馮欽邦 劉莉 龍成坤(廣州吉必盛科技實(shí)業(yè)有限公司，廣州510450)

氣相法白炭黑為無(wú)定形白色粉末，是一種無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)污染的無(wú)機(jī)納米材料，廣泛應(yīng)用于高分子復(fù)合材料、硅橡膠、涂料、電子封裝材料、陶瓷、塑料、玻璃鋼、密封劑、造紙、食品、化妝品、膠衣樹脂、化學(xué)機(jī)械拋光等行業(yè)?？善鸬窖a(bǔ)強(qiáng)、增稠、觸變、消光等作用。但是由于氣相法白炭黑表面存在不飽和鍵和不同鍵態(tài)的羥基(孤立硅羥基、偕硅羥基等)，因而其表面欠氧而偏離了穩(wěn)定的硅氧鍵結(jié)構(gòu)，很容易產(chǎn)生團(tuán)聚而使得氣相法白炭黑的小尺寸效應(yīng)不能充分發(fā)揮，限制其使用性能。本文簡(jiǎn)要介紹氣相法白炭黑產(chǎn)生團(tuán)聚的原因，并介紹利用化學(xué)改性解決氣相法白炭黑團(tuán)聚問(wèn)題及其表面改性效果的表征。

1氣相法白炭黑團(tuán)聚的機(jī)理

引起氣相法白炭黑團(tuán)聚的原因很多，有關(guān)機(jī)理尚需進(jìn)一步研究。但歸納起來(lái)主要是以下幾個(gè)方面：(1)分子間作用力(范德華力等)、氫鍵、靜電作用等通常是引起氣相法白炭黑團(tuán)聚的因素;(2)由于氣相法白炭黑粒子的量子隧道效應(yīng)和界面原子的相互耦合，使得氣相法白炭黑粒子極易通過(guò)界面發(fā)生相互作用而團(tuán)聚;(3)由于氣相法白炭黑粒子比表面積巨大及其表面含有數(shù)量較多的羥基，使其與空氣接觸后，極易吸附空氣中的水分，導(dǎo)致團(tuán)聚;(4)氣相法白炭黑具有極高的表面能和存在不飽和鍵，因而其粒子尺寸很難保持不變。顯然，防止團(tuán)聚現(xiàn)象發(fā)生，獲得粒徑小、分散性好的氣相法白炭黑納米粒子，是氣相法白炭黑應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。

2氣相法白炭黑表面化學(xué)改性機(jī)理

氣相法白炭黑表面化學(xué)改性是解決氣相法白炭黑粉體團(tuán)聚的主要措施之一。氣相法白炭黑表面化學(xué)改性是指利用有機(jī)物與硅羥基反應(yīng)，把有機(jī)基團(tuán)以化學(xué)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(xiàn)永久的疏水性質(zhì)。通過(guò)改性可明顯提高氣相法白炭黑粉體儲(chǔ)運(yùn)和應(yīng)用性能。

經(jīng)過(guò)表面處理后，降低了氣相法白炭黑表面硅羥基數(shù)量，提高了其與有機(jī)物的相容性以及分散性，使氣相法白炭黑粉體表面產(chǎn)生新的物理、化學(xué)、機(jī)械性能。理論上只要能夠與硅羥基反應(yīng)的物質(zhì)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(jī)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(jī)硅氧烷、有機(jī)硅氮烷和有機(jī)鹵硅烷等)，胺類化合物和醇類化合物。其原理如下：

(1)有機(jī)硅烷處理

3氣相法白炭黑表面改性效果的表征目前對(duì)氣相法白炭黑表面改性效果的表征還沒(méi)有普遍的方法。下面簡(jiǎn)單介紹幾種常用表征氣相法白炭黑表面改性效果的方法。

(1)接觸角法

氣相法白炭黑經(jīng)過(guò)表面改性后，通過(guò)測(cè)量其與介質(zhì)的接觸角，評(píng)價(jià)其與介質(zhì)之間的潤(rùn)濕性，反映氣相法白炭黑親油的程度，從而判斷氣相法白炭黑改性效果。

(2)粘度法

把氣相法白炭黑和有機(jī)介質(zhì)混合，通過(guò)測(cè)定其混合后粘度大小來(lái)評(píng)定氣相法白炭黑表面改性的好壞。在原料和溫度相同的情況下，如果混合后的粘度低，則改性效果好。反之則改性效果差。

(3)比表面積法

由于氣相法白炭黑經(jīng)過(guò)表面改性后，改性劑和氣相法白炭黑表面的硅羥基發(fā)生化學(xué)鍵合，從而屏蔽氣相法白炭黑表面的一部分微孔，從而導(dǎo)致改性后的氣相法白炭黑的比表面積下降，因此通過(guò)測(cè)定氣相法白炭黑改性后比表面積的大小，可以在一定程度上判別氣相法白炭黑表面改性效果的好壞。對(duì)于比表面積相同的親水型氣相法白炭黑來(lái)說(shuō)，其改性效果越好，則其比表面積下降也就越多。

4羥基含量的測(cè)定

因?yàn)闅庀喾ò滋亢诒砻娴幕瘜W(xué)改性是指利用有機(jī)物與硅羥基反應(yīng)，把有機(jī)基團(tuán)以化學(xué)鍵連接到氣相法白炭黑表面，因此通過(guò)測(cè)定改性后氣相法白炭黑表面硅羥基的含量，可以在一定程度上反映出氣相法白炭黑表面改性效果的好壞，一般來(lái)說(shuō)，改性效果越好，其表面硅羥基也就越少。

5甲醇值的測(cè)定

甲醇值的大小可以反映出氣相法白炭黑在有機(jī)介質(zhì)中分散程度的好壞，將經(jīng)過(guò)表面改性的氣相法白炭黑置于V mL水中，加入甲醇，當(dāng)漂于水面的氣相法白炭黑完全潤(rùn)濕時(shí)，記下甲醇的加入量為n mL，則其甲醇值為m=n/(V+n)×100%6碳含量的測(cè)定

利用紅外碳硫分析儀(帶有高頻感應(yīng)燃燒爐)。將覆蓋有合適助熔劑的樣品通過(guò)高頻燃燒，生成的CO2、SO2通過(guò)紅外感應(yīng)檢測(cè)出樣品的碳的含量。見(jiàn)圖1。

通過(guò)碳含量的測(cè)定可以定量判斷氣相法白炭黑表面改性效果的好壞。當(dāng)然，利用不同改性劑處理不同比表面積的氣相法白炭黑，其改性后的碳含量是不同的。表1給出了吉必盛公司生產(chǎn)的改性后的氣相法白炭黑(疏水氣相法白炭黑)的主要物性及其應(yīng)用領(lǐng)域。