劉莉 段先健(廣州吉必盛科技實業(yè)有限公司，廣州)
氣相法白炭黑(學名氣相二氧化硅)是一種白色、無定形的無機超微顆粒，通常是利用氯硅烷在氫氧焰中高溫水解制得。氣相法白炭黑的特殊結構使其產生很高的表面活性和強烈的成鍵趨向，可廣泛應用于硅橡膠、膠粘劑、油漆、涂料、油墨、紙張、化妝品、醫(yī)藥、航空、食品等領域，起到補強、增稠、觸變、消光、防流掛、吸附和殺菌等作用，是國家高技術領域和國防工業(yè)急需的、必不可少的原材料。但另一方面，氣相法白炭黑表面含有大量的羥基等極性基團，使原生粒子之間極易相互碰撞而聚集在一起，形成微米級的二氧化硅二次聚集體，二次聚集體之間進一步相互作用，形成尺寸較大的二氧化硅附聚體。這就影響了氣相法白炭黑在有機聚合物中的分散性、相溶性以及其特殊性能的發(fā)揮，甚至導致在某些有特殊要求的領域中無法使用。因此常常需要對其進行表面改性，以拓寬氣相法白炭黑的應用領域。表面改性就是使二氧化硅粒子表面的活性羥基與有機化合物發(fā)生縮合反應而在二氧化硅表面覆蓋一層有機分子，使二氧化硅表面由親水性變?yōu)槭杷裕瑥亩纳贫趸枧c有機物分子之間的浸潤性、分散性、界面結合強度，提高材料的綜合性能和產品的附加值。
1氣相法白炭黑的改性方法
氣相法白炭黑的表面改性方法早期主要是采用間歇式處理工藝，也叫濕法處理，其主要有兩種方法，一是將干燥的白炭黑與改性劑及有機溶劑(苯、甲苯等)組成的溶液一起加熱煮沸，回流反應，然后干燥。二是將干燥的白炭黑配制成溶液漿料，加入水溶性有機溶劑如醇類或表面活性劑等，然后加入改性劑進行有機硅烷化反應。
濕法處理的特點是工藝簡單，容易控制，但是效率低，表面處理劑浪費大，而且在處理過程中需要加入有機溶劑，后處理中容易造成污染。目前世界多數采用干法處理工藝，它是采用干燥的白炭黑與處理劑蒸汽在固定的反應器或流化床反應器中于高溫條件下接觸反應。其特點是工藝比較復雜，控制比較困難，但是它容易與生產裝置相連接，易于實現工業(yè)化連續(xù)生產。氣相法白炭黑的表面處理水平代表著這個國家氣相法白炭黑工業(yè)的水平，目前國際上氣相法白炭黑表面處理是朝著連續(xù)、可控、節(jié)能、高效、環(huán)保方向發(fā)展，其中代表公司是Wacker、Degussa等公司。它們都采用連續(xù)化在線表面處理：在氣相法白炭黑的生產過程中引入表面處理劑，直接出來的就是表面處理型產品。這種工藝的特點處理效率高，產品處理均勻而反應尾氣循環(huán)利用，沒有環(huán)境污染。目前世界發(fā)達國家采用的氣相法白炭黑表面處理典型的工藝流程如下：
2氣相法白炭黑的改性機理
表面處理的目的就是利用有機物與硅羥基反應，把有機基團以化學鍵連接到氣相法白炭黑表面，從而使氣相法白炭黑表面呈現永久的疏水性質，經過表面處理后，降低了氣相法白炭黑的表面硅羥基數量，提高了其與有機物的相容性以及分散性。理論上只要能夠與硅羥基反應的物質都可以用作氣相法白炭黑的表面處理劑，工業(yè)上常用的是有機硅烷(二甲基二氯硅烷、八甲基環(huán)四硅氧烷、三甲基氯烷，有機硅氧烷、有機硅氮烷和有機鹵硅烷等)，胺類化合物和醇類化合物。其原理如下：
3疏水氣相法白炭黑的應用
氣相法白炭黑經過表面處理后，大大拓寬了其應用領域，提高了它與有機物的相容性以及它與有機物的相互作用力，因而可以大大提高材料的性能。而且還可以根據應用需要，選擇合適的表面處理劑對氣相法白炭黑進行表面處理，因而增強了氣相法白炭黑的功能性、可設計性。表1給出了一些疏水氣相法白炭黑主要物性及其應用領域。
