超細(xì)二氧化硅的表面改性研究碩士論文

1、北京化工大學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者簽名：墨墜薹璺雪 日期： 沙f!、f礦關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明學(xué)位論文作者完全了解北京化工大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬北京化工大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤(pán)，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全

2、部或部分內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。一保密論文注釋：本學(xué)位論文屬于保密范圍，在上年解密后適用本授權(quán)書(shū)。非保密論文注釋：本學(xué)位論文不屬于保密范圍，適用本授權(quán)書(shū)。作者簽名：日期：導(dǎo)師簽名：日期：洳|t主、lF墊!：!：墅學(xué)位論文數(shù)據(jù)集中圖分類號(hào)TQl272學(xué)科分類號(hào)53034論文編號(hào)69密級(jí)公開(kāi)學(xué)位授予單位代碼10010學(xué)位授予單位名稱北京化工大學(xué)作者姓名張?zhí)K明學(xué)號(hào)獲學(xué)位專業(yè)名稱化學(xué)工程獲學(xué)位專業(yè)代碼課題來(lái)源自選課題研究方向超細(xì)粉體改性論文題目超細(xì)Si02的表面改性研究關(guān)鍵詞超細(xì)Si02凝膠，恒沸蒸餾，表面改性，硅烷偶聯(lián)劑論文答辯日期201 1-05-25論文類型

3、應(yīng)用研究學(xué)位論文評(píng)閱及答辯委員會(huì)情況姓名職稱工作單位學(xué)科專長(zhǎng)指導(dǎo)教師郭鍇教授北京化工大學(xué)化學(xué)工程評(píng)閱人1郭奮教授北京化工大學(xué)化學(xué)工程評(píng)閱人2劉曉林教授北京化工大學(xué)化學(xué)工程評(píng)閱人3評(píng)閱人4評(píng)閱人5撇員糊郭鍇教授北京化工大學(xué)化學(xué)工程答辯委員1郭奮教授北京化工大學(xué)化學(xué)工程答辯委員2劉曉林教授北京化工大學(xué)化學(xué)工程答辯委員3文利雄教授北京化工大學(xué)化學(xué)工程答辯委員4張鵬遠(yuǎn)副教授北京化工大學(xué)化學(xué)工程答辯委員5注：一論文類型：1基礎(chǔ)研究2應(yīng)用研究3開(kāi)發(fā)研究4其它二中圖分類號(hào)在中國(guó)圖書(shū)資料分類法查詢?nèi)龑W(xué)科分類號(hào)在中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GBT 13745-9)學(xué)科分類與代碼中查詢。四論文編號(hào)由單位代碼和年份及學(xué)

4、號(hào)的后四位組成摘要超細(xì)Si02的表面改性研究摘要超細(xì)Si02粉體，俗名白炭黑，是一種重要的無(wú)機(jī)粉體材料，在橡膠、塑料、涂料、陶瓷玻璃、造紙等諸多工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。Si02表面存在表面羥基，這些羥基具有化學(xué)吸附活性，遇水分子時(shí)形成氫鍵吸附，導(dǎo)致了超細(xì)Si02粉體在有機(jī)介質(zhì)中難于均勻分散，另外，沉淀法制備的Si02凝膠中含有大量水分，干燥脫除過(guò)程中很容易形成巨大的毛細(xì)管壓力，使孔結(jié)構(gòu)坍塌而形成硬團(tuán)聚。為改善應(yīng)用性能，必須對(duì)其進(jìn)行表面改性，研究開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)有效的干燥工藝，以提高粉體與有機(jī)基體間的相容性。研究的創(chuàng)新點(diǎn)在于，針對(duì)目前研究中多使用Si02粉體進(jìn)行改性，影響改性效果且增加一次干燥時(shí)熱能消耗的問(wèn)題

5、，采用超重力連續(xù)化設(shè)備制備的Si02凝膠作為原料，分別用正丁醇恒沸蒸餾及乙醇溶劑置換預(yù)處理后，直接分散在有機(jī)改性溶劑中進(jìn)行濕法改性，工藝簡(jiǎn)便，且產(chǎn)品疏水效果好。本文研究了超細(xì)Si02凝膠的改性工藝條件，對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)，提高改性效率并降低改性成本。本文研究的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：1、開(kāi)發(fā)市場(chǎng)需求量大的專用型產(chǎn)品。針對(duì)國(guó)內(nèi)白炭黑市場(chǎng)需求的熱點(diǎn)，集中力量突破幾個(gè)品種。如硅橡膠、有機(jī)硅膠粘劑及高檔涂料產(chǎn)品中使用的二甲基二氯硅烷(DMDCS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)改性的白炭圈1f胄o北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文2、采用正丁醇共沸蒸餾對(duì)制得的濕凝膠進(jìn)行干燥，研究發(fā)現(xiàn)共沸蒸餾能極大的縮短醇水溶

