气相法白炭黑
气相法白炭黑又称气相二氧化硅、烟化二氧化硅，是利用硅烷的卤化物，如四氯硅烷(SiCl4)、甲基三氯硅烷(CH3SiCl4)等，是在氢氧燃烧火焰中高温水解制得的一种无定形二氧化硅。其原生粒子粒径为5-50nrn，比表面积一般为50-400m2/g。无机纳米粉体材料气相法白炭黑以其优异的补强、增稠和触变性能和粒子的纳米效应，广泛地应用于有机硅材料、涂料、油漆、胶黏剂、电器、电子、造纸、化妆品、医药等领域。
近年来，气相法白炭黑作为高分子材料的添加剂、补强剂，对聚合物性能的提高和改善越来越受到科研工作者的关注。
1 气相法白炭黑的制备
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生产气相法白炭黑的硅烷卤化物原料目前主要有SiCl4和CH3SiCl3两种。1941年，德国Degussa公司成功开发了气相法白炭黑的生产技术，使用的卤化物就是SiCl4。此外，随着全球有机硅工业的发展，有机硅甲基单体生产的副产物甲基三氯硅烷(CH3SiCl3)的处理问题成为制约有机硅发展的一大障碍，国际上通常的做法是将副产物作为原料生产气相法白炭黑，为解决CH3SiCl3的堆积和促进有机硅甲基单体工业的良性发展提供了一条新的途径。气相法白炭黑的制备原理是硅烷卤化物在氢氧焰生成的水中发生高温水解反应，温度一般高达1200-1600℃，然后骤冷，再经过聚集、旋风分离、空气喷射脱酸、沸腾床筛选、真空压缩包装等后处理获得成品。反应原理如下：/ t9 q/ ~6 U9 ~& Q) ^4 P* @
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SiCl4+2H2+O2→(高温水解)SiO2+4HCl$ n8 `# @9 m! E$ u. k
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CH3SiCl3+2H2+3O2→(高温水解)SiO2+CO2+3HCl+2H2O& Y( {$ p \/ Y* z. F E& i8 j7 i
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成品的质量(粒径、表面积、纯度等)与原料(包括氢气和氧气)的纯度、原材料的配比、进料温度、氢气和氧气的流量、合成炉和分离器的结构与精度等因素有关。硅烷卤化物的纯度要高，不能含过多的杂质，否则不但会影响成品的色泽，还会导致其使用效果变差。而原料中的气体也必须经过预处理，使之不含有水分，因为水分的存在会导致硅烷卤化物的水解。通常水的质量分数必须小于0.05。原材料的配比、流量、进料温度对气相法白炭黑的比表面积有着较大的影响。在生产过程中，可以通过对原材料的配比、流量、进料温度的控制实现对硅烷卤化物水解反应的控制，这也是确定生产工艺、获得高质量成品最为关键的过程。合成
炉一般由喷嘴和燃烧室组成，混合后的原料在一定的温度和压力下，经过喷嘴进入燃烧室。混合气体进入燃烧室的流速是影响成品粒径的重要决定因素，一般来说，生产比表面积380m2/g的气相法白炭黑，喷嘴中出来的气体流速为10-15m/s；生产比表面积300m2拒以下的气相法白炭黑，气体流速可控制在8-10m/s。此外，合成炉的结构要合理，既要保证气体在其内部能充分燃烧，又要避免生成的白炭黑原生粒子返混，导致粒径分布不均。分离装置不仅可以直接影响成品的质量，而且还决定了生产过程的稳定性。分离器入口的气流速度、固体颗粒含量、固体颗粒直径以及分离器的结构和精度等都是影响分离效率的主要因素。
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王钧等提出了一种制备气相法白炭黑的新方法。所用原料为工业废渣粉煤灰，其中二氧化硅含量超过50%。他们将经过预处理后的粉煤灰与浓硫酸、氟化钙混在一起微热，反应放出四氟化硅气体，收集这种气体进行水解，得到硅胶，经干燥得到无定形二氧化硅。这种制备方法在实验室阶段取得成功。' a" ?1 W' Q$ W. P8 _/ O o
2 气相法白炭黑的结构与改性 6 p( S. w/ \' V: Z, d! Z
气相法白炭黑的结构包括聚集体整体结构和聚集体表面结构。首先，气相法白炭黑是SiO2的聚集体。一般认为，气相法白炭黑有4个层次结构：第一层次是SiO4四面体；第二层次是由四面体形成的104或更多的SiO2单元的球形原生粒子(5-50nm)；第三层次是形成的原生粒子通过-Si-O-Si-键桥或分子间氢键的作用团聚成稳定的聚集体(100-500nm)，如图1(略)所示；第四层次是分子间极性和静电效应使聚集体团聚成更大的相对不稳定的大颗粒(>1μm)，如图2(略)所示。9 K; j3 C6 E, ]: `" D4 {6 |# H( J
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其次，导致气相法白炭黑聚集的主要因素是其粒子表面上的硅羟基相互作用，这些大量的硅羟基基团是在气相法白炭黑生产工艺中硅的卤化物经高温水解而生成的。红外光谱研究证明：未经表面化学改性的气相法白炭黑表面有3种硅羟基。一类是单生的孤立硅羟基，这种硅羟基不形成氢键，受其他羟基的影响也较小，但这类硅羟基对水有很强的吸附力，正因如此，白炭黑表面通常有一层吸附水覆盖着；第二类是联生的硅羟基，彼此通过氢键形成缔合羟基；第三类是双生的硅羟基，即1个Si原子上连有2个羟基，这类硅羟基也不形成氢键。此外表面还含有硅氧键，如图3(略)所示。6 J1 k4 w1 N2 f& j9 B, p$ f) Z
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如前面所述，由于这种未改性的气相法白炭黑表面含有大量的硅羟基和极性基团，使原生粒子很容易发生团聚，影响了白炭黑在有机物和聚合物中的分散性，发挥不出其纳米粒子固有的特性。针对这个问题，许多研究工作者对其表面进行化学改性，选择合适的表面改性剂与硅羟基反应，以期减少硅羟基的数量，使气相法白炭黑呈现疏水性，从而改善其与有机物或聚合物中的亲和性和分散性。常用的改性剂有硅烷偶联剂，如三甲基乙氧基硅烷(TMEO)、甲基三甲氧基硅烷(MT-MO)、四丁氧基硅烷、乙烯基乙氧基硅烷、六甲基二硅氧烷；醇类化合物，如丁醇、戊醇、直链庚醇、直链辛醇、直链十二醇；硅氧烷类化合物，如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、六甲基二硅氧烷(MM)、八甲基三硅氧烷(MDM)等。
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Khavryutchenko等用量子化学模拟实验研究了氯化氢、水气和在燃烧与聚冷过程使用N2惰性氛围对气相法白炭黑的结构和性能的影响，并在原子水平上对表面结构概念作了定义。; ^8 [8 c2 G9 j0 W9 e
汪齐方等利用六甲基二硅胺烷(HMDS)对气相法白炭黑进行了表面包覆，研究了包覆温度、包覆时间、HMDS分压等对白炭黑表面羟基、含碳量、pH值的影响，分析了表面包覆后气相法白炭黑的形态与结构。结果表明，气相法白炭黑表面包覆HMDS后，团聚状态得到明显改善；随着处理时间的延长，温度的升高以及HMDS分压的升高，经表面处理后的白炭黑的pH值和含碳量增加，表面羟基数明显减少。3 w# [2 N' S5 V$ ~. U4 J: I
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Vincent等研究了硅烷对气相法白炭黑表面功能化的条件。指出气相法白炭黑在经过解羟基化热处理后，硅烷接枝密度与表面富集的硅烷密度有关，用傅里叶红外光谱测得解羟基化后的白炭黑表面硅烷接枝浓度为1.4μmol/m2。7 a2 W {" v4 N/ x8 V4 ~6 H
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Sadhan等用环氧树脂与气相法白炭黑在常温下预混合，将形成的糊状物再与聚醚砜(PES)熔融共混并在后期固化成型。透射电子显微镜照片表明，在气相白炭黑表面上包覆着一层环氧树脂，气相白炭黑在PES中能达到纳米级分散(60-100nm)。这种方法抛开了对粒子表面进行化学处理的复杂工序，利用反应性溶剂环氧树脂中的环氧基与白炭黑表面的硅羟基反应，达到减少硅羟基数目的目的，从而起到一种白炭黑分散剂的作用，如图4(略)所示。此法具有一定普遍意义。
