白炭黑表面有大量羥基，容易團(tuán)聚，會(huì)影響其作為填充劑時(shí)的摻雜均勻性，從而影響產(chǎn)品的性能。
可對(duì)其進(jìn)行表面改性，把有機(jī)基團(tuán)以化學(xué)鍵的方式連接到白炭黑的表面，使其表現(xiàn)出疏水性，改性后降低了氣相白炭黑表面羥基數(shù)量，其與有機(jī)溶劑的相容性與分散性明顯增強(qiáng)，擁有新的物化及機(jī)械性能。
一直以來，氣相白炭黑的表面改性技術(shù)一直被國外公司壟斷，疏水性產(chǎn)品依賴進(jìn)口，價(jià)格處于高位，增加了成本。因此，氣相白炭黑的表面改性及穩(wěn)定規(guī)模化生產(chǎn)還是一個(gè)待攻克的課題，需要加快研發(fā)，主要改性方法有四種。
1、偶聯(lián)劑改性
在橡膠行業(yè)，為改善氣相法白炭黑與NR的相容性，使用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)白炭黑進(jìn)行表面處理。
采用偶聯(lián)劑Si69或A151對(duì)氣相白炭黑進(jìn)行改性并用于補(bǔ)強(qiáng)NR，成功制備了DCP硫化NR/氣相法白炭黑復(fù)合材料。偶聯(lián)劑的比例對(duì)白炭黑復(fù)合材料硫化速度、硫化時(shí)間、最高轉(zhuǎn)矩、拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度及硬度等有較大影響。
2、表面活性劑改性
納米二氧化硅中添加表面活性劑可以使白炭黑成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高其比表面積，吸油性能提升，加入某些活性劑可使白炭黑具有氣凝膠特性。
將十二烷吸附到疏水氣相二氧化硅中，不經(jīng)任何化學(xué)反應(yīng)，制備了一種新型的冷儲(chǔ)能復(fù)合相變材料。根據(jù)孔徑分析儀、掃描電鏡和傅立葉紅外光譜分析的結(jié)果，認(rèn)為疏水氣相二氧化硅相對(duì)合適的孔徑和疏水基團(tuán)是保證十二烷良好滲透的關(guān)鍵，解決了滲漏問題。此外，該復(fù)合相變材料具有可塑性，可壓縮成任何形狀，具有廣泛的應(yīng)用前景。同時(shí)，該復(fù)合相變材料熱導(dǎo)率較低，并且發(fā)現(xiàn)隨著疏水氣相二氧化硅質(zhì)量百分比的增加，熱導(dǎo)率下降。
3、表面接枝聚合物改性
通過復(fù)合改性工藝能夠?qū)崿F(xiàn)納米二氧化硅表面聚合物接枝改性和對(duì)納米二氧化硅團(tuán)聚體有效分散，改變反應(yīng)條件與接枝單體的種類及配比可實(shí)現(xiàn)針對(duì)性改性。
吳成高利用硅烷偶聯(lián)劑KH550對(duì)納米SiO2粒子表面進(jìn)行處理，可以得到氨基化的納米SiO2，再通過溴異丁酸縮水甘油酯與氨基的開環(huán)反應(yīng)，在納米SiO2粒子表面同時(shí)鍵接了開環(huán)聚合（ROP）的引發(fā)劑-OH和原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）的引發(fā)劑-Br（SNPs-f-OH/Br）。以SNPs-f-OH/Br為引發(fā)劑，分別進(jìn)行ROP和ATRP，在納米SiO2粒子表面接枝了聚己內(nèi)酯（PCL）和聚苯乙烯（PS）混合聚合物刷。采用紅外光譜（FT-IR）、透射電鏡（TEM）、熱失重（TGA）、凝膠滲透色譜（GPC）等方法對(duì)所得到的納米復(fù)合粒子進(jìn)行了表征和測(cè)試。表明，混合聚合物刷成功接枝到了納米SiO2粒子表面。
4、醇類改性
醇類改性是使用醇類與二氧化硅表面的羥基進(jìn)行反應(yīng)，脫去水分子，納米二氧化硅表面的羥基被烷氧基取代，反應(yīng)需要在一定溫度一定壓力下進(jìn)行，該方法的改性效果與醇類物質(zhì)的碳原子個(gè)數(shù)及反應(yīng)條件關(guān)聯(lián)較大，通常碳原子大于8個(gè)時(shí)納米二氧化硅表面改性會(huì)較明顯。
趙鵬等以十八醇為改性劑成功制備了疏水性較好的白炭黑樣品，通過單因素實(shí)驗(yàn)得到最佳實(shí)驗(yàn)條件為十八醇用量28%，添加劑十二烷基苯磺酸鈉用量為4%，改性溫度為85℃，按30min、60min陳化兩次。
目前，國內(nèi)普通工業(yè)級(jí)白炭黑工藝比較成熟，產(chǎn)能也比較充足，但高端氣相白炭黑還處于發(fā)展初期，各種高純的、粒徑均勻的以及改性的高性能白炭黑還是以進(jìn)口為主，這也是國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需突破的方向。
資料來源：《陳燕琳,沈一春,錢宜剛,等.納米二氧化硅的制備與發(fā)展趨勢(shì)[J].玻璃,2022,49(04):16-19》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處！
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