Silicijev dioksid SiO2često ima presudan utjecaj na performanse sustava, bilo da se radi o silikonskoj gumi, tankim filmovima ili elektroničkim materijalima za pakiranje.
Iako je kemijska formula SiO2, njegova morfologija i vrijednost uvelike variraju zbog različitih proizvodnih procesa. Uobičajeni u inženjerstvu uključuju:
1. Plinoviti silicij prah
Kako je došlo do toga: Silicijevi halidi (kao što je silicij tetraklorid) izgaraju na više od 1000 stupnjeva Celzijusa u plamenu vodika i kisika.
Mikroskopska morfologija: Izrazito pahuljaste, ne okrugle loptice, već flokulentne tvari povezane zajedno poput grana drveća (trodimenzionalne lančane grane), s ogromnom specifičnom površinom.
Značajke: Iznimno lagan, iznimno fin (nanometarska razina), iznimno jednostavan za letenje, visoka cijena
Bitna značajka: punilo s dominantnom strukturom
2. Precipitacijski silicij
Izvor: Natrijev silikat (vodeno staklo) i kiselina podliježu kemijskoj reakciji i talože se u vodenoj otopini
Značajke: Niska cijena, snažna prilagodljivost
Osnovna značajka: isplativo funkcionalno punilo
3. Sferični fuzionirani silicij mikro prah (u širokoj upotrebi u industriji poluvodiča)
Izvor: Topljenje kvarcnog praha visoke čistoće kroz plamen visoke temperature, korištenje površinske napetosti za transformaciju u savršenu sferu, a zatim hlađenje
Značajke: Izvrsna fluidnost, iznimno nizak koeficijent toplinskog širenja (CTE) i iznimno zastrašujuća električna izolacija.
Osnovna značajka: vrhunsko punilo vođeno morfologijom
Razlika između silicijevog dioksida u plinovitoj fazi i istaloženog silicijevog dioksida u smislu primjene leži u njihovim različitim mehanizmima za regulaciju performansi sustava: silicij u plinovitoj fazi ističe se u izgradnji inteligentnih trodimenzionalnih mrežnih struktura za postizanje reološke kontrole kao što su zgušnjavanje i tiksotropija; Metoda taloženja silicijevog dioksida usmjerena je na pružanje funkcionalnih punila kao što su pojačanje i potpora kroz njegovu poroznu strukturu i površinsku aktivnost.
U nastavku sam usporedio njihove ključne podatke o izvedbi u različitim područjima primjene, nadajući se da ću intuitivnije pokazati njihove prednosti.
| Primjena | komparativni učinak |
Silika plinovita faza |
Precipitirani silicij |
| Ojačanje od silikonske gume |
Učinak pojačanja |
Izuzetno jak, može povećati čvrstoću silikonske gume za 5-10 puta |
Učinak ojačanja je dobar, ali obično manji nego kod proizvoda u plinovitoj fazi |
| Reološka kontrola premaza |
Zgušnjavanje i tiksotropija |
Izvrsno, s dodatkom od 2%, niska smična viskoznost može porasti od 460 cP do 12600 cP, a vrijednost tiksotropije može doseći do 4,53 |
Ima učinak zgušnjavanja, ali su njegova svojstva tiksotropije i svojstva protiv popuštanja obično inferiorna u odnosu na metode plinske faze |
| Gume i gume |
otpor kotrljanja |
Izvrsna izvedba armiranja |
Značajno smanjen, indeks otpora kotrljanja guma koje koriste metodu sedimentacije visokih performansi može se smanjiti za 20-30% u usporedbi s običnom čađom |
|
|
otpornost na trošenje |
Može značajno poboljšati otpornost na habanje |
Značajno poboljšan, može smanjiti stopu trošenja guma za 15-20% |
|
|
Močvarni zahvat |
Može značajno poboljšati prianjanje u močvarnom području |
Učinkovito poboljšanje, može povećati prianjanje močvara za više od 9% |
| Posebne funkcionalne aplikacije |
Nosač od tekućine do praha |
Ekstremno visok kapacitet prijenosa ulja, sposoban za adsorpciju tekućih lijekova do 1,5 puta veće od vlastite težine, s boljom protočnošću praha i svojstvima punjenja |
Kapacitet punjenja uljem je relativno nizak, a protočnost skrutnutog praha nije tako dobra kao kod metode plinske faze |
|
|
Sredstvo za trenje paste za zube |
Vrlo rijetko korišten |
Nanošenje jezgre, s umjerenom RDA vrijednošću trenja (100-150) i upijanjem vode (>50 ml/20 g), može učinkovito očistiti zube bez oštećenja cakline |
Razlike u ovim podacima određene su različitim "pozadinama" dva materijala:
Plinoviti silicij je "majstor reologije": njegova primarna veličina čestica je izuzetno mala (u nanometarskom rasponu), njegova čistoća je izuzetno visoka, a njegova površinska svojstva omogućuju mu brzo stvaranje jake mreže vodikovih veza u nepolarnim sustavima. Stoga, u scenarijima koji zahtijevaju preciznu kontrolu ponašanja tekućine, kao što je vrhunska boja protiv slijeganja, ljepila protiv slijeganja, ojačanja od silikonske gume itd., to je nezamjenjiv izbor.
Metoda taloženja silika je "kralj funkcionalnih punila": ima visok omjer troškova (oko 1/5 do 1/3 cijene metode plinske faze), a prilagodbom procesa sinteze, njegova specifična površina, vrijednost upijanja ulja, veličina pora i drugi parametri mogu se fleksibilno mijenjati kako bi se zadovoljile različite potrebe. Stoga, u troškovno osjetljivoj i raznolikoj potražnji velikih industrijskih proizvoda kao što su gume, potplati za cipele, pasta za zube, hrana za životinje, itd., zauzima preko 90% tržišnog udjela.