3 气相白炭黑的应用) c/ P* M3 Z% J! K5 l
3.1 在塑料方面的应用 1 H; Q7 w4 x) Y: V+ A9 [
在塑料中添加气相法白炭黑，可提高材料的强度、韧性、耐磨性、阻燃性和耐老化性，改善制品的外观和材料的加工性能。
脆性是塑料的缺点，传统的增韧方法是弹性体增韧，即在基体中加入橡胶类物质。弹性体增韧虽然使材料的韧性大幅度提高，但同时也使材料的强度、刚度、耐热性及加工性能等大幅度下降。而气相法白炭黑增韧塑料的增韧原理是无机刚性粒子增韧，它被添加到塑料中后，可以在不削弱材料刚性的前提下提高材料的韧性，甚至还能提高材料的刚性。Sadhan等以环氧树脂作为反应性溶剂和分散剂，与气相法白炭黑在常温下预混合，然后将得到的半固态糊状物与高性能高分子材料聚醚砜(PES)熔融共混，共混后期在200℃下固化2-5h。研究发现，白炭黑在PES本体中能达到纳米级分散；稍微过量的环氧树脂使PES/SiO2共混物的熔融黏度和加工温度有所下降，含80份PES、4份SiO2、20份环氧树脂的共混物(质量分数)能在200℃下进行加工，与PES加工温度(340-380℃)相比下降了140℃左右；纳米级分散的气相法白炭黑，还改善了PES的阻隔性能和其在高温度下的尺寸稳定性；在对PES拉伸强度影响不大的情况下，大大提高了其冲击强度，含10%气相法白炭黑共混物的冲击强度比纯PES提高了约125%。
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Rong Minzhi等报道了聚苯乙烯辐射接枝气相纳米二氧化硅微粒(SiO2-g-PS)填充聚丙烯的增强增韧作用，并从界面效应和逾渗行为的角度对此类复合材料的力学行为进行了分析。结果表明，接枝纳米微粒填充入聚合物时所形成的微粒/聚合物复合颗粒可以整体发挥协同作用，带来较强的界面效应，并有可能导致双逾渗行为，从而有利于发挥纳米微粒的特殊性能。: A. B2 D- \& E. Z9 c; {) `9 ]
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Yerian等将气相法白炭黑加入聚环氧乙烷(PEO)中，与未加入前相比，聚合物的弹性模量增加，可恢复应力增加。聚合物的增韧增强效果与白炭黑的浓度和表面化学性质有关，由于亲水的二氧化硅表面的羟基与PEO主链上的环氧基团之间存在较强的相互作用，有利于吸附在白炭黑上相互缠结的PEO将二氧化硅粒子与粒子之间连接起来，从而使得聚合物的弹性
模量增大。+ D1 l" J/ e$ y( l4 j$ l
V oronin等用红外、热重分析、热差分析、原子力显微镜和量子化学等方法研究了PEO与气相法白炭黑之间的相互作用，每克PEO吸附了50mg白炭黑，大约与白炭黑表面70%的硅羟基发生反应：然而，在PEO单分子层覆盖白炭黑中，只有20%的氧原子与表面硅羟基形成氢键的反应。: l, J7 O. y2 D
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V oronin等还研究了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与干气相法白炭黑、湿气相法白炭黑和气相法白炭黑水相悬浮液之间的相互作用，实验发现只有在湿白炭黑表面上，由于水或乙醇的作用才出现PVP分子的扩散，这种表面吸附了PVP的白炭黑能减小白炭黑粒子的尺寸，并影响他们的电势，改变氢键网络和吉布斯自由能。这种复合物在医药材料中具有良好的应用前景。: W. K" V% p; t F8 U0 j
Seong Hun Kim。研究了纳米气相法白炭黑填充聚乙烯-2,6-萘(PEN)的结晶动力学和成核行为。他们将气相法白炭黑作为添加剂与PEN熔融共混来改善PEN的力学性能和流变属性。研究结果表明，共混物的熔融黏度和转矩值随着白炭黑的加入而减小，结晶放热峰向高温方向移动，结晶时间随着白炭黑量的增加而缩短，而球粒生长速度随着白炭黑量的增加而加快。
Fu Mouzheng等通过锥形量热计、热重分析(TGA)、极限氧指数和UL-94检测实验对气相法白炭黑在乙烯一乙酸乙烯酯共聚物/氢氧化镁共混物(EV A/MH)中的燃烧特性和白炭黑对共混物的协同阻燃机理进行研究。结果表明，在UL-94检测实验中，添加一定量的气相法白炭黑，即使降低MH的加入量，也能使共混物的极限氧指数值增大。锥形量热数据显示，加入白炭黑不仅大大降低了热量释放和质量损失率，而且减少了共混物燃烧时放出的浓烟。电镜照片和TGA进一步证明气相二氧化硅在EV A/MH材料中的协同阻燃作用，主要是由于气相二氧化硅在凝聚相中作为增强的碳/二氧化硅片层的物理过程，这个片层阻碍了共混物在燃烧中的放热和质量转移。进一步研究得出，在EV A/MH共混物中加入气相法白炭黑，即使减少填料的总量，试样的断裂伸长也可增加一倍，且共混物的阻燃性能可保持不变。
Lipatov等在氯化聚乙烯与乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的共混体系中加入气相法白炭黑，研究其对该聚合物共混物相分离温度的影响。他们发现共混物的相分离温度与白炭黑的添加量有关，当添加量使得共混物两种组分向白炭黑表面层移动时，相分离温度增加，反之，相分离
温度减小。这种作用可以用聚合物-聚合物-填料三体系总体热力学作用参数来解释。
3.2 在橡胶方面中的应用
气相法白炭黑不仅大量用作通用橡胶的补强剂，而且它在特种橡胶中的应用也日益广泛。它既可以提高橡胶制品的撕裂强度和耐磨性，又能使胶料的耐老化、电绝缘等性质得到明显改善。4 V& w9 _0 c. v- S7 J# k
有机硅橡胶在加入气相法白炭黑后，可制成各种颜色的制品，其物理力学性能、电性能等都有明显提高。Lee等研究了气相法白炭黑对硅橡胶电性能和力学性能的影响，得出气相法白炭黑增强的硅橡胶的高压绝缘性能和力学性能优于沉淀法白炭黑增强的硅橡胶，同时还讨论了白炭黑水分含量对硅橡胶性能的影响。扈广法等在甲基乙烯基硅橡胶中加入气相法白炭黑，将羟基硅油和二苯基硅二醇并用作为结构控制剂，选用2,5-双(叔丁基过氧化)-2,5己烷作为硫化剂，获得低硬度下撕裂强度达15-20kN/m的硅橡胶硫化胶。* z$ T+ Y. ]0 e1 j" [. |+ x; N
Lei Weihua等用气相法白炭黑作为三元乙丙(EPDM)发泡材料的补强剂，研究了气相法白炭黑，改性气相法白炭黑(用二苯基硅二醇进行表面处理)和沉淀法、白炭黑对胶料硫化发泡效果的影响。结果表明，气相法白炭黑胶料的塑性值小，发泡阻力较大，发泡材料的泡孔孔径小，气相法白炭黑发泡材料的物理性能较沉淀法白炭黑及改性气相法白炭黑好。
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Petra Winberg等用正电子湮灭寿命光谱研究气相法白炭黑填充聚二甲基硅氧烷(PDMS)橡胶的性能。他们在-185-100℃时研究白炭黑用量以及粒子尺寸对自由体积和正电子湮灭特征曲线的影响。
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尹小明等研究了混炼过程中羧基丁腈橡胶(XNBR)与气相法白炭黑的化学结合对补强作用的影响，红外光谱分析表明XNBR分子中的-COOH与白炭黑表面富含的硅羟基发生醇酸缩合反应，使XNBR与白炭黑之间的化学结合作用增强，从而提高硫化胶的性能。% x5 E1 [5 l! W7 k, w$ k' o
李法华在苯撑硅橡胶中填充适量的气相法白炭黑进行补强，研究了白炭黑种类和用量对苯撑硅橡胶耐辐照性能的影响。实验表明，白炭黑的品种对苯撑硅橡胶耐辐照性能没有决定性的
影响。但白炭黑用量过少，硫化胶强度低，无实用价值；用量过高，其耐辐照性能相应降低，表现为经辐照后的拉断伸长率变化较大。
3.3 在其他方面的应用
