气相二氧化硅的独特结构和性质是什么?
(1)独特的“三维树枝状”结构
在气相二氧化硅的生产过程中,首先卤代硅烷被水解并浓缩成单个的二氧化硅颗粒,然后逐渐生长成7-40纳米的球形颗粒,称为二氧化硅的“初级颗粒”。
“初级粒子”在反应炉中继续沿着火焰方向向前移动,并且粒子相互碰撞。此时,由于反应炉中的温度相对较高,颗粒仍然接近熔融状态,并且颗粒在碰撞后被焊接在一起,以形成具有三维树枝状结构的颗粒,这些颗粒由多个球形颗粒焊接在一起,这些球形颗粒被称为二氧化硅的“聚集颗粒”。因为集料中的颗粒被焊接在一起,所以它们是稳定的结构,几乎不可能分离。
二氧化硅的“聚集体”继续随着管道中的气流向前移动,并在、处相互碰撞,然后它们连接在一起形成絮状和蓬松的粉末,这被称为二氧化硅的“聚集体颗粒”。由于此时管道中的温度相对较低,因此“聚集体”之间的连接仅通过物理吸附来连接,这是一种不稳定的结构,可以在一定的机械力下分离(分散)。
(2)高表面活性
在气相二氧化硅的高温水解和缩合过程中,一些硅羟基保留在表面。表面硅羟基的存在使得气相二氧化硅的表面极性更强,表面活性更高。
气相二氧化硅表面存在“甲硅烷氧基”和“甲硅烷氧基”,其中甲硅烷氧基具有较高的活性,可以形成氢键或与其他基团反应,这也保证了二氧化硅颗粒之间可以形成稳定的网络,并与其他介质具有良好的相互作用,从而使二氧化硅表现出良好的增强、增韧效果。增稠触变性和抗沉降性能。
此外,硅羟基的存在也为气相二氧化硅的表面改性提供了可能性。选择不同结构的表面改性剂与硅羟基反应,将一些官能团接枝到气相二氧化硅表面,使气相二氧化硅的功能更加多样化。
(3)粒径小
比表面积大气相二氧化硅的“初级粒度”为7-40纳米。这是什么概念?从下表的数据比较中我们可以理解。如果我们把气相二氧化硅颗粒放大到标准足球大小,我们需要把它放大3000万倍。如果按照同样的比例将足球放大约3000万倍,它将变得像火星一样大。
由于气相二氧化硅的粒径小,其比表面积非常大,通常气相二氧化硅的比表面积为100-400m2/g。通常我们有一个150m2的房子,室内面积约为120m2,即比表面积可以覆盖房子的整个室内面积,目前使用的气相二氧化硅产品(如HL-150)不到1g,比表面积在市场上最低。然而,如果高比表面积产品(如HL-380)只有18.8克,其比表面积相当于一个标准足球场的面积!
正是由于气态二氧化硅的粒径小、比表面积大,才使其具有良好的吸附性能。可广泛应用于催化剂、、食品、、医药、、保温材料等领域。起到吸附、、防结块、、保温等功能。
此外,气相二氧化硅具有一系列独特的性能,如低堆积密度、和高孔隙率,这与气相二氧化硅独特的生产工艺密不可分。然而,这些独特的结构和性质也给气相二氧化硅带来了不同于其他二氧化硅的独特应用性质。