[发明专利]提高硅橡胶撕裂强度的表面改性气相二氧化硅及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属于一种表面改性气相二氧化硅及其生产方法，具体说是一种提高硅橡胶撕裂强度的表面改性气相二氧化硅及其生产方法。 

背景技术

气相二氧化硅，也称气相（法）白炭黑。其作为硅橡胶的补强剂、液体不饱和树脂体系的增稠触变剂、硅酮胶等胶黏剂的补强剂和增稠触变剂、油漆涂料等液体的增稠触变剂和填料的防沉降剂、粉末和颗粒物料的抗块剂和自由流动促进剂、化妆品等膏状物的增稠触变剂等等得到广泛应用。 

表面改性气相二氧化硅在继承气相二氧化硅基本特性之上，通过采用不同的改性剂、控制不同的改性程度而极大地拓展了应用领域、丰富和提升了应用性能。譬如，用于硅橡胶时，可以避免混炼胶料发生影响储存的结构化现象，大幅度提高制品的撕裂强度、耐高温性能；用于粉体材料时，可以防止结块、促进自由流动；用于静电印刷墨粉作为所需电荷的携带调节剂和防吸湿、防结块剂使用等等。理论上，可以与气相二氧化硅表面硅醇基发生化学反应而将有机硅烷基引入的物质都可以用作改性剂使用。生产实践中常用的表面化学改性剂有氯硅烷类、硅氮烷类、硅氧烷类。 

气相二氧化硅表面硅醇基与常用的三种甲基硅烷类改性剂的反应式示意如下： 

与氯硅烷的反应：在水分存在下，

与硅氮烷的反应：在水分存在下，

与硅氧烷的反应：在水分存在下，

气相二氧化硅因结构中具有表面硅醇基，呈现亲水性。改性气相二氧化硅呈现疏水性，故亦称疏水气相二氧化硅。气相二氧化硅进行表面化学改性工艺方法有液-固表面接触法、气-固表面接触法。

单纯硅橡胶本身不具备机械强度等应用性能。气相二氧化硅是硅橡胶应用中必不可少的补强剂，通过适当的添加剂组分和制造工艺，可使硅橡胶制品具备优良的机械物理性能、电绝缘性能和生理惰性等应用性能，使其具有广泛的应用范围，比如建筑、交通运输、电子电器、化工、生物材料、航空航天材料等。然而，添加普通的气相二氧化硅的硅橡胶，经过一段时间后会使预混炼胶发生变硬甚至固化不能再成型而报废，即发生所谓的结构化现象。 

使用经过表面改性的气相二氧化硅，不仅可以消减结构化现象，使预混炼胶在生产储备周期和贮运所需的时间内不发生不可逆转的结构化现象，而且还由于改善了它们之间的交联结构而获得更高的抗撕裂性、耐热性等性能；由于其疏水性也提高了硅橡胶制品的绝缘性。 

现有的表面改性气相二氧化硅生产方法存在以下缺陷：单独使用氯硅烷类主改性剂时，会对反应设备造成严重腐蚀，不得不定期停产更换维修，严重影响了生产效率，提高了生产风险；使用硅氮烷或硅氧烷类的一种做改性剂时，产品成本较高；单独使用硅氧烷时，对反应温度要求较高，原料成本也较高；使用不同改性剂进行生产时，为达到最佳生产效果需要使用不同的生产工艺设备，提高了设备投资和产品成本。因此，亟需对现有的表面改性气相二氧化硅生产工艺进行改进。 

发明内容

本发明的目的是提供一种提高硅橡胶撕裂强度的表面改性气相二氧化硅及其生产方法。 

本发明的目的是这样实现的： 

一方面，提供了一种表面改性气相二氧化硅，其特征是：由气相二氧化硅与改性剂反应生成，改性剂选自硅氮烷、氯硅烷或/和硅氧烷，改性剂中Si-N、Si-Cl或/和Si-O官能团的摩尔比为1.0∶0.2～0.5∶0.1～0.3；原料气相二氧化硅的重量与改性剂总重量比为1.0：0.05~0.35。

所述反应原料中，原料气相二氧化硅的原生粒径为4~90nm、BET比表面积为50~400m²/g、pH值为3.5~4.5，表观密度为40～100g/L，优选原料气相二氧化硅的原生粒径为7~70nm，BET比表面积为100～400m²/g，pH值为3.6～4.3，表观密度为40～60g/L。 

所述改性剂中，氯硅烷选自二甲基二氯硅烷、一甲基三氯硅烷、三甲基一氯硅烷的一种或一种以上任意比例的混合，优选氯硅烷混合物中二甲基二氯硅烷的摩尔份数在80%以上，更优选二甲基二氯硅烷.。 

所述改性剂中，硅氮烷选自六甲基二硅氮烷、六甲基环三硅氮烷、八甲基环四硅氮烷的一种或一种以上任意比例的混合，优选硅氮烷混合物中六甲基二硅氮烷的摩尔份数在80%以上，更优选硅氮烷选自六甲基二硅氮烷。 

所述改性剂中，硅氧烷选自八甲基环四硅氧烷、六甲基环三硅氧烷的一种或一种以上任意比例的混合，优选硅氧烷混合物中八甲基环四硅氧烷的摩尔份数在80%以上，更优选八甲基环四硅氧烷。