气相法白炭黑在涂料、油漆工业上主要作为流变助剂、防沉剂、助分散剂、触变剂和消光剂使用。在液态涂料、油漆中，气相法白炭黑在基质中分散形成网络结构，起到流变控制剂的作用：在贮存时，网络结构可以有效地防止颜料的沉降和分层现象；在使用时，网络结构又能够有效阻止涂料的移动，不会因为涂层边缘的溶剂挥发而导致表面张力不均匀，涂料向边缘移动和厚边现象；同时，网络结构还可以防止涂料在固化过程中的流挂现象，使涂层均匀。在粉末涂料中，涂料粒子的表面吸附一层白炭黑表层后，能提高涂料的流动性，白炭黑表层还可以吸附涂料表面的水分，防止涂料结块。在涂料中添加气相法白炭黑还可以提高涂料的耐候性、抗划伤性，提高涂层与基材之间的结合强度及涂层的硬度。此外，气相法白炭黑的折光指数是1.46，与成膜树脂的折光指数相近，能使漆膜表面产生预期粗糙度，降低其表面光泽。1 S& O1 K, R; L$ j7 C. y/ M. p
气相法白炭黑在胶黏剂和密封剂中主要是起增稠、触变和控制流动性的作用。当其在胶黏剂和密封剂中均匀分散后，白炭黑表面的活性硅羟基易与聚合物形成氢键，产生结构化效应，形成网状结构，使得体系的黏度增加，流动性变差，从而起到增稠作用。另一方面，在外界剪切力作用下，氢键和网络结构受到破坏，导致体系黏度下降，发生触变效应，若外界剪切力消除，氢键和网络结构又重新形成，这样就能有效地防止胶黏剂和密封胶在贮存期间的沉淀及固化期间的流挂现象，并提高其撕裂强度和粘接强度。近来年，这一领域的研究方兴未艾。
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李世华等分析了气相法白炭黑在涂料中应用的关键技术，指出白炭黑在涂料中的分散、稳定性、添加量体系性质都会对其功能产生影响。Leder等将气相法白炭黑添加到紫外光固化和溶剂型涂料中，讨论了不同含量的改性气相法白炭黑对这类涂料流变性能、表面抗擦伤性能的影响。Ettlinger等提出气相法白炭黑以其对涂料的触变性能和屈服点的影响可以很好地控制有机涂料的流变性能。实验表明，改性后的白炭黑不仅对涂料的流变性能有影响，而且还能使涂料的粘接强度得到改善。Perez-Liminana等在聚氨酯胶黏剂中加入气相法白炭黑，随
着减切速率的提高，溶液中的黏度也随之提高，但胶黏剂的塑性和触变性能得到改善，这可能是因为聚氨酯软段中的极性基团，溶剂与白炭黑表面的硅羟基三者之间相互作用导致的。
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4 结语
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气相法白炭黑以其优异的性能在军工领域、民用工业得到广泛的应用。随着科学研究的进一步深入，它的应用领域还将不断扩大。我国气相法白炭黑的总用量已超过3000t/a，并以较快速度增长，预计到2010年，我国气相法白炭黑用量将达到10000t/a。目前，国内有沈阳化工股份有限公司、上海氯碱化工股份有限公司和广州吉必时科技实业有限公司能生产气相法白炭黑。其中沈阳化工股份有限公司的生产能力为1000t/a，上海氯碱化工股份有限公司的生产能力为100t/a左右，广州吉必时科技实业有限公司的生产能力为500t/a，但大量还是依赖进口，尤其是疏水型产品。2004年8月18日，吉林双吉化工新材料有限公司(中国石油吉林石化公司和广州吉必时科技实业有限公司共同组建)年产3000t气相法白炭黑项目第1期工程点火成功，可向市场投放250t不同牌号的气相法白炭黑产品。世界著名的化工巨头卡伯特公司将与无锡蓝星新型化工材料公司合资在南昌投资3000万元新建一座4600t/a的气相法白炭黑生产装置，预计2005年末完工，届时将缓解国内白炭黑供不应求的局面。随着中国加入WTO，各企业将面临挑战，必将推动气相法白炭黑向高质量、高性能方向发展。
白炭黑 二氧化硅的制作方法
制备白炭黑的传统方法是利用硅酸钠、四氯化硅、正硅酸乙酯做硅源，除硅酸钠以外，其它成本都很高。新方法采用廉价的非金属矿作为硅源，大大降低了白炭黑的生产成本。 [1]传统方法 （1）气相法 主要为化学气相沉积（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。 德国迪高沙（Degussa）公司和美国卡伯特（Cabot）公司的气相法生产技术全球领先。他们的生产装置规模大，自动化程度高，产品成本低，牌号（尤其是应用于特殊领域的功能性专用产品牌号）多，品质好，如表面积分布均匀、含水量低。我国沈阳化工股份有限公司及上海氯碱化工股份有限公司也采用气相法生产，但在生产规模、生产技术、自动化程度及产品牌号等方面远不及国外大公司。广州吉必盛科技实业有限公司是国内产量最大，牌号最全，技术最先进的气相二氧化硅供应商，是气相二氧化硅国家标准GB20020-2005负责起 草单位。 （2）沉淀法 沉淀法又叫硅酸钠酸化法，采用水玻璃溶液与酸反应，经沉淀、过滤、洗涤、干燥和煅烧而得到白炭黑。反应式为： Na2SiO3 + 2H+ —> 白炭黑+ 2Na+ + H20 国内大部分生产企业采用沉淀法。 新方法 新方法主要以非金属矿及其延伸物为硅源，采用沉淀法制备白炭黑。其技术关键是将结晶的二氧化硅和硅酸盐转变成非晶态二氧化硅。原料主要有硅灰石、蛋白石、埃洛石、橄榄石、蛇蚊石、高岭土、硬质高岭土、煤矸石、粉煤灰等。 着重介绍以高岭土或硬质高岭土、煤矸石或粉煤灰为原料制备白炭黑的工艺技术。 （1）以高岭土或硬质高岭土为原料
二氧化硅的处理方法研究2
二氧化硅处理方法的研究 第一章前言 1、选题的目的、意义 由于二氧化硅内部的聚硅氧和外表面存在的活硅醇基及其吸附水，使其呈亲水性,在有机相中难湿润和分散,与有机基体之间结合力差,易造成界缺陷,使复合材料性能降低［1－3］,而二氧化硅可用于橡胶制品、塑料制品、粘合剂、涂料等领域,要想改善这种缺陷,我们需要通过对二氧化硅进一步处理,使原来亲水疏油的表面变成亲油疏水的表面,这种表面功能的改变在实际应用中有重要价值。据此我们利用一些表面改性方法如沉淀法二氧化硅表面改性、十二醇二氧化硅表面改性、气相法二氧化硅表面改性、两亲性聚合物改性二氧化硅等来使亲水性的二氧化硅通过表面处理改性为疏水的二氧化硅,以提高产品的亲油性、分散性和相容性,并能使二氧化硅在某些乳液中既能长期稳定分散,又能保证它与基料在成膜后能有良好的界面结合。 第二章、二氧化硅处理方法的研究现状 目前我们对二氧化硅处理方法的研究主要分为：纳米级二氧化硅的改性处理和非纳米级的二氧化硅的改性处理。 2．1非纳米级二氧化硅的研究 2．1．1二氧化硅的概念：SiO2又称硅石。在自然界分布很广,如石英、石英砂等。白色或无色,含铁量较高的淡黄色。密度2.2 ～2.66。熔点1670℃（麟石英）；1710℃（方石英）。沸点2230℃,相对介电常数为3.9。不溶于水微溶于酸,呈颗粒状态时能和熔融碱类起作用。用于制玻璃、水玻璃、陶器、搪瓷、耐火材料、硅铁、型砂、单质硅等。 2．1．2非纳米级二氧化硅表面改性 由于在二氧化硅表面存在有羟基,相邻羟基彼此以氢键结合,孤立羟基的氢原子正电性强,易与负电性原子吸附,与含羟基化合物发生脱水缩合反应,与亚硫酰氯或碳酰氯反应,与环氧化台物发生酯化反应。表面羟基的存在使表面具有化学吸附活性,遇水分子时形成氢键吸附。二氧化硅表面是亲水性的,无论气相法或沉淀法都是如此,差异仅是程度不同这导致了在与橡胶配合时相容性差,在配合胶料内对硫化促进剂吸附而迟延硫化。此外,白炭黑比表面积大、粒径小，在与
我国气相法白炭黑主要生产企业产能和产量
气相法白炭黑生产现状
气相法白炭黑在国外已有60多年的生产历史。最早是由德国德固赛公司1941年开发并实现工业化生产，其主要原料为可水解四氯化硅与甲基三氯硅烷，常见的有卤硅烷如四氯化硅与甲基三氯硅烷等，其工艺过程为：经气化的四氯化硅与氢和氧组成的均相混合气体在水解炉中燃烧，进行高温水解反应，烟雾状的白炭黑通过聚集器聚集，然后经分离器到脱酸炉中进行脱酸处理，即可得到超细白炭黑。反应生成的氯化氢气体经水洗塔水洗后成为低浓度的盐酸。此法得到的产品纯度高，分散性好，粒子细而呈球形，表面羟基少，因而具有优异的补强性能，但此法工艺复杂、对设备要求高、能耗大、生产成本高。气相法是目前发达国家工业化生产纳米级白炭黑的主要方法。 随着我国及亚洲经济的快速增长，出现了巨大市场需求空间，低生产成本的吸引力以及发达国家的环保压力使国外气相法白炭黑生产厂家开始向亚洲转移。 我国从20世纪60年代开始小规模生产气相法白炭黑。目前内资主要生产企业有：浙江新吉新材料有限公司、广州吉必盛科技实业有限公司、沈阳化工股份有限公司、上海氯碱化工股份有限公司等，年总产能超过1.5万吨，产量超过8000吨。外资企业主要有：卡博特蓝星(江西、天津)化工有限公司，德山化工(浙江)有限公司等，年总产能超过2.1万吨t，产量超过1万吨。外资企业仍占据国内气相法白炭黑市场的主导位置。 我国气相法白炭黑的生产工艺和规模近年来得到了很大的发展，生产的气相法白炭黑产品有7-8个品种，并有部分改性品种面市，其质量已接近世界先进水平，可以部分替代进口产品，但与德固赛和卡博特公司相比，我国气相法白炭黑企业还存在着装置规模小、产品品种少等差距。 表2 我国气相法白炭黑主要生产企业产能和产量 应用现状