6、劑交換時(shí)間，較好的控N-氧化硅干燥脫水過(guò)程中的硬團(tuán)聚，保護(hù)濕凝膠的原生結(jié)構(gòu)，改善二氧化硅的產(chǎn)品性能，如增大BET比表面積、BJH孔容、吸油值等。3、設(shè)計(jì)單因素實(shí)驗(yàn)，在恒沸干燥Si02濕凝膠后，分別使用DMDCS、HMDS改性Si02，結(jié)果表明不同的改性溶劑對(duì)改性效果影響明顯不同。隨著反應(yīng)時(shí)間和改性劑用量的增加，表面羥基數(shù)都呈減少的趨勢(shì)，用濾餅直接改性所得樣品外觀疏松，產(chǎn)品吸油值普遍達(dá)到3以上，水在Si02表面的接觸角大于130。，兩種改性劑都能獲得極佳的疏水性能。4、采用醇洗置換Si02濕凝膠中的水，并采用硅烷偶聯(lián)劑A一151進(jìn)行改性研究。顆粒分散狀況有較大改善，最終確定改性工藝為：改性溶劑為

7、乙醇，改性劑用量為絕干粉重的75、改性時(shí)間25h。關(guān)鍵詞：超細(xì)Si02凝膠，恒沸蒸餾，表面改性，硅烷偶聯(lián)劑Ilare hydroxyl groups in the surface of Si02，which ale in existence of chemicaladsorption activityIf there ale water molecules，hydroxyl groups will formhydrogen bonds，which is leading the dispersed difficulty of Si02 powder in organic mediaIn addi

8、tion，the precipitation method of Si02 gel contains largeamounts of waterIt is very easy to form large capillary pressure in the dryremoval process，make pore structure collapsed and cause hard agglomerates一。一10 improve thelr印plication pertbrmance，we must carry on researching the surface modification，

9、develop an effective drying process and improve thecompatibility between powders and organic substrateIn view of the present study for modified Si02 powders，it affects modification effect and increases the heal consumption of drying processIt is an innovation point of this passage that Si02 gel is a

10、s the raw material which is prepared with supergravity continuous equipmentRespectively Si02 gel is disposed of butanol azeotropic distillation and ethanol solvent replacement，III北京化工人學(xué)碩士學(xué)位論文after that it is directly dispersed in organic solvents for wet modificationThis process is simple and the pr

11、oduct has good hydrophobic effectIn this paperwe research modified conditions of ultrafine Si02 gels andimprove the traditional production process，which increases efficiency and reduces costsThe main contents of this paper include the following：1Developing the special products of high marketFor the

12、domesticmarket demand hotspot of silica，several varieties must be concentrated，suchassilicone rubbersilicone adhesives，dimethyldichlorosilane(DMDCS)，hexamethyl disilazane(HMDS)and modified silica2Azeotropic distillation of n-butyl alcohol is used to dry the wet gelWefind that azeotropic distillation

13、 Can greatly short the time of solvent exchange， control well the hard aggregation in the process of silica dehydration，protect the native structure of wet gel and improve product performance，suchas BET surface area，BJH pore volume and oil absorption3Designing single factor experimentsAfter the azeo

14、tropic drying ofSi02 wet gel，DMDCS and HMDS are respectively used to modify Si02The results show that the different modified solvents significantly affect themodification effectWith the reaction time and the modifier amount increasing，the number of surface hydroxyl groups is in a decreasing trendThe

15、 samples with the filter cake modification have a loose appearanceThe value of oilabsorption is more than 3，the contact angle of water in the Si02 surface is greater than 1 30。，and two modifiers have access to excellent hydrophobicKEYWORDS：Ultra-fine Si02 gel，azeotropic distillation，surfacemodificat

