氣相二氧化矽:奈米材料中的工業“萬事通”
氣相二氧化矽(氣相白二氧化矽)是透過氫氧火焰中鹵矽烷高溫水解合成的奈米級無機材料。其特徵是粒徑小(原生粒徑範圍為7至40奈米),比表面積大(100至400平方公尺/克),表面活性高。其獨特的三維樹枝狀結構與氫鍵網絡,賦予了它增強、增稠、觸變、防沉等「萬能」性能,堪稱現代工業的「隱形冠軍」。
一、核心結構及性能優勢
氣相二氧化矽是由初級粒子(7 - 40奈米)融合成聚集體(200 - 500奈米),然後透過物理吸附形成絮狀團聚體。該結構可以在剪切力的作用下被破壞和重新組織,從而賦予材料觸變性(例如,防止塗料和黏合劑的下垂)。
顆粒表面殘留的矽醇基團(Si-OH)可以形成氫鍵或與改質劑反應。未改質的親水型(A型)易溶於水,而疏水型(B型)經過矽氮烷等改質後,接觸角>150°,適用於油性系統。
指數 國內龍頭企業(如聯宏新科) 歐美企業(如賀利氏)
粒徑分佈 ±3nm(專利控制技術)±8nm
比表面積 200 - 300 平方公尺/克 150 - 220 平方公尺/克
表面修飾 原位疏水性(接觸角 > 150°) 後處理疏水性
價格(元/噸) 25,000 - 35,000 80,000 - 120,000
二.分類及應用場景
- 用途:矽橡膠的補強(提高抗撕裂強度30%)、塗料的增稠、食品的抗結劑(用於奶粉/咖啡)、化妝品的觸變劑(防止粉底結塊)。
- 案例:達能、雀巢等乳業企業用它取代傳統防結劑,出口量成長120%。
- 應用:鋰電池隔膜塗層(寧德時代測試循環壽命提升40%)、5G基地台密封膠、粉末塗料防沉、有機玻璃抗紫外線等。
- 技術突破:國產疏水氣相二氧化矽採用AI演算法控制火焰場,粒度均勻性達±5nm,性能與國際產品相媲美。
三表面改質技術
利用矽氮烷和氯矽烷等改質劑,可精確調節表面特性:
- 疏水改質:接觸角由70°提高到150°以上,適合油性系統(如油墨、塗料)。
- 功能改質:透過接枝光引髮劑或量子點,開發光電熱響應材料,應用於智慧塗料、晶片散熱等。
四行業趨勢和標準
- 國內替代加速:中國產能佔全球35%。高端產品出口年均成長87%,價格僅為進口的60%。
- 標準制定:我國主持制定ISO 18473-3《矽橡膠用氣相二氧化矽》,推動產品進入高階市場。
氣相二氧化矽正在從“工業增味劑”演變為“奈米級解決方案”,涉及橡膠、新能源、化妝品等800多個領域。其每公克的表面積相當於一個足球場,其吸附性能超乎想像。