白炭黑的分散性(非常好)
前言 白炭黑是橡胶工业重要的补强材料,因其微观结构和聚集体形态和炭黑类似,并在橡胶中有相近的补强性能,故被称为白炭黑。白炭黑按照其生产方法可分为两类,即沉淀法白炭黑和气相法白炭黑。沉淀法白炭黑作为橡胶补强原材料,主要用于轮胎、鞋类、和其它浅色橡胶制品。本文只讨论沉淀法白炭黑(以下简称为白炭黑)。在轮胎行业中,过去白炭黑主要用于子午线轮胎的带束层,以增强钢丝和橡胶的粘合性。也有些轮胎企业将白炭黑用于子午线载重轮胎胎面,以提高胎面的抗刺扎和抗崩花性,其用量较少,一般为10～15份。近15年来,由于欧洲和北美对环保和节能的要求日益严格,将白炭黑用于轮胎胎面,可以显著降低轮胎的滚动阻力,同时能保持较好的抗冰滑性和抗湿滑性,其耐磨性仅有稍许降低。1992年,米其林公司率先制造出全用白炭黑的“绿色轮胎”,其滚动阻力较一般轮胎降低约30%,节油及减少汽车废气效果显著。但是由于传统白炭黑品种的分散性不好,配用白炭黑的胎面胶,虽然滚动阻力比配用炭黑的低,但其耐磨性能却比配用炭黑的差得多。 为了适应绿色轮胎快速发展对白炭黑的要求,国外几家主要制造商都已经生产供应、并仍在进一步研究开发分散性较好的白炭黑产品,目前白炭黑已经发展了以下三代产品: 1.第一代是传统的或被称为“标准”的白炭黑品种; 2.第二代被称为“高分散性白炭黑”(ＨｉｇｈＤｉｓｐｅｒｓｉｂｌｅＳｉｌｉｃａ,简称ＨＤＳ)和“易分散性白炭黑”(ＥａｓｙＤｉｓ
ｐｅｒｓｉｂｌｅＳｉｌｉｃａ,简称ＥＤＳ)。高分散性白炭黑是一种具有较高分散性,且无粉尘的白炭黑产品,适用于绿色轮胎。易分散性白炭黑是90年代中期开发的一种性能介于ＨＤＳ和传统白炭黑之间的产品,其价格较ＨＤＳ低,是一种性能价格比较高的替代ＨＤＳ的产品。表1为国外主要的、已经商品化的ＨＤＳ和ＥＤＳ品种。 在轮胎用胶料中,如果采用ＨＤＳ和ＥＤＳ可以获得较高的拉伸强度、撕裂强度、定伸应力、扯断伸长率。采用ＨＤＳ还可以改善胶料加工性能和耐磨性,从而可以得到较好的轮胎综合性能。在乘用轮胎的胶料中,如果采用ＨＤＳ,除有明显的性能改进外,其成本也可降低。 3.第三代被称为“独特结构的高分散性白炭黑”,其分散性和补强性更好,目前处于研究开发或推广应用阶段。也有人称第三代产品为“高分散性白炭黑”而将第二代产品统称为“易分散性白炭黑”或者“半分散性白炭黑”。 为了研究开发或应用好高分散性白炭黑,必须首先了解如何检测白炭黑的分散性,了解白炭黑的微观结构和理化性能,及其对白炭黑的分散性和在橡胶中的补强性能的影响。在此基础上才能做好高分散性白
关于编制气相法白炭黑生产建设项目可行性研究报告编制说明
气相法白炭黑项目 可行性研究报告 编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司编制时间：https://www.360docs.net/doc/ac8220408.html, 高级工程师：高建
关于编制气相法白炭黑生产建设项目可行 性研究报告编制说明 （模版型） 【立项 批地 融资 招商】 核心提示： 1、本报告为模板形式，客户下载后，可根据报告内容说明，自行修改，补充上自己项目的数据内容，即可完成属于自己，高水准的一份可研报告，从此写报告不在求人。 2、客户可联系我公司，协助编写完成可研报告，可行性研究报告大纲（具体可跟据客户要求进行调整） 编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司 专 业 撰写节能评估报告资金申请报告项目建议书 商业计划书可行性研究报告
目录 第一章总论 (1) 1.1项目概要 (1) 1.1.1项目名称 (1) 1.1.2项目建设单位 (1) 1.1.3项目建设性质 (1) 1.1.4项目建设地点 (1) 1.1.5项目主管部门 (1) 1.1.6项目投资规模 (2) 1.1.7项目建设规模 (2) 1.1.8项目资金来源 (3) 1.1.9项目建设期限 (3) 1.2项目建设单位介绍 (3) 1.3编制依据 (3) 1.4编制原则 (4) 1.5研究范围 (5) 1.6主要经济技术指标 (5) 1.7综合评价 (6) 第二章项目背景及必要性可行性分析 (7) 2.1项目提出背景 (7) 2.2本次建设项目发起缘由 (7) 2.3项目建设必要性分析 (7) 2.3.1促进我国气相法白炭黑产业快速发展的需要 (8) 2.3.2加快当地高新技术产业发展的重要举措 (8) 2.3.3满足我国的工业发展需求的需要 (8) 2.3.4符合现行产业政策及清洁生产要求 (8) 2.3.5提升企业竞争力水平，有助于企业长远战略发展的需要 (9) 2.3.6增加就业带动相关产业链发展的需要 (9) 2.3.7促进项目建设地经济发展进程的的需要 (10) 2.4项目可行性分析 (10) 2.4.1政策可行性 (10) 2.4.2市场可行性 (10) 2.4.3技术可行性 (11) 2.4.4管理可行性 (11) 2.4.5财务可行性 (11) 2.5气相法白炭黑项目发展概况 (12)
二氧化硅的工业化生产
二氧化硅的工业化生产 1.1 二氧化硅的种类 二氧化硅也称硅质原料，不仅包括天然矿物，也包括各种合成产品，其产品可分为结晶态和无定形状两类。 二氧化硅天然矿物通常包括结晶态二氧化硅矿物石英砂、脉石英、粉石英和无定形硅矿物硅藻土。 合成产品要紧是白炭黑（无定形二氧化硅），包括气相白炭黑（气相二氧化硅）、沉淀白炭黑（沉淀二氧化硅）。 石英是二氧化硅天然矿物的要紧矿物组分，化学成分为SiO2，玻璃光泽，断口呈油脂光泽。贝壳状断口，莫氏硬度7，密度2.65～2.66 。颜色不一，无色透亮的叫水晶，乳白色的叫乳石英。按其结晶习性分，三方晶系的为低温石英，又叫-石英；六方晶系的为高温石英，又称-石英。 石英砂是一个矿产品的专门名词，它泛指石英成分占绝对优势的各种砂，诸如海砂、河砂、湖砂等。地质学按成因将它们划分为冲积砂、洪积砂、残积砂等。石英砂的矿物含量变化专门大，以石英为主，其次包含各类长石、岩屑、重矿石（石榴子石、电气石、辉石、角闪石、榍石、黄玉、绿帘石、钛铁矿等）以及云母、绿泥石、黏土矿物等。 石英砂岩，是一种固结的砂质岩石，常简称为砂岩，是自然界最常见、最一般的硅质矿物原料之一，其石英和硅质碎屑含量一样在95%以上，副矿物多为长石、云母和黏土矿物，重矿物含量专门少。常见的重矿物有电气石、金红石、磁铁矿等。 石英岩是由石英砂岩或其他硅质岩石通过变质作用而形成的变质岩。脉石英是与花岗岩有关的岩浆热液矿脉，其矿物组成几乎全部为石英。 粉石英是一种颗粒极细、二氧化硅含量专门高的天然石英矿。粉石英这一词过去叫法专门多，它既包括天然的粉石英，同时也包括了由硅质矿物原料（石英岩、脉石英）加工而成的石英细粉。 硅砂是以石英为要紧成分的砂矿飞总称。以天然颗粒状态从地表或地层中产出的硅砂，以及石英岩、石英砂岩风化后呈粒状产出的砂矿称
我国气相法白炭黑行业发展现状和市场分析(精)
