气相二氧化硅的特性及其在硅橡胶中的应用二

气相二氧化硅

室温硫化（RTV）硅橡胶，在产品形态上分为单组分（RTV-1）和双组分（RTV-2）两大类；从硫化机理上又分为缩合型和加成型两个体系[14]。各种形态的室温硫化硅橡胶，都需要用填料补强才有使用价值，目前，气相二氧化硅是使用最多也最有效的RTV硅橡胶补强填料[12.15]。由于RTV硅橡胶一般作为浇注、嵌缝、涂复等密封材料，为了保持硫化前的粘度和流动性，所以气相二氧化硅的添加量一般比高温硫化硅橡胶少的多，并且经常与其它补强和半补强填料一起使用，以便于施工操作[4.15]。
3.2.1 气相二氧化硅添加量对RTV硅橡胶拉伸强度和硬度的影响
　　气相二氧化硅是RTV硅橡胶非常有效的补强填料，可以显著提高其强度。这一方面是由于气相二氧化硅粒子的小尺寸效应和大的比表面积；另一方面是因为其表面含有很多硅羟基，粒子可以通过氢键和范德华力的作用形成网络结构，同时二氧化硅粒子也与聚硅氧烷分子产生强的相互作用，改善了界面粘结。气相二氧化硅粒径越小，比表面积越大，粒子与胶料的接触面大，结合点多，对RTV硅橡胶的补强性能越好，硫化胶的拉伸强度、撕裂强度、耐磨性、硬度也高，但同时分散变得非常困难，弹性下降，加工性能恶化，因此，RTV硅橡胶一般选用比表面积相对较低（200m2/g以下）的气相二氧化硅作为填料[16]。未经补强的硅橡胶硫化之后呈脆性，加入气相二氧化硅补强后，硅橡胶的硬度随二氧化硅的加入量的增加而上升。
3.2.2 气相二氧化硅添加量对RTV硅橡胶流变学性能的影响
　　气相二氧化硅聚集体具有立体分支结构，可以在分散体系中形成一种相互作用的网络，利用这用特性，气相二氧化硅在密封胶领域，作为增稠剂和触变剂，可以增加粘度，保证胶料的自由流动性，具有防止结块、流挂、塌陷等作用。气相二氧化硅的增稠和触变机理主要是通过表面硅羟基的氢键的相互作用来实现的，当其聚硅氧烷中分散后，不同粒子间通过其表面的硅羟基产生氢键作用，形成一个二氧化硅网络，使体系的流动性受到限制，粘度增加，起到增稠的作用；在受到剪切力的作用时，二氧化硅网络收到破坏，导致体系粘度下降，发生触变效应，有利于施工。一旦剪切力消失，氢键重新形成，二氧化硅网络又重新恢复，RTV硅橡胶胶料体系的粘度也逐渐回升，有效防止了胶料在硫化过程中的流挂现象[17]。体系的防流挂特性与材料在使用时受到的剪切之后的屈服值和网络还原率密切相关。实际应用中，屈服值越高，胶料的防流挂性能越好。理想的胶料应该具有高屈服值、高剪切稀释指数和快速的还原率。
3.2.3 气相二氧化硅分散性对RTV硅橡胶性能的影响
　　在RTV硅橡胶中添加气相二氧化硅时，必须注意其在聚合物中的分散程度。在分散过程停止后，达到最佳分散状况的气相二氧化硅会在系统中形成完整的网络，具有高粘度和优良的触变特性，胶料受到剪切力作用时，粘度大幅度下降，呈现出一定的流动性，剪切力解除后，粘度会迅速恢复；如果分散不够或者过度分散，都只会形成部分气相白炭黑网络，导致较低的粘度和较差的触变特性。在透明体系中，透光度越高，则表明白炭黑的分散度越好。相同的分散条件下，含有较大比表面积气相二氧化硅产品一般具有较好的透明度。
　　综上所述，气相二氧化硅是硅橡胶必不可少的补强材料，由于其独特的性能，它也在其它领域，如：涂料、油墨、医药、化妆品以及化学机械抛光（CMP）等得到了广泛应用，发展前景也十分光明。目前国内气相二氧化硅市场份额大部分被国外公司占据，国内企业的总产量不足1500吨/年，不能满足市场需求，因此发展和壮大民族气相二氧化硅工业已经成为当务之急。


参考文献：
1.　　Lee, Kam Bor. Process for the production of finely-divided metal and metalloid oxides. US, 4048290. 1977
2.　　Lange, Ludwig, Diether etc. Process for the production fo finely divided oxides. US, 3954945. 1976
3.　　Charles A. Stokees, Welleley Hills, George B. Kisliakowsky etc. Method of preparing metallic oxides by hydrolysis of metallic halides. US, 3130008. 1964
4.　　王月眉. 白炭黑及其对硅橡胶力学性能的影响. 有机硅材料及应用，1992，5：11-15
5.　　Johann Mathisa, Gerhard Wannemacher, Basic characteristics and applications of aerosol 30. The chemistry and physics of the aerosol surface. Journal of Colloid and Interface Science,1988,1(125):61-68
6.　　W. Hertl, M. L. Hair. Reaction of Hexamethyldisilazane with Silica. Journal of Physical Chemistry,1971,14(75)
7.　　William Hertl. Mechanism of Gaseous Siloxane Reaction with Silica I. Journal of Physical Chemistry,1968,4(72):1248-1253
8.　　William Hertl. Mechanism of Gaseous Siloxane Reaction with Silica. II. Journal of Physical Chemistry,1968,12(72)3993-3997
9.　　K. Tsutsrmi, H. Takahashi. Studies of surface modification of solids. IV. Immersional heats and infrared spectra of organosilane-treated silica. Colloid & Polymer Science. 1985,6(263):506-511
10.　　Abdelhalim Khalfl, Eugene Papirer, Henri Balard etc. Characterization of silylated silicas by inverse gas chromatography: modelization of the poly(dimethylsiloxane) monomer unit/surface interactions using poly(dimethylsiloxane) oligomers as probes. Journal of Colloid and Interface Science,1996,184:586-593
11.　　汪齐方. 气相法白炭黑的流态化、表面改性技术及动力学研究. 硕士论文，华东理工大学，2001
12.　　H. Cochrane and C. S. Lin. The Influence of fumed Silica Properties on the Processing, Curing, and Reinforcement Properties of silicone Rubber. Rubber Chemistry and Techonlogy,1993,(66):48-60
13.　　杨本意，段先健. 李仕华等. 气相法白炭黑的应用技术.有机硅材料，2003，17（4）28-32
14.　　黄文润. 有机硅材料的市场与产品开发（续五）.有机硅材料及应用，1993，5：1-8
15.　　黄文润. 缩合型室温硫化硅橡胶配合剂. 有机硅材料，2002，16（1）：37-43
16. 李光亮. SiO2填料对硅橡胶性能的影响. 合成橡胶工业，1991，14（6）：433-436
17.　　H. Cochrane and C. S. Lin. The effect of fumed silica in RTV-1 silicone rubber sealants. Rubber World, 1985