16、ion，silane coupling agentV目錄目錄第一章緒論 1第二章文獻(xiàn)綜述 321超細(xì)Si02粉體簡(jiǎn)介 3211超細(xì)Si02粉體性質(zhì) 3212超細(xì)Si02表面硅羥基結(jié)構(gòu) 3213超細(xì)Si02粉體的生產(chǎn)方法 一4214國(guó)內(nèi)外超細(xì)Si02粉體的生產(chǎn)現(xiàn)狀 。522超細(xì)Si02表面改性 6221改性劑 6222二氧化硅表面改性方法及機(jī)理 7223超細(xì)Si02的表面改性工藝 9224表面改性超細(xì)Si02的表征 lO225國(guó)內(nèi)外超細(xì)Si02粉體表面改性生產(chǎn)及研究現(xiàn)狀 1223超細(xì)Si02粉體的干燥方式 13 24超細(xì)Si02粉體的應(yīng)用研究進(jìn)展 l 525本課題研究的目的和意義 16第三章恒沸

17、蒸餾干燥超細(xì)Si02粉體的研究 1931引言 1932實(shí)驗(yàn)部分 19321超細(xì)Si02凝膠的制備 19322實(shí)驗(yàn)原料及藥品 20323實(shí)驗(yàn)方法 20324樣品的表征 2033實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 21331 TEM透射電鏡分析 21332紅外分析 22VIl北京化工大學(xué)碩：學(xué)位論文333 BJH孔結(jié)構(gòu)分析 23334熱重差熱分析 24335粒徑分布分析 25336不同干燥方式產(chǎn)品性能比較 2634共沸干燥機(jī)理分析 2635小結(jié) 28第四章恒沸蒸餾用于超細(xì)Si02濕濾餅的改性 。2941引言 。2942實(shí)驗(yàn)部分 29421實(shí)驗(yàn)原料及藥品 29422實(shí)驗(yàn)裝置和儀器 29423實(shí)驗(yàn)方案 。30424樣品表

18、征方法 。30 43實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 3 l431接觸角和表面羥基數(shù)分析 31432透射電鏡照片分析 32433粒徑分布分析 33434紅外光譜分析 34435 BET比表面積及BJH孔結(jié)構(gòu)分析厶 36 436熱重差熱分析 37437 DMDCS改性溶劑、改性時(shí)間和改性劑用量對(duì)改性效果影響 38438 HMDS改性溶劑、改性時(shí)間和改性劑用量對(duì)改性效果影響 39 44實(shí)驗(yàn)結(jié)論 41第五章溶劑置換用于超細(xì)Si02的改性 4351引言 ： 4352實(shí)驗(yàn)部分 43521實(shí)驗(yàn)原料及藥品 43522改性方法 43523偶聯(lián)劑的水解方案 44524改性工藝流程 45525樣品表征方法 46VIll目錄53實(shí)驗(yàn)

19、結(jié)果與討論 46531透射電鏡分析 一46532粒徑分布分析 47533紅外光譜分析 。48534改性溶劑對(duì)改性效果影響 48535改性時(shí)間和改性劑用量對(duì)改性效果影響 4954實(shí)驗(yàn)結(jié)論 50第六章結(jié)論 51參考文獻(xiàn) 53致謝 57研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文 59作者和導(dǎo)師簡(jiǎn)介 61IXCONTENTSCoNTENTSChapterl Prolegomena 1Chapter 2 Introduction 321 Introduction ofultra-fine silicapowder3211 Property ofultra-fine silica powder 3212 Stll】ctll

20、re ofhydroxyl on surface ofultra-fine silica 3213 Productionmethodsofultra-fine silicapowder 4214 Production status ofultra-fine silica powder at home and abroad 522 Surface modification ofultra-fine silica 6221 Modifier6222 Surface modification methods and mechanisms ofsilica7223 Surface modificati

21、on technology ofsilica。9224 Characterization ofsurface modified silica 10225 Production and research status of surface modified silica at home and abroad 。1l23 Dryingmethod ofultra-fine silicapowder1324 Progress in the application ofultra-fine silica powder 1425 Purposes and meanings ofthe thesis 16

22、Chapter 3 Studies on the drying Si02 gel by azeotropic distillation 1 931 Introduction 1932 Expcriment 19321 Preparation ofultrafine silica gel 19322 Experiment materials 20323 Experiment method 20324 Characterizition ofprepared samples 2033 Results and discussion ofexperiment 2l331 Analysis ofTEM 2

23、l332Analysis ofIR 。22333 Analysis ofBJH pore diameter distribuction 23334Analysis ofTG-DTA 24XI北京化工大學(xué)碩上學(xué)位論文335 Analysis diameter distribution25336 Performance comparison ofsilica dried by different metlhods 2634 Mechanism ofazeotropic distillation 2635 Briefsummary28Chapter 4 Surface modification of