第14卷第12期精细与专用化学品Vol.14,No.122006年6月21日Fine and Specialty Che m icals 市场资讯 我国气相法白炭黑行业 发展现状和市场分析 王跃林刘莉杨本意 (广州吉必时科技实业有限公司,广东广州510510 摘要:2005年我国气相法白炭黑的生产能力为2600t/a,主要生产厂家是广州吉必时科技实业有限公司(1500t/a、沈阳化工股份有限公司(1000t/a和上海氯碱化工股份有限公司(100t/a。白炭黑的主要消费领域是硅橡胶、聚酯制品、涂料和油墨。并就国内气相法白炭黑行业发展存在问题进行了分析,提出了相关建议。 关键词:气相法白炭黑;甲基三氯硅烷;四氯化硅 D evelop m en t Trends and M arket Ana lysis of Fum ed S ili ca i n Ch i n a WAN G Yue2lin,L I U L i,YAN G B en2yi (Guangzhou G BS H igh2tech&I ndustry Co.,L td.,Guangzhou510510,China Abstract:I n2005the t otal capacity of fu med silica in China was2600t/a.The main p r oducers of fu med silica are Guangzhou G BS H igh2tech&I ndustry Co.,L td.(1500t/a,Shenyang Che m ical Co.,L td.(1000t/aand Shanghai Chl or2A lkali Che m ical Co.,L td(100t/a.Fu med silica is mainly used in silicone rubber,polyester articles,coatings and p rinting inks.The existing p r oble m s in devel opment of fu med silica in China are analyzed and the related suggesti ons are put f or ward. Key words:fu med silica;methyl trichl or osilane;silicon tetrachl oride
气相二氧化硅产品说明书
气相二氧化硅产品说明书 气相二氧化硅（俗称气相白碳黑）产品为人工合成物X射线列定形白色流动性粉末，具有各种比表面积和容积严格的粒度分布。本产品是一种白色、松散、无定形、无毒、无味、无嗅，无污染的非金属氧化物。其原生粒径介于7～40rim之间，比表面积一般大于100m2／g。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。 一、Tamis产品的主要技术指标 二、用途 涂料及饱和树脂的增稠剂和触变剂 在大型桥梁和船舶底漆使用的原浆涂料中，超细二氧化硅依靠表面羟茎作用形成氢键，在涂刷和喷涂时具有较好的流动性，而候静止依靠表面羟茎的氢键作用，很快失去流动性，防止了原浆涂料的流褂现象，在不饱和树脂的作用，与之相似。 建议使用Tamis-10，Tamis-10PS 平光剂 家具漆有向亚光方向发展的趋势，列沦清漆或色漆均可使用超细二氧化硅凝胶产品作为平光剂，另外卷材涂层、PVC、塑料壁纸、雨衣帐篷等平光剂亦可使用此类产品。 建议使用Tamis-20，Tamis-30
聚乙烯、聚苯烯、无毒聚氯乙稀薄膜抗阻塞剂/开口剂 在拉制薄膜之前的料中加入超细二氧化硅凝胶粒子在薄膜表面形成微小的凹凸层、薄膜之间存在微小的几何空间、防止低分子物质渗透，从而使薄膜极易打开，制备聚乙烯薄膜抗粘母粒，聚苯烯薄膜和无毒聚氯乙稀膜分别使用 建议使用Tamins-10，Tamins-10PS 重氮盐晒图纸予涂料的重要组成成份 国外高质量的重氮盐晒图纸都经过一道予涂，予涂料的组成是聚醋酸乙烯和超细二氧化硅经过予涂的晒图纸图像清晰、明快、具有立体感。 建议使用Tamis-10 四．气相二氧化硅在高分子工业中的应用 1 在橡胶中的应用 未经补强的硅橡胶，其强度一般只有03MPa，几乎不能使用。要达到实际应用的水平，必须对其进行填充改性。在常见的无机粉体填料(碳酸钙、沉淀法二氧化硅等)中，效果最好的是气相二氧化硅。当添加气相二氧化硅之后其强度最高可提高40倍，屈服点模量可提高1O 倍左右，伸长率、蠕变性能也能得到十分显著的改善 l。经气相二氧化硅填充后，材料的内部微观相互作用发生了很大的变化，除存在分子链间弱的范德华力所致大分子链间的 缠结以及因机械力所致的机械缠结外，还存在气相二氧化硅聚集体间氢键的强的相互作用、二氧化硅与聚合物间强的吸附或键联作用、吸附在二氧化硅聚集体表面的聚合物大分于链间的强的相互缠结作用，使得界面粘结得到显著的改善，在硅橡胶内部形成了聚合物大分子链贯穿板碳黑网络的结构，从而赋予了材料优越的综合性能。 气相二氧化硅能大幅度提高胶料的物理机械性能、减少胶料滞后、降低轮胎的滚动阻力而又不损失抗湿滑性能而受到广泛关注，因此在硅橡胶外的其它有机橡胶中的应用也越来越广，其补强效果完全达到了炭黑的水平，且又克服了炭黑的黑色污染，可广泛用于彩色高档橡胶制品。 2 在密封胶和胶粘剂中的应用 在硅酮密封胶和胶粘剂领域，气相二氧化硅可用作增稠剂和触变剂，可以增加粘结强度，保证自由流动，具有防止结块及在固化期间的流挂、塌散、凹陷，保持透明度，补强，抗剪切等作用。气相二氧化硅的增稠以及触变作用机理是当其在密封胶和胶粘剂中分散后，不同颗粒间通过其表面的硅醇基产生氢键作用，形成一个二氧化硅聚集体网络，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下二氧化硅网络受到破坏，导致体系粘度下降．发生触变效应，便于施工。一旦剪切力消除，这种网络结构可重新形成，有效防止了胶料在固化过程中的流挂。 3 在塑料中的应用 利用气相二氧化硅高强度、高流动性和小尺寸效应，可提高塑料制品的致密性、光洁度和耐磨性能。若通过适当的表面改性，则可以达到对塑料同时增强增韧的目的。将气相法白炭黑
德山化工1200吨_年疏水型气相法二氧化硅项目三期项目环境影响报告书
德山化工（浙江）有限公司1200 吨/年疏水型气相法二氧化硅项目（三期） 环境影响报告书 （报批稿） 煤炭科学研究总院杭州环保研究院 HANGZHOU INSTITUTE FOR ENVIRONMENTAL PROTECTION，CCRI 国环评证乙字第2015号 二〇一四年四月
前言 1、项目由来 亲水型气相二氧化硅（白炭黑）是极其重要的高科技超微细无机新材料之一，由于其粒径很小，因此比表面积大、表面吸附力强、表面能大，化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻等方面具有特异的性能，以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，广泛用于石油化工、橡胶补强剂、塑料充填剂、油墨增稠剂、高级日用化妆品填料及喷涂材料、医药、环保等各种领域。但是白炭黑表面呈亲水疏油性，在有机介质中难以浸润和分散，直接填充到材料中，很难发挥其作用，这就限制了白炭黑的应用范围。 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二氧化硅被研发出来。如通过用硅烷或硅氧烷处理改性亲水型气相法二氧化硅生产疏水型气相法二氧化硅，化学处理剂以化学键方式结合在原来的亲水型气相二氧化硅上。改性产品疏水型气相二氧化硅（疏水型白炭黑），改善了二氧化硅与有机物分子之间的浸润性、分散性、界面结合强度，在加工使用中是最适宜的流变助剂。极性液体的增稠，如环氧树脂；有机硅弹性体的补强，如在模压制品中；良好的疏水性，提高防腐性，改善介电性能，如在电缆复合物中；粉末助流剂，如在灭火剂中；在涂料和塑料中提高耐划伤性。疏水型气相二氧化硅提高了材料的综合性能和产品的附加值，从而拓宽了气相二氧化硅的应用领域。 日本株式会社德山是一个有着多年开发、生产气相二氧化硅的公司，鉴于德山在日本拥有25年以上的生产疏水型二氧化硅的经验，德山化工（浙江）有限公司决定投资831万美元，引进德山的高超技术，在嘉兴港区乍浦经济开发区化 工园区（中国化工新材料（嘉兴）园区），现有二期项目南面预留空地建设1200 吨/年疏水型气相法二氧化硅项目（三期），用地面积约10385m2。 根据《中华人民共和国环境影响评价法》和《建设项目环境保护管理条例》的规定，该项目的开发建设需要编制环境影响报告书，从环境保护角度论证项目的可行性。为此，建设单位德山化工（浙江）有限公司委托煤炭科学研究总院杭州环保研究院承担该建设项目环境影响报告书的编制工作。接受委托后，我单位立即组织技术人员进行现场踏勘、资料收集、整理、计算、分析，并在征求了环
中国白炭黑生产现状及规划建议..
