。將經表面活性處理后的氣相白炭黑充分分散在有機硅改性環氧樹脂封裝膠基質中,可以大幅度地縮短封裝材料固化時間(為2.0-2.5h),且固化溫度可降低到室溫,使OELD器件密封性能得到顯著提高,增加OELD器件的使用壽命。
塑料
利用氣相白炭黑透光、粒度小,可以使塑料變得更加緻密,在聚苯乙烯塑料薄膜中添加氣相白炭黑后,不但提高其透明度、強度、韌性,而且防水性能和抗老化性能也明顯提高。通過在普通塑料聚氯乙烯中添加少量氣相白炭黑後生產出的塑鋼門窗硬度、光潔度和抗老化性能均大幅提高。利用氣相白炭黑對普通塑料聚丙烯進行改性,主要技術指標(吸水率、絕緣電阻、壓縮殘餘變形、撓曲強度等)均達到或超過工程塑料尼龍6的性能指標,實現了聚丙烯鐵道配件替代尼龍6使用,產品成本大幅下降,其經濟效益和社會效益十分顯著。
顏(染)料
有機顏(染)料雖具有鮮艷的色彩和很強的著色力,但一般耐光、耐熱、耐溶劑和耐遷移性能往往不及無機顏料。通過添加氣相白炭黑對有機顏(染)料進行表面改性處理,不但使顏(染)料抗老化性能大幅提高,而且亮度、色調和飽和度等指標也均出現一定程度的提高,性能可與進口高檔產品相媲美,極大地拓寬了有機顏(染)料的檔次和應用範圍。
密封膠、粘結劑
密封膠、粘結劑是量大、面廣、使用範圍寬的重要產品。它要求產品粘度、流動性、固化速度達最佳條件。中國在這個領域的產品比較落後,高檔的密封膠和粘結劑都依賴進口。國外在這個領域的產品已經採用納米材料作改性劑,而氣相白炭黑是首選材料,它主要是在氣相白炭黑表面包敷一層有機材料,使之具有憎水性,將它添加到密封膠中很快形成一種硅石結構,即納米Si0X小顆粒形成網路結構抑制膠體流動,加快固化速度,提高粘結效果,由於氣相白炭黑顆粒尺小從而也增加了產品的密封性和防滲性。
藥物載體
隨著當前城市生活垃圾的大幅增長以及環境污染的日趨嚴重,加大消滅「四害」的力度、預防疾病的傳播已十分迫切。在樹榦上塗刷石灰、向垃圾箱噴洒藥水已作用不大,現在大城市已採用噴塗中樞神經麻醉藥類殺蟲劑來消滅蚊子、蒼蠅、蟑螂等昆蟲類害蟲,但這些殺蟲劑多從國外進口,價格較高,噴塗後有效期較短(只有一個月)。採用氣相白炭黑為載體吸附該類殺蟲劑,起到了很好的緩釋效果,據測定,其噴塗後有效期長達一年以上。
十二、抗菌材料
利用氣相白炭黑龐大的比表面積、表面多介孔結構和超強的吸附能力以及奇異的理化特性,將銀離子等功能離子均勻地設計到氣相白炭黑表面的介孔中,並實施穩定,成功開發出高效、持久、耐高溫、廣譜抗菌的納米抗菌粉(粒徑只有70納米左右),不但填補國內空白,而且主要技術指標均達到或超過日本同類產品。經檢測,當納米抗菌粉在水中的濃度僅為0.315%時,對革蘭氏陽性代表菌種與革蘭氏陰性代表菌種的抗菌能力就可以非常明顯的表露出來,抑菌圈出現2—3mm,且隨著納米抗菌粉在水中濃度的增加,抑菌圈明顯增大。據測定,水中含Ag+為0.01mg/1時,就能完全殺滅水中的大腸桿菌,並能保持長達90天內不繁衍出新的菌叢。 將納米抗菌粉應用於搪瓷釉料中,生產出具有防霉、抗菌功能的滾筒洗衣機,其抗菌率高達99%以上。應該指出的是,納米抗菌粉在搪瓷釉料中使用條件較為苛刻,須在鹼性較強的液體中和高溫(900℃左右)燒瓷后仍保持很強的抗菌性能,這是其它抗菌粉望塵莫及的。將納米抗菌粉添加在內牆塗料中,生產出了具有長久抗菌防霉功能的內牆塗料。將納米抗菌粉用在婦女內褲洗滌劑、羊毛、羊絨洗滌劑、洗潔精、洗手液中,經衛生防疫部門檢測,其抗菌性能十分顯著。可以預見,隨著人們健康意識的增強,納米抗菌粉將逐漸被相關應用企業的廣大民眾所接受,在票據、醫療衛生、化學建材、家電製品、功能纖維、塑料製品等行業中嶄露頭角。

十三、其它

1、在光學領域的應用納米微粒應用於紅外反射材料主要是製成薄膜和多層膜來使用。納米微粒的膜材料在燈泡工業上有很好的應用前景。高壓鈉燈以及各種用於拍照、攝影的碘弧燈都要求強照明,但是燈絲被加熱后69%的能量轉化為紅外線,這就表明有相當多的電能轉化為熱能被消耗掉,僅有一少部分轉化為光能來照明,同時,燈管發熱也會影響燈具的壽命,如何提高發光效率,增加照明度一直是急待解決的關鍵問題。納米微粒的誕生為解決這個問題提供了一個新的途徑。80年代以來,科研技術人員用納米Si0X和納米TiO2微粒製成了多層干涉膜,總厚度為微米級,襯在燈泡罩的內壁,結果不但透光率好,而且有很強的紅外線反射能力。據專家測算同種燈光亮度下,該種燈具與傳統的鹵素燈相比,可節約15%的電能。
2、新型有機玻璃添加劑 飛機的窗口材料常用的是有機玻璃(PMMA),當飛機在高空飛行時窗口材料經紫外線輻射易老化,造成透明度下降。為解決此問題,利用納米Si0X極強的紫外反射性能,在有機玻璃生產過程中加入表面修飾后的納米Si0X,生產出的產品抗紫外線輻射能力提高一倍以上,抗衝擊強度提高80%。
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