Механизм, свойства и перспективы применения гексаметилдисилазана (HMDS) для обработки гидрофобного диоксида кремния, нанесенного методом парофазного осаждения 

Пирогенный диоксид кремния, также известный как пирогенный кремнезем, представляет собой наноразмерный аморфный кремнеземный порошок, получаемый путем высокотемпературного гидролиза галогенидов кремния (таких как тетрахлорид кремния) в водородно-кислородном пламени. Благодаря своим уникальным свойствам, включая высокую удельную поверхность, наноразмерные частицы, трехмерную сетевую структуру и обильные поверхностные силанольные группы (Si–OH), он находит широкое промышленное применение в качестве загустителя, тиксотропного агента, антиосадочного агента и армирующего наполнителя. Однако необработанная поверхность пирогенного кремнезема богата гидрофильными гидроксильными группами, что приводит к плохой диспергируемости в неполярных или слабополярных системах и ограничивает его применение в гидрофобных системах. В результате в промышленных процессах для гидрофобной модификации поверхности обычно используются модификаторы на основе органосиланов, причем одним из наиболее часто используемых модификаторов является гексаметилдисилазан (HMDS).

Гексаметилдисилазан (HMDS) имеет молекулярную формулу [(CH₃)₃Si]₂NH. Его реакция модификации на поверхности пирогенного кремнезема по сути является реакцией конденсации между силанольными группами и HMDS. Эта реакция преобразует гидрофильные гидроксильные группы (–OH) на поверхности кремнезема в гидрофобные триметилсилоксигруппы (–OSi(CH₃)₃), одновременно выделяя аммиак. Контролируя дозировку HMDS, температуру реакции, продолжительность и удельную поверхность сырья, можно достичь различной степени покрытия поверхности. Это позволяет регулировать ключевые характеристики продукта, такие как гидрофобность, содержание углерода и удельную поверхность.

В промышленности в качестве сырья обычно используется гидрофильный пирогенный диоксид кремния с различной удельной поверхностью. После обработки HMDS получается ряд гидрофобных продуктов с различными свойствами. На основе фактических производственных данных можно сделать следующие выводы:

Гидрофильный пирогенный диоксид кремния с удельной поверхностью 150 м²/г: в результате обработки HMDS получаются HB-612 и HB-615. Оба продукта обладают в целом одинаковыми физико-химическими свойствами, хотя HB-615 имеет более высокое содержание углерода, что указывает на более обширную модификацию поверхности и превосходную гидрофобность и тиксотропность.

Сырье с удельной поверхностью 200 м²/г: После обработки получается HB-620; более глубокая модификация (т. е. более высокая дозировка HMDS или более тщательная реакция) дает HB-132. Примечательно, что HB-132 имеет меньшую удельную поверхность адсорбции азота, чем HB-620, но обладает более высоким содержанием углерода. Это демонстрирует, что глубокая модификация частично блокирует поры и уменьшает удельную поверхность, но значительно повышает гидрофобность.

Сырье с высокой удельной поверхностью (400 м²/г): обработка HMDS дает HB-630. Этот продукт обладает самой высокой удельной поверхностью и содержанием углерода среди всех продуктов, модифицированных HMDS, а также отличается превосходной диспергируемостью, прозрачностью и гидрофобностью.

Благодаря этим характерным различиям, различные марки Huifu Nano подходят для различных применений.

HB-612 применим в силиконовом каучуке, вулканизируемом при комнатной температуре (RTV), клеях и герметиках, покрытиях, чернилах, порошковые покрытия. Он функционирует как загущающий тиксотропный агент и армирующий агент для силиконового каучука RTV, где его гидрофобные свойства обеспечивают длительный срок хранения. В покрытиях и чернилах он предотвращает оседание и провисание, контролируя тиксотропность, улучшая сыпучие свойства порошковых покрытий и предотвращая комкование. Опираясь на применение HB-612, HB-615 предлагает превосходную и более стабильную гидрофобность и тиксотропность. демонстрирует значительную эффективность в эластомерах, красящих веществах, силиконовом каучуке, вулканизированном при высокой температуре (HTV), и жидком силиконовом каучуке (LSR). Он служит эффективным армирующим агентом и модификатором реологии в клеях и герметиках, а также отличным армирующим наполнителем для эластомеров. Он предотвращает структурную организацию в силиконовом каучуке HTV и улучшает однородность и стабильность пигментов.
HB-620 подходит для горячевулканизированного (HTV) силиконового каучука и жидкого силиконового каучука (LSR), покрытий и красок, клеев и герметиков. порошковых покрытий и других отраслях промышленности. Он обладает выдающейся гидрофобностью и стабильной тиксотропностью. Служа в качестве армирующего агента для силиконового каучука HTV для предотвращения структурной организации, он обеспечивает антиосадочный, антипровисающий и тиксотропный эффекты в покрытиях и красках. Это отличное гидрофобное и регулирующее реологию сырье для клеев и герметиков, улучшающее текучесть порошковых покрытий и предотвращающее комкование. HB-132 находит широкое применение в силиконовом каучуке, клеях и герметиках, пеногасителях и красителях. Его минимальный загущающий эффект и отличная обрабатываемость позволяют использовать его в полимерных системах с высоким уровнем нагрузки. HB-132 особенно подходит для систем с низким загущающим эффектом и высокой тиксотропностью. Он демонстрирует выдающиеся армирующие свойства при применении в качестве наполнителей для силиконового каучука. Его эффективность особенно заметна в самовыравнивающихся однокомпонентных силиконовых каучуках, силиконовых каучуках, вулканизируемых при комнатной температуре (RTV-1), двухкомпонентных силиконовых каучуках, вулканизируемых при комнатной температуре (RTV-2K), и жидких силиконовых каучуках (LSR). Кроме того, он улучшает текучие свойства порошковых покрытий.

HB-630 подходит для эластомеров, особенно в области горячей вулканизации (HTV) силиконового каучука, жидкого силиконового каучука (LSR), покрытий и красочных систем, пеногасителей и тонеров для принтеров. Он отличается высокой удельной поверхностью, мелким размером частиц и превосходной однородностью дисперсии, обеспечивая превосходную прозрачность, исключительную гидрофобность и стабильную тиксотропность. Он может применяться в качестве армирующего агента для силиконового каучука HTV и LSR, В покрытиях и чернилах он предотвращает осаждение и провисание, демонстрируя тиксотропные свойства. Он придает пеногасителям отличные пеногасящие и пеноподавляющие свойства, улучшая текучесть, однородность и стабильность тонера.
По мере повышения требований к характеристикам материалов в секторах высокотехнологичного производства, новых источников энергии и электронной герметизации, гидрофобный пирогенный диоксид кремния развивается в направлении повышения чистоты, улучшения прозрачности, уменьшения эффекта загущения и индивидуализации. Технология модификации гексаметилдисилазаном (HMDS) предлагает эффективный способ функционализации пирогенного кремнезема. Регулируя удельную поверхность сырья и глубину модификации, гидрофобные продукты могут быть точно спроектированы для удовлетворения различных требований применения. От HB-612 до HB-630, серия продуктов охватывает весь спектр от универсальных до высокопроизводительных применений, полностью воплощая принцип материаловедения, согласно которому «структура определяет характеристики, а процесс определяет функцию». В перспективе, по мере развития методов характеристики наноматериалов и исследований в области химии поверхностей, пирогенный кремнезем, модифицированный HMDS, продемонстрирует свою незаменимую ценность в растущем числе секторов с высокой добавленной стоимостью.