中国白炭黑生产现状和规划建议 杜孟成李剑波 （国家橡胶助剂工程技术研究中心山东·阳谷252300）摘要：就国内白炭黑发展现状及改善其应用性能做了介绍，对白炭黑行业存在的问题进行了分析并对今后的发展提出了建议。 关键词：白炭黑绿色轮胎表面改性纳米技术 1、序言 白炭黑是一种填充补强材料，添加白炭黑制成的轮胎具有良好的抓地力、耐磨性和抗湿滑性能，滚动阻力较一般轮胎减少30％，节省燃油4～6％，有很好的操纵安全性和经济性，被称为“绿色轮胎”或“生态轮胎”。近年来，受能源紧缺、环保政策以及炭黑应用领域的限制，高能耗、高物耗及高污染的炭黑正呈现逐渐被白炭黑所取代的趋势，白炭黑及其制品越来越受到人们的青睐和竞相研究开发。 虽然白炭黑作为弹性体的补强填料具有优秀的性能，但存在如下问题：①多段混炼、耗能大；②粘度随着胶料储存时间延长而增加，导致加工更加困难；③焦烧时间短，加工性能差。另外，新型炭黑及炭黑改性技术的研究开发对白炭黑发展形成了潜在的竞争。因此，开发高品质白炭黑及改善其应用性能的研究工作具有十分重要的社会和经济意义。 2、国内白炭黑的发展现状 白炭黑按其制备方法可分为物理法和化学法。用物理法制备的白炭黑产品档次不高，而橡胶行业所需的白炭黑填充剂通
常是采用化学法生产的，本文仅介绍其化学法生产工艺。化学法可分为干法热解法和湿法，湿法按其生成特征又可分为沉淀法和凝胶法。目前，国内外白炭黑的主流生产工艺是气相法和酸法沉淀法两种。 2.1气相法白炭黑发展现状 2.1.1制备原理 该法工艺原理是采用四氯化硅或甲基三氯化硅等硅的卤化物在氢氧焰中水解，产生的二氧化硅分子凝集成颗粒。这些颗粒互相碰撞，熔结成一体，形成三维、有分支的键状聚集体。一旦这些聚集体温度低于二氧化硅熔点，则进一步碰撞，引起键的机械缠绕，生成附聚物。 2.1.2产品特点及应用范围 气相法生产的白炭黑粒子凝聚少，原生粒子为7～20nm，呈无定形态。表面有残留的硅羟基及硅氧基，有较强的极性，二氧化硅的含量＞ 99.8%，比表面积＞300 cm2/g，是纯度高、粒径小的高品质产品，主要用于室温硫化硅橡胶(RTV)、热硫化硅橡胶(HTV)领域和高档橡塑制品。 2.1.3工艺特点及存在的问题 气相法白炭黑的生产工艺比较简单，但生产过程中具体操作控制比较困难，特别是生产高牌号产品（高比表面积的产品），最难控制的是系统的气相平衡和气固相平衡。合成炉的散热、高效分离器操作控制及氯化氢解吸等是气相法工艺存在的技术难点。在表面改性方面，国际性大公司都是采用在线连续化干
我国气相法二氧化硅的生产状况及其应用
1气相法白炭黑的用途 1.1赋予材料的特性 气相法二氧化硅又称气相法白炭黑，是千种极其重要的高科技无机化工产品，也是目前唯一能够实现大规模工业化生产的纳米材料。它是一种无定形、半透明、流动性很强的絮状胶态物质，是由硅或硅的氯化物在氢氧焰的高温条件下水解而成，是表面带有羟基官能团的超微细粒子。其原生粒径为1-40nm，平均原生粒径为7～18 nm(接近于分子直径)，聚集体粒径为1μm左右，具有较大的比表面积(通常为50-400m2/g)。它的分子间由Si-O共价键结合在一起，形成结构稳定的晶格场。当物质颗粒的粒径达到纳米级时，也就是接近分子状态时，粒子的量子效应使物质的物理化学性质发生显著的变化，粒子表面不再是传统意义上的物体表面，更多的表征是表面原子、化学键、内能、焓、熵及分子间的作用力等。 气相法二氧化硅的高比表面积和孔结构对许多物质的物理化学性能产生 显著的影响。它具有高触变性、高分散性、抗温变性、高耐磨性、高折光性，在材料中具有“分子桥”作用，可改善材料的性能，赋予材料与众不同的性能，因此在新型材料中占有特殊的地位，尤其是在国防与航天工业中占有极其重要的地位。 (1)高张力性。在纺织材料表面涂含气相法二氧化硅的涂料，可以极大地提高材料表面的张力，如现代防弹衣。 (2)热屏蔽性。橡胶在实际应用中，局部受热后会产生热聚积效应，使该部位的力学强度下降。气相法二氧化硅在橡胶中可以起到热屏蔽作用和热传导作用。在能量转换元件中，损失的能量会产生大量的热，而气相法二氧化硅可以起到良好的热屏蔽作用和表面热传导作用，使损失的能量减少，提高材料的安全性。
(3)憎水性。普通陶瓷绝缘子的表面能较高，容易形成水膜，降低绝缘性能，给电力安全生产带来隐患。由硅橡胶制成的复合绝缘子主要是由混有憎水性气相法二氧化硅的甲基乙烯基硅橡胶制成，每片耐10kV电。当硅橡胶材料表面有微小雾珠和雨滴时，绝大部分雾珠和雨滴都呈球状，不连续地散落在表面。当雾珠和雨滴不断积聚并增大到一定程度时，在重力作用下滚落下来。绝缘材料的良好憎水性可有效提高绝缘子的绝缘性能。 (4)增强性。橡胶由长分子链组成，力学强度较差。加入气相法二氧化硅后，其量子尺寸特性显示出特有的“分子桥效应”，大大强化了大分子链间的作用力。通过这种“分子桥”的连接，彼此之间五分子键或分子链连接作用比较微弱的大分子链的强度得到了极大的加强，外部剪切应力、挤压应力、拉伸应力、扭曲应力等可以均衡的分散，有效地解决了外部张力引起的化学键断裂的问题。例如，在橡胶中加入气相法二氧化硅，将提高轮胎的性能并延长其使用寿命。 (5)高触变性。涂料等流体物质在高压气流带动下喷出喷口的过程中，由连续态变为不连续的微小液滴，然后重新集聚成液体薄膜。例如，油漆雾化后在材料表面成膜，使材料表面光滑，减小与其他介质的摩擦力。高触变性是高性能材料的质量特性，普通流体物质达到高触变性是非常困难的，但使用气相法二氧化硅的涂料等流体物质可具有高触变性。 (6)增稠性。普通流体或半流体材料在成膜到一定厚度后，都要发生一定程度的层流现象。气相法二氧化硅可以显著地提高流体的成膜性，改善膜的不流淌性、均匀性和表面性，例如，提高油漆的成膜厚度及不流淌性，减轻材料腐蚀，延长使用寿命。这对重防腐材料是十分重要的技术指标。 (7)分散性。气相法二氧化硅使容易结块的物质减少黏合性，具有良好的流动性和分散性，使物质颗粒之间保持一定的距离，一种物质在另一种物质中保持良好的均匀分布性，例如，可用作易燃、易爆物质的分散剂，易结块化肥的松散剂等。
气相法白炭黑项目建议书
气相法白炭黑项目建议书 一.总论 1、项目名称：利用四氯化硅建设年产吨气相法白炭黑 2、建设单位概况： 3、拟建地点： 4、建设内容与规模 5、建设年限 二.市场预测 1、气相法白炭黑国内市场分析 （1）产品概述 气相二氧化硅俗称气象法白炭黑，是一种重要的纳米无机化工材料，粒径微小（7—40nm），比表面积大（50-400m2/g），产品纯度高（SiO2≥%）。该产品具有优越的表面化学性能以及良好的生理惰性，在硅橡胶、胶粘剂、油漆、涂料、油墨、电子、纸张、化妆品、医药、食品、农业和CMP等领域有着广泛的应用，主要起到补强、增稠、触变、消光等作用，是国家高科技领域和国防工业中不可缺少的原材料。该产品生产技术要求极高，目前国际上仅有德美日乌中等几个国家能够生产，国外产品占据了我国80%以上的市场。气相法白炭黑分为亲水型和疏水型产品。 （2）国内市场情况及预测
