沉淀二氧化硅与气相二氧化硅的差异
2025-01-06
以填料为主要应用形式的两种二氧化硅最主要的产品形态分别是：沉淀二氧化硅和气相二氧化硅。由于其最主要的区别在于生产工艺及其原材料的不同，而导致最终的产品在结构、形态、元素组分等各异。
下游最重要的应用领域之一是硅橡胶，根据硅橡胶制品的应用场景的不同而选用不同结构、形态、元素组分的二氧化硅产品，以达到最终使用要求的最佳性能和成本表现。
图1. 沉淀二氧化硅（左）和气相二氧化硅（右）的外观
一、沉淀二氧化硅
沉淀二氧化硅主要通过湿法制备，采用硫酸、盐酸、CO2等无机酸与水玻璃（硅酸钠）反应，使二氧化硅沉淀出来，再经过过滤、洗涤、干燥等步骤得到产品。这种方法工艺成熟，成本相对较低。
主要应用在橡胶轮胎（作为天然橡胶和合成橡胶的补强剂，显著提高橡胶的耐磨性、抗撕裂性和抗老化性能）、涂料和油漆（用作消光剂、增稠剂和抗沉降剂，提高涂料的悬浮稳定性和触变性）、牙膏（作为摩擦剂，帮助去除牙齿表面的污垢和牙菌斑）。
二、气相二氧化硅
气相二氧化硅则是利用有机硅、多晶硅生产过程中的中间产品卤硅烷（如四氯化硅、甲基三氯硅烷等）在氢氧火焰中高温水解制得的精细、特殊的无定形二氧化硅产品。具备跟沉淀二氧化硅不同的特征，其粒径小、粒度分布均匀、比表面积大，空间网络结构，具有很高的表面吸附活性。
广泛应用于硅橡胶领域（室温胶和高温胶中补强、调节流动性、加工性等）、涂料和油漆（增加体系的粘稠度、硬度和耐久性，同时作为抗结块剂和防沉淀剂）、美缝剂胶粘剂（提高粘接强度，防止固话期间流挂）、化妆品（用作吸油剂、防晒剂和增稠剂，改善化妆品的透明度和质感）。
三、差异性及其对材料性能的影响
沉淀二氧化硅，其微观形态通常呈现为无规律的二元线型结构，内部排列跟气相二氧化硅比较，较为松散的平面构型，因此从链式的二维结构形成毛细管的结构。这种结构的存在使得沉淀法二氧化硅具有较高的吸油值和一定的亲水性。
而气相二氧化硅，由于其生成来源于充分的空间反应器，原生的纳米近似球状结构，自由的空间运动造成其微观形态则主要是三维体型骨架结构，内部排列紧密。在形成过程中会经历原生粒子、次生粒子和聚集态粒子三种形态，其中原生粒子是初始生成的球状，表面吸附的羟基形成的力相互作用再形成链枝状的次生粒子，次生粒子再相互粘附聚结成疏散的聚集态。
图2. 气相二氧化硅（左）和沉淀二氧化硅（右）的结构示意（引自网络）
因此，气相二氧化硅这种粒径更小的三维网络结构，在补强效果上更加优于沉淀二氧化硅。
四、合理利用其差异性
沉淀二氧化硅和气相二氧化硅的差异在于：
1.空间结构，气相二氧化硅更具有空间三维网络结构，增强、流变控制、填充效果更好；
2.粒子大小，针对不同的树脂体系、加工设备选取不同粒径的粉料；
3.粒径形貌，具有球形的气相二氧化硅在填充间隙更小、补强效果更佳；
4.元素成分，气相二氧化硅的其他元素含量可以通过工艺设备保持稳定和纯度；
5.羟基含量，一般沉淀二氧化硅的羟基含量在每平方纳米多达几十个，而气相二氧化硅在几个。
实际使用过程中，应该对应用的不同要求，而做选择。
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