氣相二氧化硅及其相關標準

 

納米氣相二氧化硅（國內俗稱氣相法白炭黑，以下簡稱氣相SiO2）是利用鹵硅烷經氫氧焰高溫水解制得的一種精細、特殊的無定形二氧化硅產品，該產品的原生粒徑在7-40nm之間，比表面積一般在100m2/g～400m2/g范圍內，產品純度高，SiO2含量不小于99.8%，是一種極其重要的無機納米粉體材料。由于其優越的穩定性、補強性、增稠性和觸變性而在橡膠、塑料、電子、涂料、醫藥、農業和CMP等領域得到廣泛的應用。氣相SiO2一般有親水型和疏水型兩種產品，其中疏水型產品是利用親水型產品通過表面化學處理而獲得。自1941年德國Degussa公司成功開發出氣相SiO2的生產技術以來，目前全世界的氣相SiO2年總產量已超過15萬噸，而且生產技術高度集中，主要由德國Degussa，Wacker，美國Cabot及日本Tokuyama等少數幾家公司控制全球市場，技術也控制的非常嚴密。世界上氣相SiO2發展的一個基本模式是生產企業與有機硅單體和后加工企業關系密切，氣相SiO2生產廠家利用有機硅單體廠生產過程中的副產物為主要原料制備氣相SiO2，而在氣相SiO2生產過程中所產生的副產物HCl則返回有機硅單體廠用于有機硅的合成，此外氣相SiO2產品出來之后又大量用于有機硅產品的后加工，這樣形成一個資源利用、相互促進發展的良性循環。所以在全球最大的有機硅企業Dowcorning和GE公司單體工廠附近有最大的氣相SiO2生產企業Cabot和Degussa公司，而Wacker公司則本身是兩大類產品的生產企業。

 

國內氣相SiO2早期主要用于軍工領域，但現在大量用于民用工業，如有機硅材料、電器、電子、膠粘劑、原子灰、涂料、油墨、造紙、潤滑油等領域，為傳統產品的升級換代提供了堅實的基礎。據初步統計，我國目前氣相SiO2的總用量已經超過3500噸/年，并以極快的速度增長，估計到2005年用量將達到5000噸/年。目前我國僅有沈陽化工股份有限公司、上海氯堿化工股份有限公司和廣州吉必時科技實業有限公司三家公司生產氣相SiO2產品。其中沈陽化工股份有限公司60年代開始生產，目前的生產能力為800噸/年左右，上海氯堿化工有限公司為80-100噸/年左右，它們所用原料均為四氯化硅。廣州吉必時科技實業有限公司在國內首次實現利用有機硅副產物甲基三氯硅烷生產氣相SiO2，目前的生產能力為500噸/年，公司的二期工程目前正在進行中，預計2004年將達到2500噸/年，公司計劃在5年內生產能力達到5000噸/年。目前國內氣相SiO2還遠遠不能滿足市場需求，大部分要依賴于進口，尤其是疏水型產品，國內產品與國外差距比較大，產品性能不穩定，牌號少，產品幾乎全部依賴于進口。因此在1997年12月29日國務院批準執行的《當前國家重點鼓勵發展的產業、產品和技術目錄》中列入了“5000噸/年氣相法白炭黑項目”。在2001年發布的新目錄中也列入了氣相SiO2產品 。

 

2 納米氣相SiO2的標準

 

2.1 國際標準

氣相SiO2工業雖然經歷了六十多年的發展，國際上目前只有國際標準ISO3262-20:2000（E）《涂料和添加劑——說明及一般方法 第二十部分：氣相二氧化硅》規定了氣相SiO2的一般技術指標和試驗方法，但對一些關鍵指標如比表面積則尚未規定，具體指標和試驗方法見表1。

 

2.2 國外企業標準

在德國Degussa、Wacker、美國Cabot和日本Tokuyama四大公司都是根據企業的實際情況制定企業標準,而且各有差異。他們的非處理型氣相SiO2的主要指標見表2

 

2.3 國內標準

在中國，目前還沒有國家和行業標準，沈陽化工股份有限公司使用的是國家軍用標準GJB 1966-94，廣州吉必時科技實業有限公司使用的企業標準Q/(GZ)GBS 01-2002是修改采用國際標準ISO3262-20：2000（E），同時增加了產品的比表面積等重要技術指標的測定內容和要求。

 

目前廣州吉必時科技實業有限公司正與有關歸口單位合作，申請在ISO3262-20：2000（E）標準的基礎上制定氣相SiO2的國家標準。該國家標準的制定，將統一我國氣相SiO2的技術要求，規范市場，提高我國氣相二氧化硅的市場競爭力，必將促進我國氣相二氧化硅的發展。

 

由于氣相SiO2在我國是生產和使用比較成熟的納米粉體材料，制定國家標準的時間比較合適，又有ISO標準作為采標對象，國標的順利完成有很好的基礎，對推動其他納米材料國標的制定將發揮示范作用。因此氣相SiO2國家標準的制定必將推動我國納米材料標準化體系建設和行業的發展，社會經濟效益十分顯著。