フュームドシリカ製品：技術分析、アプリケーション、品質管理 - 精密表面改質と分散安定性によるパフォーマンスの向上 - NetEase

创建于02.27

フュームドシリカ製品の技術分析

I. 基本的な特徴と準備プロセス

フュームドシリカ（CAS No.112945-52-5）は、四塩化ケイ素またはメチルトリクロロシランを水素酸素炎中で高温加水分解（1800℃）して生成されるナノスケールの粉末材料です。一般的な物理的パラメータは次のとおりです。

一次粒子サイズ：7～40nm（レーザー粒子サイズ分析装置で測定）
比表面積：50〜380m²/g（BET法による測定）
嵩密度: 30-60g/L
純度: SiO₂≥99.8% (XRFで検出)

溶融した一次粒子（一次粒子）が水素結合により集合体（集合体）を形成し、さらに物理吸着により凝集ネットワークを形成することで三次元樹枝状構造を形成します（図1）。

II. 技術分類基準

GB/T 32678-2016 によれば、次のように分類されます。

親水性タイプ（タイプA）

• 表面ヒドロキシル基の密度: 2.5～3.5/nm² (酸塩基滴定法で測定)

• pH値: 3.6～4.3（10%水性分散液）

• 油吸収値：2.5～3.5g/100g（ASTM D281）

疎水性タイプ（タイプB）

• 表面処理剤：ヘキサメチルジシラザン/ジメチルジクロロシラン

• 接触角: ≥120° (動的濡れ法)

• 炭素含有量: 0.5～5.0% (元素分析)

III. 主な機能特性

強化効果

シリコンゴムにフュームドシリカを 15phr 加えると、引張強度が 0.5MPa から 12MPa (GB/T 528) に向上します。強化メカニズムは次のとおりです。

物理的な絡み合い: 3 次元ネットワーク構造により、チェーンセグメントの動きが制限されます。
化学吸着: 表面のシラノール基がポリマーと水素結合を形成します。

チキソトロピー性

コーティング剤に0.5～2.0%添加することで、次の効果が得られます。

チキソトロピー指数（TI）：2.5～5.0（回転粘度計で測定）
たわみ防止値: ≥250μm (ASTM D4402)

吸着特性

比表面積と吸着容量の間には直線関係があります。

S = 380m²/gの場合、DBP吸収値は320g/100gに達します（ASTM D2414）。

IV. 典型的なアプリケーションの技術的パラメータ

シリコーンゴムの強化

添加量：8～20重量％
補強効果：引裂強度が5～8倍に向上（ASTM D624）

コーティングの沈降防止

推奨添加量：0.3～1.5%
保存安定性: ≥12か月（固い沈殿物なし）

食品の固化防止

許容添加量: ≤2% (GB 2760)
安息角: ≤35° (流動性を向上させるため)

V. 表面改質技術

原位置修正

合成段階でシランカップリング剤（KH-550など）を導入します。

改質温度：800～1000℃
グラフト率: 70～85% (TGA 測定)

治療後の修正

ウェットプロセスのパラメータ:

溶媒: エタノール/水 (体積比 7:3)
反応温度：60〜80℃
修正時間: 4～6時間

VI. 品質管理のポイント

強熱減量: ≤2.0% (105℃×2h)

ふるい残渣（45μm）：≤0.04％（湿式ふるい分け法）

塩化物含有量: ≤100ppm (電位差滴定法)

総重金属含有量: ≤50ppm (ICP-OES)

(データソース: GB/T 20020-2013、ISO 18473-3:2018、キャボット製品技術ホワイトペーパー)

この材料は、比表面積（図2）、表面基の種類、凝集度を調整することで、さまざまな応用シナリオのレオロジー要件を正確に満たすことができます。現在の技術開発は、精密な表面改質と分散安定性の向上に重点を置いており、新エネルギー電池セパレーターのコーティングや3Dプリント材料などの新興分野での応用拡大を促進しています。

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