24、 azeotropic distillated Si02 gel 2941 Introduction 2942 Experiment：19421 Experiment materials 29422 Experiment equipment 29423 Experiment method：10424 Characterizition ofprepared samples 3043 Results and discussion ofexperiment 31431 Analysis ofcontact angle and hydroxyl on surface ofsilica31432Anal

25、ysis ofTEM 32433 Analysis ofSi02 diameter distribution 33434Analysis ofIR 3zI435 Analysis of BET specific surface area and BJH pore diameter distribuction 一35436Analysis ofTGD】?Aj37437 E儂斌of different solvents，reaction time and amount of DMDCS on modificationmsdt 38438 Efiect of different solvents，r

26、eaction time and amount of HMDS on modificationresult ； 3944 Briefsummary z13Chapter 5 Surface modification of Si02 gel by solvent displacement4351 Introduction z1352 Experiment z13521 Experiment materials z13522 Modification method 43523 Hydrolysis solution ofcoupling agent44524 Modification proces

27、s 45525 Characterizition ofprepared samples 46XITCONTeNTS53 Results and discussion ofexperiment z“5531 Analysis ofTEM 46532 Analysis ofSi02 diameter distribution 47533 Analysis oflR 。48534 Effect ofdifferent solvents on modification result 48535 Effect ofreaction time and amount ofA151 on modificati

28、on result 。4954 Briefsummary 50Chapter 6 Conclusion 51Reference 53Acknowlegement57Published or accepted papers and research production59Author introduction 61符號(hào)說(shuō)明符號(hào)說(shuō)明，)肼改性二氧化硅在苯中的浸漬熱，W陋尸L未改性二氧化硅在苯中的浸漬熱，wS比表面積，n12曠1礦氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)液體積，mLPc附加壓力，Pa盯液體表面張力，JI一，孔道尺寸，111O接觸角，o質(zhì)量分?jǐn)?shù)t時(shí)間段，hK電導(dǎo)率，pSCnfl縮略語(yǔ)：TEM透射電子顯微鏡BET

29、氮吸附比表面積DBP鄰苯二甲酸二丁脂DMDCS二甲基二氯硅烷HMDS六甲基二硅氮烷A一151乙烯基三乙氧基硅烷緒論第一章緒論超細(xì)粉體科學(xué)與技術(shù)是20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來(lái)的-f-j新興學(xué)科，是材料科 學(xué)的一個(gè)重要組成部分，研究與開(kāi)發(fā)超細(xì)粉體對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域具有重大的意義。超 細(xì)粉體通常分為微米級(jí)粉體(130 lxm)、亞微米級(jí)粉體(011 rtm)及納米級(jí)粉體(1100 rim)，其范圍很廣，其中無(wú)機(jī)超細(xì)粉體在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域尤其是高科技領(lǐng)域 占據(jù)越來(lái)越重要和獨(dú)特的作用【l】。超細(xì)Si02具有比表面積大、表面活性高、化學(xué)反應(yīng)速度快、溶解速度快、燒結(jié)體強(qiáng)度大以及獨(dú)特的電磁性、光學(xué)性等性能，是一種

30、重要的無(wú)機(jī)超細(xì)化工材料。二氧化硅按生產(chǎn)方法大體分為沉淀法Si02和氣相法Si02，在橡膠工業(yè)中主要用作補(bǔ)強(qiáng)劑或改性劑，其補(bǔ)強(qiáng)效果優(yōu)于炭黑以外的其它補(bǔ)強(qiáng)填充劑。Si02還是塑料、造紙、農(nóng)藥、涂料、油墨等行業(yè)的原材料。沉淀法Si02主要用作橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑、塑料的填充劑、紙張的上膠劑和強(qiáng)化劑，牙膏的摩擦劑、涂料和油墨的消光劑和增稠劑，農(nóng)藥的防結(jié)塊劑等。氣相Si012因價(jià)格昂貴在橡膠行業(yè)中僅用于硅橡膠補(bǔ)強(qiáng)，性能較沉淀Si02更好，但在橡膠行業(yè)目前還是大量使用沉淀Si02。超細(xì)Si02粉體在添加到有機(jī)介質(zhì)中時(shí)，由于表面存在大量羥基，對(duì)水有很強(qiáng)的親和力，表現(xiàn)出極差的浸潤(rùn)和分散性，從而超細(xì)效應(yīng)難以發(fā)揮。對(duì)si0

