二氧化硅五大表面改性方法及特点

目前，二氧化硅的工业生产主要采用沉淀法。产生的二氧化硅表面含有大量的羟基等极性基团，导致其易吸附水分子、分散性差、易二次聚集等问题，从而影响二氧化硅的工业应用效果。因此，在工业应用之前，二氧化硅需要进行表面改性，以提高其工业应用性能。

目前，二氧化硅的化学表面改性主要包括表面接枝改性、偶联剂改性、离子液体改性、高分子界面改性和共混改性。虽然每种改性工艺都有自己的优点和特点，但目前工业应用中主要是偶联剂改性。

1.二氧化硅表面接枝改性

表面接枝改性方法的原理是通过化学接枝法在二氧化硅表面接枝与基质聚合物（如橡胶）性能相同的高分子聚合物。一方面，它可以增强颗粒与基体之间的作用力，改变颗粒表面的极性，另一方面，也可以改善二氧化硅本身的分散性。

它适用于接枝小分子量聚合物，而接枝高分子量聚合物的条件苛刻。

2.二氧化硅偶联剂的改性

偶联剂改性的原理是利用偶联剂上的一些官能团与二氧化硅表面的羟基反应，从而改变二氧化硅表面基团的结构和分布，改善与基体的相容性及其分散性。偶联剂改性由于其改性效果好、反应可控性高，是应用广泛的改性方法之一。

目前，硅烷偶联剂、硅氧烷偶联剂和硅氮烷偶联剂应用广泛。在实际应用中，偶联剂改性的主要过程分为四个步骤：混合反应、冷却分离、反复洗涤和沉淀。

3.二氧化硅离子溶液的改性

离子液体，也称为室温离子液体，是由有机阳离子和有机或无机阴离子组成的熔融盐，在100℃以下呈液态。离子液体的改性是用离子液体改性剂代替传统的有机相改性剂对二氧化硅进行改性。与传统的有机相改性剂相比，离子液体具有室温液态、导电性强、稳定性高、溶解性好、不挥发、易产生污染等优点，更符合绿色生产的要求，但改性效果较差。

离子液体改性的工艺流程相对简单。在二氧化硅和离子液体的混合体系中加入一定量的无水乙醇，然后将其放入恒温水浴中进行反应。反应充分后，可通过干燥获得改性二氧化硅。

4.二氧化硅大分子的界面改性

用于高分子界面改性的改性剂是一种含有极性基团的高分子聚合物。在与二氧化硅粒子的改性反应中，大分子界面改性剂主链可以保持基本主链结构，同时引入更多的极性环氧基团，从而改善二氧化硅粒子与基体的相容性，达到更好的界面改性效果。该方法可以与偶联剂一起用于增强基体，但单独使用时增强效果较差。

5.二氧化硅的共混改性

共混改性是将二氧化硅与其他材料结合，并结合它们各自的优点，从而提高橡胶制品的整体性能。这种方法可以结合两种改性剂的优点，提高基体的综合性能，但改性效果与改性剂配比密切相关。

例如，炭黑和二氧化硅都是橡胶行业的良好增强剂，其中炭黑是橡胶行业常用的增强剂之一。炭黑的特殊结构可以提高橡胶材料的拉伸和撕裂强度，提高其耐磨性、耐寒性等性能；二氧化硅作为增强剂可以显著提高橡胶制品的滚动阻力和湿滑阻力，但单独使用其效果不如炭黑。大量研究表明，炭黑和二氧化硅并用作为补强剂可以结合二者优势提高橡胶制品的整体性能。