В отличие от «кальцинированной соды, пищевой соды, стирального порошка и гипохлорита натрия», где каждое соединение имеет свою собственную химическую формулу, все эти порошкообразные материалы на основе диоксида кремния имеют одну и ту же основную химическую формулу: SiO₂.
Это особенно верно для белый технический углерод и нанокремнеземЭти термины иногда используются как синонимы или путаются друг с другом на практике. Однако прямое их приравнивание научно некорректно.
Сегодня давайте рассмотрим истинные взаимосвязи и ключевые различия между порошок кремния, белый технический углерод, и нанокремнезем.
I. Основные понятия
1. Порошок диоксида кремния
Порошок диоксида кремния — это общее название для мелкодисперсных порошков, полученных из природного кварца (SiO₂) или плавленого кварца (аморфной формы SiO₂, образующейся при плавлении природного кварца при высоких температурах и последующем охлаждении).
Он производится в несколько этапов обработки:
- Дробление и шаровое измельчение (или вибрация / фрезерование с помощью пневматической струи)
- Флотация
- Очистка методом кислотного выщелачивания
- Очистка воды высокой степени чистоты
2. Белый технический углерод
Белая сажа — это общее название для аморфной кремниевой кислоты и силикатных продуктов. В резиновой промышленности она получила такое название, потому что её упрочняющий эффект аналогичен эффекту традиционной сажи.
- Химическая формула: Обычно выражается как SiO₂·nH₂O, где нH₂O существует в виде поверхностных гидроксильных групп.
- Появление: Белое, без запаха, нетоксичное, аморфное гранулированное твердое вещество.
3. Нанокремнезем
Нанокремнезем — это ультрадисперсные частицы диоксида кремния с размером в нанометровом масштабе.менее 100 нм).
- Внешний вид и природа: Аморфный, белый, без запаха, нетоксичный порошок.
- Свойства поверхности: Это функциональный наноматериал с гидрофильными гидроксильными группами, адсорбированными на его поверхности.
Краткое изложение концепций
Все три материала состоят преимущественно из SiO₂.
Однако термин «белый технический углерод» охватывает более широкий спектр. Помимо осажденного диоксида кремния, пирогенного диоксида кремния и ультрадисперсного силикагеля, он также включает порошкообразный силикат алюминия и силикат кальция. В большинстве случаев его химическая структура представляется следующим образом: SiO₂·nH₂Oс поверхностными гидроксильными группами.
II. Материал и атомная структура
1. Порошок диоксида кремния
Диоксид кремния существует в двух структурных формах: кристаллической и аморфной. Поскольку «порошок диоксида кремния» — это общий термин, он включает в себя обе формы. Его основная структура представляет собой трехмерную сеть, построенную из тетраэдров кремния и кислорода (SiO4).
2. Белый технический углерод
Белая сажа состоит из аморфных частиц диоксида кремния с разветвленной агрегатной структурой. Она также имеет трехмерную пространственную тетраэдрическую сетку, образованную кремнием и кислородом.
- Сплочение: Атомы кислорода располагаются в вершинах, а атомы кремния — в центре. Каждый атом кислорода в вершине является общим с соседними тетраэдрами. Такое расположение обеспечивает электрическую нейтральность структуры SiO₂.
- Поверхностные гидроксильные группы: На поверхности присутствуют три различных типа гидроксильных групп:
- Силоксановые группы: Присутствуют на обезвоженных поверхностях. Эти группы остаются стабильными и трудно удаляются даже при повышении температуры.
- Выделенные гидроксильные группы: Содержат положительно заряженные атомы водорода. Эти атомы легко образуют водородные связи с электроотрицательными атомами.
- Соседние (вицинальные) гидроксильные группы: Обладают высокой реакционной способностью по отношению к полярным веществам. Легко образуют водородные связи друг с другом.
3. Нанокремнезем
Нанокремнезем представляет собой аморфный белый порошок, содержащий квазисферические частицы, организованные в хлопьевидные или сетчатые структуры.
- Микроструктура: Частицы имеют почти сферическую форму.
- Поверхностная энергия: На поверхности частиц присутствуют ненасыщенные остаточные связи и гидроксильные группы в различных состояниях связи.
- Молекулярная структура: Образует трехмерную цепную сеть.
III. Ключевые свойства
1. Порошок диоксида кремния
- Превосходная электроизоляция: Высокая химическая чистота и низкое содержание примесей обеспечивают превосходную электрическую изоляцию и устойчивость к электрической дуге в отвержденных материалах.
- Контроль напряжений и температуры: Снижает пиковую экзотермическую температуру в процессе отверждения эпоксидной смолы. Уменьшает коэффициент линейного теплового расширения и усадку при отверждении, предотвращая термические напряжения и растрескивание.
- Коррозионная стойкость: Крайне нереактивен. Не вступает в реакцию с большинством кислот и щелочей. Равномерное покрытие поверхности обеспечивает надежную защиту от коррозии.
- Оптимизированное распределение частиц: Сбалансированное распределение частиц по размерам минимизирует осаждение и расслоение фаз. Оно повышает прочность на растяжение и сжатие, улучшает износостойкость, увеличивает теплопроводность и обеспечивает огнестойкость.
- Отличная совместимость со смолами: При обработке силановыми связующими агентами он демонстрирует превосходную смачиваемость смолой, высокую адсорбцию, легкое смешивание и отсутствие комков.
- Экономическая эффективность: Используемый в качестве функционального наполнителя в органических смолах, он улучшает эксплуатационные характеристики материала, одновременно снижая общие производственные затраты.
