Гидрофобный осажденный диоксид кремния HIFULL® (обработанный DDS): характеристики и области применения.
Дымчатый диоксид кремния , как важный функциональный наполнитель, получают путем гидролиза летучих хлорсиланов в водородно-кислородном пламени. Он характеризуется наноразмерными первичными частицами (обычно 7-40 нм), высокой удельной поверхностью (от 30 до 450 м²/г) и высокоразвитой агломерированной структурой.
Однако гидрофильный осажденный диоксид кремния богат силанольными группами (-OH) на поверхности, обладает сильной полярностью и гигроскопичностью. В сильно полярных органических системах или средах, чувствительных к влаге, он склонен поглощать влагу и агломерироваться, что приводит к снижению диспергируемости и проблемам со стабильностью продукта. Для решения этих проблем появился гидрофобный осажденный диоксид кремния, и технология обработки диметилдихлорсиланом (DDS) стала одним из важных способов достижения гидрофобной модификации поверхности.
Гидрофобный пирогенный диоксид кремния HIFULL® получают путем модификации поверхности гидрофильного пирогенного диоксида кремния. В качестве модификаторов обычно используют диметилдихлорсилан (DDS), гексаметилдисилазан (HMDS) и полидиметилсилоксан (PDMS), а также другие.
После модификации поверхности гидроксильные группы на поверхности диоксида кремния вступают в реакцию или экранируются, что делает материал гидрофобным.
Свойства
Принцип действия технологии модификации DDS основан на реакции силанизации, в ходе которой силанольные группы (-OH) на поверхности гидрофильного осажденного диоксида кремния химически реагируют с диметилдихлорсиланом. Полярность поверхности эффективно экранируется, что значительно снижает поверхностную энергию и придает материалу гидрофобность и органическую совместимость.
Эта модификация не только снижает гигроскопичность, но и улучшает диспергируемость и возможности реологического контроля в органических средах. Стоит отметить, что гидрофобная обработка — это не просто «маскировка» полярности, а достижение контролируемой регулировки поверхностной энергии посредством молекулярного дизайна, что позволяет адаптироваться к системам с различной полярностью.
Характеристики и различия продуктов, модифицированных DDS.
В результате процесса обработки DDS можно получить гидрофобные продукты из осажденного диоксида кремния различной спецификации, среди которых типичными представителями являются HB-151 и HB-152, производимые компанией Hubei Huifu Nanomaterial Co., Ltd.
Гидрофобный осажденный диоксид кремния HIFULL® HB-151 получают путем обработки гидрофильного осажденного диоксида кремния с удельной поверхностью 150 м²/г с помощью DDS ; тогда как обработка гидрофильного осажденного диоксида кремния с удельной поверхностью 200 м²/г с помощью DDS дает гидрофобный осажденный диоксид кремния HB-152.
Эти две модели продуктов демонстрируют существенные различия по ключевым параметрам: удельная площадь поверхности по методу BET для HB-152 составляет 170±30 м²/г при содержании углерода 0.8-1.6%; тогда как удельная площадь поверхности по методу BET для HB-151 составляет 120±30 м²/г при содержании углерода 0.6-1.2%.
Именно эти различия в структурных параметрах обуславливают более высокую гидрофобность, загущающие и тиксотропные свойства, прозрачность и упрочняющие свойства HB-152 по сравнению с HB-151.
С точки зрения физико-химических свойств, гидрофобный осажденный диоксид кремния, обработанный DDS, демонстрирует превосходную стабильность. На примере HB-152 потери при сушке (высушен при 105℃ в течение 2 ч) составляют ≤0.7, потери при прокаливании — ≤2.5%, содержание диоксида кремния — ≥99.8%, а значение pH суспензии (4%) — ≥3.9.