31、2表面進(jìn)行改性，消除或減少其表面硅羥基的量，使之由親水性變?yōu)槭杷?，同時(shí)增大二氧化硅粒子之間的位阻，提高在有機(jī)分散體系中的穩(wěn)定性，增加粉體與有機(jī)介質(zhì)間的界面親和性和反應(yīng)活性，使其具有更優(yōu)異的特性。隨著超細(xì)粉體技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)表面改性提高粉體的各方面性能變得越來(lái)越重要，成為目前超細(xì)粉體領(lǐng)域亟待解決的課題之一，這引起了國(guó)內(nèi)外材料理論界和工業(yè)界的高度重視。二十世紀(jì)三十年代末德國(guó)Degussa公司研究成功氣相法Si02的生產(chǎn)技術(shù)，并且于 1962年成功開(kāi)發(fā)出第一種改性二氧化(AerosilR972)。其他一些發(fā)達(dá)國(guó)家繼德國(guó) Degussa公司之后也開(kāi)始對(duì)Si02生產(chǎn)及改性進(jìn)行研究，并且有很多大公司成功

32、研制出 具有自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利產(chǎn)品。目前先進(jìn)的超細(xì)二氧化硅改性工藝也主要掌握在 Degussa、Cabot、Wacker、Tukuyama、烏克蘭表面化學(xué)研究所等國(guó)外少數(shù)幾家大公司 及科研機(jī)構(gòu)中，代表著二氧化硅改性的發(fā)展水平，引導(dǎo)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)【21。而我 國(guó)對(duì)二氧化硅表面改性的研究與丌發(fā)尚處于起步階段，這方面的基礎(chǔ)研究還有待加強(qiáng)。本文就是以此為目的，加強(qiáng)超細(xì)Si02改性方面的基礎(chǔ)研究，開(kāi)發(fā)市場(chǎng)需求量大的專用型產(chǎn)品，針對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求的熱點(diǎn)，深入研究使用二甲基二氯硅烷及六甲基二硅氮烷改性產(chǎn)品的工藝，并探討了不同干燥工藝對(duì)改性效果的影響，以期替代或部分替代進(jìn)口產(chǎn)品。2文獻(xiàn)綜述第二章文獻(xiàn)綜述21

33、超細(xì)Si02粉體簡(jiǎn)介211超細(xì)Si02粉體性質(zhì)超細(xì)Si02粉體，俗名白炭黑，分子式為Si02H20，為無(wú)定型結(jié)構(gòu)，是一種無(wú)毒，無(wú)味、無(wú)污染的無(wú)機(jī)非金屬材料，微結(jié)構(gòu)呈絮狀和網(wǎng)狀的準(zhǔn)顆粒結(jié)構(gòu)，為球形【31。超細(xì)二氧化硅是極其重要的高科技超微細(xì)無(wú)機(jī)新材料之一，因其粒徑很小，比表面積大，表面吸附力強(qiáng)，表面能大，化學(xué)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(yōu)越的穩(wěn)定性、補(bǔ)強(qiáng)性、增稠性和觸變性，在眾多學(xué)科及領(lǐng)域內(nèi)獨(dú)具特性，有著不可取代的作用。超細(xì)Si02廣泛用于各行業(yè)作為添加劑、催化劑載體，脫色劑，消光劑，橡膠補(bǔ)強(qiáng)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(jí)日用化妝品填

34、料及噴涂材料、醫(yī)藥、環(huán)保等各種領(lǐng)域。并為相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展提供了新材料基礎(chǔ)和技術(shù)保證。由于它在磁性、催化性、光吸收、熱阻和熔點(diǎn)等方面與常規(guī)材料相比顯示出特異功能，因而得到人們的極大重視。二氧化硅粒徑很小，表面能較大，Si02粒子會(huì)自發(fā)的傾向于凝聚來(lái)降低表面能，應(yīng)用到產(chǎn)品中時(shí)將造成不利的影響，例如，在橡膠硫化系統(tǒng)里不能與聚合物很好地相容和分散，在輪胎中大量使用需要同時(shí)加入硅烷偶聯(lián)劑等。因此需要對(duì)二氧化硅進(jìn)行表面改性，來(lái)提高Si02粉體與有機(jī)介質(zhì)之間的相容性，消除粒子表面電荷，改善加工工藝，以提高二氧化硅產(chǎn)品的附加值，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域【4】。212超細(xì)Si02表面硅羥基結(jié)構(gòu)超細(xì)Si02具有特殊的表面