2. Белый технический углерод
Белая сажа — это пористый материал с высокой химической стабильностью. Она негорюча, термостойка, не имеет запаха и нетоксична, обладает сильными электроизоляционными свойствами. Ее агрегатная морфология и микроструктура очень похожи на таковые у сажи. Она широко используется в качестве армирующего агента в резине, а также в качестве диспергатора и носителя химических веществ.
3. Нанокремнезем
Нанокремнезем — это нетоксичный, не имеющий запаха и не загрязняющий окружающую среду неорганический неметаллический материал с ультрадисперсными частицами (0–100 нм).
- Оптические и поверхностные свойства: Он обладает большой удельной поверхностью и сильно отражает ультрафиолетовый, инфракрасный и видимый свет.
- Наноразмерные эффекты: Благодаря объемным эффектам и квантовому туннелированию, нанокремнезем демонстрирует сильное перколяционное поведение.
- Полимерное армирование: Он образует трехмерные пространственные сети с молекулами органических полимеров. Это значительно улучшает механическую прочность, ударную вязкость, износостойкость и устойчивость к старению композитных материалов.
IV. Классификация
1. Порошок диоксида кремния
- По применению:
- Стандартный сорт (PG)
- Электротехнический класс (DG)
- Электронный класс (JG)
- По форме частиц:
- Угловой кремнеземный порошок
- Сферический порошок диоксида кремния
- По типу сырья и технологии обработки:
- Кристаллический порошок диоксида кремния: Получается путем прямого измельчения кварцевой руды или кремнеземной породы.
- Порошок плавленого кварца (RG): Получено путем измельчения расплавленного кварца.
- Сорта с модифицированной поверхностью: В результате органической модификации поверхности получаются порошки диоксида кремния следующих типов: стандартный активный (PGH), электроактивный (DGH), электронно-кристаллический активный (JGH), электронно-плавкий активный (RGH) и сферический активный.
2. Белый технический углерод
Классифицировано по методу производства:
- Осажденный диоксид кремния (Осадочная белая сажа)
- Дымчатый диоксид кремния (Пирогенная белая сажа)
- Кремнезем, полученный из неметаллических минералов
- Кремний растительного происхождения (например, извлекается из рисовой шелухи или злаковых культур)
3. Нанокремнезем
Классифицировано по методу производства:
- Физические методы
- Химические методы: Включая методы химического осаждения из газовой фазы (CVD), осаждения, золь-геля, микроэмульсии и твердофазной реакции.
V. Приложения
1. Порошок диоксида кремния и белый технический углерод.
| Область применения | Основные функции и области применения |
| Резина | Действует как сшивающий агент и армирующий наполнитель, повышая прочность. |
| Краски и покрытия | Выполняет функции загустителя, тиксотропного агента, диспергатора, регулятора текучести и противоосаждающего агента. Улучшает яркость цвета и прозрачность. |
| Пластмассы | Повышает механическую прочность и ударную вязкость. Значительно улучшает водостойкость и устойчивость к старению. |
| Сельское хозяйство | Идеально подходит в качестве носителя для фармацевтических препаратов и пестицидов. Высокая абсорбционная способность позволяет эффективно переносить жидкие инсектициды. |
| Ежедневная химия | Благодаря своей физической стабильности и совместимости используется в зубных пастах в качестве мягкого абразива. Эффективно очищает зубы и удаляет пятна. |
| Производство бумаги | Улучшает белизну бумаги и снижает ее общий вес, делая ее пригодной для высокоскоростной печати. |
2. Нанокремнезем
| Область применения | Основные функции и области применения |
| Резина | Повышает прочность конструкции, износостойкость и антивозрастные свойства. |
| Пластмассы | Повышает плотность пластика, улучшая общую устойчивость к старению и химическому воздействию. |
| Покрытия | Значительно повышает адгезию покрытия к стенам. Заметно увеличивает твердость пленки и улучшает самоочищающиеся свойства поверхности. |
| Медицинское оборудование, строительство и бытовая техника | Служит в качестве субстрата-носителя для бактерицидных и противомикробных средств. |
| Оптика | Используется в современных оптических волокнах для эффективного минимизирования потерь световой энергии. |
| Катализаторы | Благодаря высокой удельной поверхности и химической стабильности, служит носителем катализатора. |
| Датчики | Благодаря высокой биосовместимости, выполняет функцию поддерживающей подложки для создания биосенсоров со специфическими возможностями распознавания. |
| Стекло | Усиливает защиту от ультрафиолетового (УФ) и инфракрасного (ИК) излучения. |
| Керамика | Повышает механическую прочность и эластичность керамических изделий. |
| Электроника | Обеспечивает повышение прочности, уплотняемости и износостойкости в процессе сборки и герметизации электронных компонентов. |
VI. Резюме и основные выводы
Пока порошок кремнияХотя точное определение белого технического углерода и нанокремнезема различается, они тесно связаны между собой:
- Химический состав: Все три состоят преимущественно из SiO₂Однако белый технический углерод обычно обозначается как SiO₂·nH₂Oгде вода существует в виде поверхностных гидроксильных групп.
- Атомная структура: Все три соединения имеют тетраэдрическую структуру из кремния и кислорода. На микроскопическом уровне белый технический углерод содержит три различных типа поверхностных гидроксильных групп.
- Физические и химические свойства: Все три представляют собой белые порошки без запаха, обладающие большой удельной поверхностью, превосходной электроизоляцией и высокой химической стабильностью.
- Пересекающиеся области применения: Все три широко используются в производстве резины, керамики, пластмасс и покрытий. Примечательно, что белый технический углерод является важной заменой технического углерода в производстве резины.
Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете связаться с представителем Zelda Online по любым вопросам.
— Опубликовано Эмили Чен