在我国，白炭黑的生产分布比较广泛，一共有十几个省市可以生产，其中产量较大的是福建、山东、江西等省。厂商方面，目前中国一共有几十家白炭黑生产企业，总产能在70万吨/年左右，其中规模较大的沉淀法白炭黑生产企业有福建南平嘉联化工有限公司、上海九琛精细化工有限公司、株洲兴隆化工实业有限公司、罗地亚白炭黑（青岛）有限公司、无锡恒亨白炭黑有限责任公司等。使用气相法生产白炭黑的厂商主要有沈阳化工股份有限公司、上海氯碱化工股份有限公司、广州吉必盛科技实业有限公司、卡博特蓝星材料股份有限公司和日本德山曹达株式会社，产能分别为1000吨/年，100吨/年，2880吨/年，4600吨/年和5000吨/年。目前中国气相法白炭黑产能约为13500吨/年，其中国内企业产能占29%。国内主要气相二氧化硅生产企业有： 沈阳化工股份有限公司 沈阳化工股份有限公司是国内气相二氧化硅最早的生产单位。206年产量达到1500吨，拥有A-150、A-200、A-300、A-380等型号产品。 上海氯碱化工股份有限公司2006年产量为100吨。 广州吉必盛科技实业有限公司是国内气相二氧化硅行业的后起之秀，2001年在江西九江建设规模为500吨/年，是国内第一条利用有机硅单体工业副产物-甲基三氯硅烷为起始原料合成气相二氧化硅的生产线。其东北基地建设规模为3000吨/年，第一期1000吨/年生产线于2004年8月正式投产，目前实际产能超过2000吨/年。华东基地总体建设规模为5000吨/年，第一期800吨/年生产线于2006年8月正式投产。
白炭黑概述及其生产工艺
白炭黑概述及其生产工艺 硅在自然界中主要以二氧化硅和硅酸盐的状态存在，一切植物皆含有少量的二氧化硅，动物体内的结缔组织中亦含有二氧化硅。硅在地壳中的含量是绝对丰富的，硅在地壳中的重量百分数为27.6%，仅次于氧（47.2%）为第二位。无机硅化合物在八十年代是无机化学品中发展较快的系列产品，尤其是近些年来发展更为迅速。在德温特中心专利索引的无机化学品类中，硅化合物的专利文摘量占了绝对的优势。由此可以看出，无机硅化合物，在众多的无机化学品中是有明显的竞争力的。 纵观世界情况，硅化合物的新品种近些年来增加并不多，而对于无机硅化合物用途的开发则较为重视。例如硅化合物中最老的品种硅酸钠，目前也在向高性能、高附加价值化发展；美国莫比尔公司对于ZSM沸石研制了多种规格，几乎可用于石油化工的各个催化过程；氮化硅陶瓷发动机正在向实用化进军。因此，从目前开发趋势看，无机硅化合物将会大量进入到轻工、食品、医药、建筑、电子、冶金、机械工业等许多领域，一定大有发展前途。 我国的硅化合物产品主要是解放后才逐步发展起来，至今才有几十个品种，因此差距还较大。我国具有优质而丰富的资源，为研究开发更多的硅化合物提供了物质基础。近十多年来，不仅得到了化工部的重视，并委托科研单位出版了“硅铝化合物”资料。可
以预料，我国的硅化合物的发展速度必将越来越快，与世界发达国家的差距必将越来越小。 白炭黑是硅化合物中较老的一个品种，三十年代中叶，德、苏、美等国就开始研制，到四十年代末就进入了工业生产，八十年代总生产能力达70～80万吨/年。我国六十年代开始起步，八十年代千吨级的厂有两家，年产量总共仅5000～6000吨，而且品种少，质量差，能耗高，未形成系列化。因此，研制新产品和开发应用领域的任务十分艰巨。 1.物理化学性质 外观为白色高度分散的无定形粉末或絮状粉末，也有加工成颗粒状作为商品的。比重为2.319～2.653，熔点为1750℃。不溶于水及绝大多数酸，在空气中吸收水分后会成为聚集的细粒。能溶于苛性钠和氢氟酸。对其它化学药品稳定，耐高温不分解，不燃烧。具有很高的电绝缘性，多孔性。内表面积大，在生胶中有较大的分散力。经表面改性处理的憎水性白炭黑易溶于油内，用于橡胶和塑料等作为补强填充剂，都会使其产品的机械强度和抗撕指标显著提高。由于制造方法不同，白炭黑的物化性质、微观结构均会有一定差异，故其应用领域和应用效果也不同。 2.用途。 白炭黑的用途很广，且不同产品具有不同的用途，现再概述如下：用作合成橡胶的良好补强剂，其补强性能仅次于炭黑，若经超细化和恰当的表面处理后，甚至优于炭黑。特别是制造白色、彩色及浅色橡胶制品时更为适用。用作稠化剂或增稠剂，合成油类、绝缘漆的调合剂，油漆的退光剂，电子元件包封材料的触变剂，荧光屏涂覆时荧光粉的沉淀剂，彩印胶板填充剂，铸造的脱模剂。加入树脂内，可提高树脂防潮和绝缘性能。填充在塑料制品内，可增加抗滑性和防油性。填充在硅树脂中，可制成耐200℃以上的塑料。在造纸工业中用作填充剂和纸的表面配料。还有用作杀虫剂及农药的载体或分散剂，防结块剂以及液体吸附剂和润滑剂等。 3.生产方法概述
白炭黑生产工艺
白炭黑生产工艺 硅在自然界中主要以二氧化硅和硅酸盐的状态存在，一切植物皆含有少量的二氧化硅，动物体内的结缔组织中亦含有二氧化硅。硅在地壳中的含量是绝对丰富的，硅在地壳中的重量百分数为27.6%，仅次于氧（47.2%）为第二位。无机硅化合物在八十年代是无机化学品中发展较快的系列产品，尤其是近些年来发展更为迅速。在德温特中心专利索引的无机化学品类中，硅化合物的专利文摘量占了绝对的优势。由此可以看出，无机硅化合物，在众多的无机化学品中是有明显的竞争力的。 纵观世界情况，硅化合物的新品种近些年来增加并不多，而对于无机硅化合物用途的开发则较为重视。例如硅化合物中最老的品种硅酸钠，目前也在向高性能、高附加价值化发展；美国莫比尔公司对于ZSM沸石研制了多种规格，几乎可用于石油化工的各个催化过程；氮化硅陶瓷发动机正在向实用化进军。因此，从目前开发趋势看，无机硅化合物将会大量进入到轻工、食品、医药、建筑、电子、冶金、机械工业等许多领域，一定大有发展前途。 我国的硅化合物产品主要是解放后才逐步发展起来，至今才有几十个品种，因此差距还较大。我国具有优质而丰富的资源，为研究开发更多的硅化合物提供了物质基础。近十多年来，不仅得到了化工部的重视，并委托科研单位出版了“硅铝化合物”资料。可以预料，我国
的硅化合物的发展速度必将越来越快，与世界发达国家的差距必将越来越小。 白炭黑是硅化合物中较老的一个品种，三十年代中叶，德、苏、美等国就开始研制，到四十年代末就进入了工业生产，八十年代总生产能力达70～80万吨/年。我国六十年代开始起步，八十年代千吨级的厂有两家，年产量总共仅5000～6000吨，而且品种少，质量差，能耗高，未形成系列化。因此，研制新产品和开发应用领域的任务十分艰巨。 1.物理化学性质 外观为白色高度分散的无定形粉末或絮状粉末，也有加工成颗粒状作为商品的。比重为2.319～2.653，熔点为1750℃。不溶于水及绝大多数酸，在空气中吸收水分后会成为聚集的细粒。能溶于苛性钠和氢氟酸。对其它化学药品稳定，耐高温不分解，不燃烧。具有很高的电绝缘性，多孔性。内表面积大，在生胶中有较大的分散力。经表面改性处理的憎水性白炭黑易溶于油内，用于橡胶和塑料等作为补强填充剂，都会使其产品的机械强度和抗撕指标显著提高。由于制造方法不同，白炭黑的物化性质、微观结构均会有一定差异，故其应用领域和应用效果也不同。
气相法二氧化硅生产过程及其应用特性
