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二氧化硅消光粉的生产工艺




二氧化硅消光剂的制备,有沉淀法、凝胶法、气相法三大类。气相法的产品尽管透明性优异,但是由于生产中使用了四氯化硅和需要高温条件,生产成本高,其市场售价通常是沉淀法产品的2-3 倍;凝胶法制的产品特性类似于干法产品,价格又比气相法产品便宜但工艺较沉淀法复杂,成本亦高,该法应用也比较少;沉淀法二氧化硅的原材料和生产工艺成本较低,获得市场的普遍认可,是当前最主流的二氧化硅生产工艺[2,3]
沉淀法[4]又叫硅酸钠酸化法,是目前采用的比较普遍的生产方式。工业一般采用水玻璃溶液与无机酸反应,经沉淀、过滤、洗涤、干燥而得到。目前沉淀二氧化硅的制法大多数是采用硫酸或盐酸溶液与硅酸钠溶液进行化学反应(见方程式1),此法所制得的沉淀二氧化硅的性能比较优良,成本也比较低廉。调整工艺参数如水玻璃浓度、硫酸浓度、水玻璃和硫酸的配比、反应温度和添加剂加入等,控制产品二氧化硅原级颗粒大小、孔隙率、吸油值等技术指标。有研究者以乙酸乙酯做为潜伏酸试剂,通过水解使体系pH降低从而使硅酸钠发生反应,这种方法可以使整个体系的碱度均匀的降低,得到的二氧化硅的比表面积最高可达 500m2/g,可以用非金属矿物或废弃物为硅原料制备二氧化硅。沉淀法二氧化硅粒子呈球形,表面带有不同类型的羟基。该法原料易得,生产流程简单,能耗低,投资少。
mNa2SiO3+2nH+→mSiO2·nH2O↓+2mNa++(m-n)H2O        (1)
在二氧化硅生产过程中,选择不同的改性剂[5]和调整改性工艺来生产出具有不同特性的产品满足不同的应用领域。二氧化硅消光剂的消光特性的主要特征如吸油值、孔隙率、产品粒径等直接受添加剂种类和加入量的影响。用有机化合物涂覆物(主要是高分子蜡)进行表面处理得到的二氧化硅消光剂容易分散,涂料漆膜干燥后手感滑爽,抗损伤性好等。但经蜡处理的二氧化硅消光性略差,而且根据二氧化硅消光剂pH值的不同,适用范围也不同。表1是目前世界上比较有代表性生产供应商,各公司采用的改性剂和典型工艺                                                :
表1  国外二氧化硅生产商及其工艺


生产商 改性剂 生产工艺
GE 八甲基环四硅氧烷(D4)、
六甲基二硅氮(HMDZ)
3,3’-二甲基- 4,4’-二氨基-二环己基甲烷
常温下将白炭黑用 D4 和NH3理,再于130  ℃下用 HMDZ 处理。300~600  ℃下,白炭黑以流化态与混合改性剂接触。混合改性剂由 DMDC、水或盐酸气、一种表面活性级剂共同组成。
Cabot HMDZ 使用特殊设计的流化床,可防止反应过程中“结垢”。
Dow Corning HMDZ
N,N'-间苯撑双马来酰亚胺(PDM)
改性剂与硅氧烷混合物、催化剂共同处理白炭黑。白炭黑PDM 在 23  ℃下搅拌 16 h。
W.R.Grace 直链醇、庚醇、辛醇、十二醇等 首先与 50%的 H2SO4生成酸性硅胶,经处理后于 135~
220  ℃下用直链醇改性
Wacker TMEO
二甲基硅氧烷(PDMS)
环状:D3、D4
白炭黑用改性剂处理后,再用水蒸汽、HCl、胺蒸汽处理,后者作为凝聚催化剂。白炭黑用改性剂处理之后,再用有机硅氧烷、有机硅胺烷作辅助处理。白炭黑在高溫下用卤化锡预处理,再用改性剂处理。
Rhne-Poulenc 线型:六甲基二硅氧烷(MM),
MD2M 环状:D3、D4,
白炭黑和 N2 由连续流化床的顶部加入,改性剂蒸汽由底部加入,在 100~500  ℃连续反应。



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