35、結(jié)構(gòu)(帶有表面羥基和吸附水)，這是其區(qū)別于其它超細(xì)粉體材料的主要特征之一。大量光譜及化學(xué)數(shù)據(jù)揭示出了超細(xì)Si02表面羥基基團(tuán)的存在【51。根據(jù)x射線分析，白炭黑制備方法對(duì)粒子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)有顯著影響。氣相白炭黑是由原料進(jìn)行高溫氣相反應(yīng)制得，制造中由于一S卜鍵小結(jié)構(gòu)單元的氧化，主要形成分子結(jié)構(gòu)較為緊密且密集性高的三維立體結(jié)構(gòu)粒子。沉淀法白炭黑主要采用硅酸。鈉與無(wú)機(jī)酸在水介質(zhì)中反應(yīng)制成，由于硅酸鈉的分子結(jié)構(gòu)為：一班D一-pDpD，故生成的白炭黑除含有三維結(jié)構(gòu)外，更主要的是二次結(jié)構(gòu)，分子結(jié)構(gòu)疏松且密集性較低，相比于三維結(jié)構(gòu)水汽極容易沿著毛細(xì)管侵入二次結(jié)構(gòu)的空隙【61。通過(guò)電子顯微鏡觀察研究表吲7】：白炭

36、黑的結(jié)構(gòu)是以si原子為中心，O原子為頂北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文點(diǎn)所形成的不太規(guī)則的四面體。連接在白炭黑表面的羥基在化學(xué)反應(yīng)中不是完全等價(jià)的進(jìn)行，這是由于Si02表面的Si原子排列不規(guī)則，使連接在白炭黑表面的羥基距離也不相等。Si02一旦和潮濕的空氣接觸，水會(huì)和其表面上的Si原子結(jié)合，以保持氧的四面體配位，滿足表面Si原子的化合價(jià)，使Si02表面以SiOH的形式存在一層化學(xué)吸附水，oH與Si，且O與H之間都以共價(jià)鍵作用結(jié)合，共價(jià)鍵的鍵能很大而不易被破壞，且化學(xué)吸附水與環(huán)境溫度、濕度無(wú)關(guān)。除此以外，由于Si02表面積大，空隙多，部分水會(huì)以分子形式通過(guò)物理吸附可逆的吸附在其表面，即物理吸附水，它與S

37、i02之間的結(jié)合不如共價(jià)鍵緊密，通過(guò)改變環(huán)境溫度和濕度可控制其含量【引。圖2-1白炭黑表面的羥基Fig2-1 Hydroxide on the surface of silica超細(xì)Si02表面的羥基可分為三種類型【9】：獨(dú)立羥基、連生羥基、雙生羥基。獨(dú)立的和雙生的羥基都沒(méi)有形成氫鍵。Deboer認(rèn)為，在120溫度下普通烘干干燥能除去Si02所有物理吸附的水，而微孔中的水要到180C才能除去。連生羥基約170時(shí)開(kāi)始脫水，400時(shí)略少于50的連生羥基被去除，750時(shí)基本消失。獨(dú)立羥基熱穩(wěn)定 性很高，到1100時(shí)才完全消失【10】。 白炭黑的表面結(jié)構(gòu)如圖21所示。獨(dú)立羥基由于OH基團(tuán)被隔離開(kāi)，所以

38、它的氫原子正電性較強(qiáng)，容易和負(fù)電性的氧原子或是氮原子發(fā)生氫鍵橋連。連生羥基因?yàn)閮蓚€(gè)oH基團(tuán)相距較近，能以氫鍵的形式相連接 】。除了表面的羥基以外，在脫除水份的超細(xì)Si02的表面層上還有相當(dāng)多的硅氧基存在。213超細(xì)Si02粉體的生產(chǎn)方法超細(xì)Si02顆粒制備方法分為物理法和化學(xué)法。物理法一般指機(jī)械粉碎法，利用超氣流粉碎機(jī)或高能球磨機(jī)對(duì)Si02的聚集體進(jìn)行粉碎，可獲得粒徑為l-5pm的超細(xì)粉體?；瘜W(xué)法包括化學(xué)氣相法(CVD)、化學(xué)沉淀法、溶膠凝膠法(S01Oel)和微乳法等，4文獻(xiàn)綜述除了常規(guī)的生產(chǎn)工藝，現(xiàn)在還出現(xiàn)了諸如利用天然礦物石英砂、白硅石、硅酸鈣為原料【12,13】，以黃磷廢渣、磷肥廢氣為原料【14】，以農(nóng)副產(chǎn)品(如稻殼灰)為原料的多種工藝。但目前主