Реологический контроль и эксплуатационные характеристики
Исследователи из компании Hubei Huifu Nanomaterial Co., Ltd. обнаружили, что с точки зрения эксплуатационных характеристик гидрофобный осажденный диоксид кремния, обработанный DDS, в основном влияет на реологические свойства покрытий за счет водородных связей между силанольными группами на поверхности и переплетения молекул обрабатывающего агента.
Благодаря своей гидрофобности, он легче взаимодействует с неполярными органическими молекулами в системах покрытий, образуя рыхлую сетевую структуру.
В качестве примера рассмотрим УФ-покрытия . При увеличении количества добавленного гидрофобного осажденного диоксида кремния HB-151 с 0.5% до 2%, при низких скоростях сдвига вязкость может возрасти с 400 Па·с до 2800 Па·с, что составляет увеличение на 600%; при высоких скоростях сдвига вязкость также увеличивается с 420 Па·с до 1050 Па·с, что составляет увеличение на 150%, при этом тиксотропное значение возрастает с 0.9 до 2.8, сохраняя рост примерно на 210%.
Эти уникальные реологические характеристики позволяют широко применять гидрофобный осажденный диоксид кремния, обработанный DDS, в таких отраслях, как производство вулканизированной при комнатной температуре силиконовой резины (RTV), клеев для заливки электроники, клеев и герметиков, покрытий, чернил и порошковых покрытий.
Системы согласования полярности и применения
Согласно принципу согласования полярности, материалы с более низкой поверхностной энергией легче диспергируются в средах с низкой полярностью, в то время как для систем со средней и высокой полярностью требуются наполнители с умеренной полярностью для уравновешивания сил взаимодействия.
Благодаря чрезвычайно низкой поверхностной энергии, гидрофобный осажденный диоксид кремния, обработанный DDS, особенно подходит для низкополярных систем, таких как MSPolymer (силано-модифицированный полиэфир), STP-E, полиакрилаты и полисульфиды. Их межмолекулярные силы слабы, что требует использования гидрофобного осажденного диоксида кремния с чрезвычайно низкой поверхностной энергией, например, HB-151 и HB-152. Эти продукты обычно подвергаются глубокой алкилирующей модификации и могут хорошо связываться с матрицей за счет сил Ван дер Ваальса, обеспечивая эффективное загущение, тиксотропный и упрочняющий эффект.
В отличие от этого, системы средней и высокой полярности, такие как полиуретан, полиолы, полиамид, эпоксидные смолы и виниловые смолы, требуют выбора гидрофобных продуктов, сохраняющих небольшое количество полярных участков на поверхности. Это позволяет избежать чрезмерной агломерации, одновременно обеспечивая участие остаточных силанольных групп или специально разработанных полярных функциональных групп в межфазных взаимодействиях и даже способствуя реакциям сшивания.
Рыночные перспективы и направления дальнейшего развития
В условиях непрерывного роста мирового спроса на высокоэффективные материалы рыночные перспективы для гидрофобного осажденного диоксида кремния чрезвычайно широки. Особенно в областях со строгими требованиями к адгезионным свойствам, таких как высококачественная электронная упаковка, склеивание лопастей ветроэнергетических установок и конструкционные клеи для аэрокосмической отрасли, применение гидрофобного осажденного диоксида кремния, обработанного DDS, будет способствовать более эффективному и надежному развитию смежных областей.
В фотоэлектрической промышленности гидрофобный осажденный диоксид кремния может значительно повысить устойчивость фотоэлектрических клеев к атмосферным воздействиям, озону и химической коррозии, позволяя им адаптироваться к сложным и изменчивым условиям окружающей среды. Как ключевой материал для герметизации солнечных фотоэлектрических модулей, характеристики фотоэлектрического клея напрямую влияют на надежность и срок службы модулей.
Привет, Клиенты!
Меня зовут Ван, я бизнес-менеджер HIFULL, я работаю в сфере производства пирогенного кремнезема более 10 лет. Не стесняйтесь обращаться ко мне. Я с радостью предоставлю вам лучший сервис и продукцию.