气相法二氧化硅生产过程及其应用特性 高士忠，李建强，赵耀，赵莉 （沈阳化工股份有限公司，辽宁，沈阳110026） 摘要：介绍了气相法二氧化硅的生产过程、作用机理及应用特性。 关键词：气相法二氧化硅；生产过程；应用特性 气相法二氧化硅学名二氧化硅，为工业上独特的超微细纳米级材料。具有粒度小，超高比表面积（100～400 m2/g），纯度高等特性，表现出优越的分散性、补强性、增稠性、触变性、消光性、电绝缘性及表面处理后的疏水性等。广泛应用于航空航天、橡胶、涂料、电子电力、汽车、建筑、农业、医药等领域中，发达国家称其为“工业味精”。 1气相法二氧化硅生产过程 二氧化硅有2种主要生产路线，一个是高温气相水解法，即气相法或称干法，一个是湿法，即沉淀法。由于二者的原料路线，生产过程不同，在应用过程中，气相法二氧化硅使用性能要明显优于沉淀法二氧化硅。 气相法二氧化硅是利用硅的氯化物在氢氧焰中燃烧进行高温气相水解，其火焰温度＞1 000℃，经过凝聚、分离、脱酸、筛选等精制过程生产而成。 总反应式：SiCl4＋2H2＋O2→SiO2＋4HCl 其生产工艺过程示意图如图1。 沉淀法二氧化硅是采用硅酸钠为原料与浓硫酸在液相中发生反应，经过液相分离、中和、脱水、干燥、机械研磨等过程生产而成。由于原料价格低廉，生产成本远远低于气相法二氧化硅。气相法二氧化硅比沉淀法二氧化硅具有无与伦比的优越性能，如分散性、触变性、增稠性及在橡胶行业的补强性和在电子工业方面的绝缘性等。 2气相法二氧化硅的作用机理
2．1在液态体系中的作用机理 由于气相法二氧化硅的表面带有大量的羟基，这些羟基会在气相法二氧化硅的聚集体之间形成氢键，当其充分分散于液态体系中时，便形成二氧化硅的网状结构。其排列如图2所示。 这种网格能增加液体的黏度，并产生触变现象。触变是液体的物理现象，当对液相体系施加剪切力后，使二氧化硅聚集体之间形成的氢键断裂，液相体系的黏度下降，当停止施加剪切力后，聚集体又依靠氢键重新建立起网络结构，当剪切力完全消失后，液相体系的黏度可恢复到初始值。 触变现象在很多应用领域中发挥优良作用，如涂料、胶粘剂、密封胶等。 由二氧化硅粒子的网状结构所造成的黏度升高可以提高液相体系的流变性能并防止其沉降。提高液相体系的流动速度，可以使黏度降低，而静止后，随着网状结构的恢复，流动性又明显下降。此种特性可以广泛应用于机械喷涂液相物料中，得到更好的喷涂效果。 为得到良好的流变效果，二氧化硅粒子在液相体系中的适度分散是一个决定性的因素，但过度分散会造成二氧化硅粒子之间的网状结构遭到彻底破坏，即使长时间停止施加剪切力，其网状结构也很难恢复。 2．2在干燥体系中的作用机理 气相法二氧化硅在干燥体系中可以通过不同机理起到不同的作用。例如，将其加入颗粒体系中能促进自由流动，将其加入涂膜中能增加磨擦和抗粘连。 2．2.1自由流动 在粉末状、颗粒状等物质中加入少量的气相法二氧化硅，就能起到促进自由流动、防结块和防阻塞等作用。二氧化硅聚集体的微观结构使它很容易在干燥体系的大颗粒之间移动，并且在多数情况下，它可在粉末状物质的颗粒表面形成一层包膜，使得颗粒像可滑移的滚球轴承一样，使大颗粒很容易滑动。这种特性有助于物料通过像阀门、喷头等带有小孔的设备。 非处理型二氧化硅能够吸附存在于产品颗粒表面上少量水分，防止粉末产品由于相互接触而结块。同时由于有特异的分散性，可以增强粉末产品的流动性。 2．2.2增加摩擦
气相法白炭黑的卫生和安全说明
气相法白炭黑的卫生和安全说明气相二氧化硅是非晶体的，它不具备许多晶体型二氧化硅的纤维性。二氧化硅的国内外发展历史表明，到目前为止，没有发生任何由于吸入气相二氧化硅而使肺脏受损或丧失功能的病例。 1毒理学 气相二氧化硅为无定形，气相二氧化硅不含一般晶体型二氧化硅可能具有的纤维性，经过长期的吸入试验发现不会产生矽肺。矽肺也叫硅肺，是由于长期吸入矽粉末后引起，以肺部广泛德结节性纤维化为主的疾病。“致纤维化因子”是造成矽肺的主要病因，由于气相二氧化硅不具备晶体型二氧化硅的纤维性，所以不会造成矽肺。 对气相二氧化硅进行的实验室动物试验得出了下列各项结果： 从口部进入的毒性：按照44 FR 44054 第772?112－21部分所叙述的方法，让10只小白鼠吃进非表面处理气相二氧化硅，相当于每千克躯干吸入5g这种二氧化硅。结果，所有小白鼠在14天的试验中都存活下来。 对皮肤的刺激：为了评价气相二氧化硅对皮肤的刺激，按照 44 FR 44054 第772?112－25部分所叙述的方法，用小白兔的皮肤（皮肤：有的部位用不渗透绷带包裹，有些部位裸露，裸露的部位有些是完整无损的，有些是擦伤过的）做试验。根据试验结果，可以计算等到，其刺激指数为0.44（按0～8标度），因此气相二氧化硅对皮肤的刺激性为无刺激～轻微刺激。气相法白炭黑在皮肤上是无害的。由于偶尔原因它能引起干燥的感觉，但是这感觉能很容易通过洗涤和一般的皮肤保养而消除掉(如使用面霜)。 对眼睛的刺激：为了评价气相二氧化硅对眼睛的刺激，按44 FR 44054 第772?112－24 部分叙述的方法，用小白兔做试验，将试样滴入小白兔的眼睛里。结果，在试验期间，其刺激指数为0（按0～110标度）；未经冲洗的眼睛，经24小时和48小时之后，其刺激指数分别1.0和0.3；经过冲洗的眼睛，经7天后，其刺激指数为0。因此气相二氧化硅对眼睛的刺激性为无刺激～很轻微刺激。 严重的粉尘吸入（4小时吸入重量）：将10只小白鼠编成一组，暴露于含有气相二氧化硅的空气中，空气中气相二氧化硅的重量浓度为2.08毫升/升，
二氧化硅的工业化生产
二氧化硅的工业化生产 1.1二氧化硅的种类 二氧化硅也称硅质原料，不仅包括天然矿物，也包括各种合成产品，其产品可分为结晶态和无定形态两类。 二氧化硅天然矿物通常包括结晶态二氧化硅矿物石英砂、脉石英、粉石英和无定形硅矿物硅藻土。 合成产品主要是白炭黑（无定形二氧化硅），包括气相白炭黑（气相二氧化硅）、沉淀白炭黑（沉淀二氧化硅）。 石英是二氧化硅天然矿物的主要矿物组分，化学成分为SiO2，玻璃光泽，断口呈油脂光泽。贝壳状断口，莫氏硬度7，密度2.65～2.66。颜色不一，无色透明的叫水晶，乳白色的叫乳石英。按其结晶习性分，三方晶系的为低温石英，又叫-石英；六方晶系的为高温石英，又称-石英。 石英砂是一个矿产品的专门名词，它泛指石英成分占绝对优势的各种砂，诸如海砂、河砂、湖砂等。地质学按成因将它们划分为冲积砂、洪积砂、残积砂等。石英砂的矿物含量变化很大，以石英为主，其次包含各类长石、岩屑、重矿石（石榴子石、电气石、辉石、角闪石、榍石、黄玉、绿帘石、钛铁矿等）以及云母、绿泥石、黏土矿物等。
石英砂岩，是一种固结的砂质岩石，常简称为砂岩，是自然界最常见、最普通的硅质矿物原料之一，其石英和硅质碎屑含量一般在95%以上，副矿物多为长石、云母和黏土矿物，重矿物含量很少。常见的重矿物有电气石、金红石、磁铁矿等。 石英岩是由石英砂岩或其他硅质岩石经过变质作用而形成的变质岩。脉石英是与花岗岩有关的岩浆热液矿脉，其矿物组成几乎全部为石英。 粉石英是一种颗粒极细、二氧化硅含量很高的天然石英矿。粉石英这一词过去叫法很多，它既包括天然的粉石英，同时也包括了由硅质矿物原料（石英岩、脉石英）加工而成的石英细粉。 硅砂是以石英为主要成分的砂矿飞总称。以天然颗粒状态从地表或地层中产出的硅砂，以及石英岩、石英砂岩风化后呈粒状产出的砂矿称为“天然硅砂”（或简称“硅砂”）。与此对应，将块状石英岩、石英砂岩粉碎成粒状则称“人造硅砂”。 1.2二氧化硅的性质 1.2.1性质 二氧化硅在自然界分布很广，如石英、石英砂等。白色或无色，含铁量较高的是淡黄色。密度2.65～2.66。熔点1670℃（鳞石英）；1710℃