二氧化硅类纳米级固化剂
二氧化硅类纳米级固化剂是一种无机化工材料。由于是超细纳米级,尺寸范围在1~100nm,因此二氧化硅类纳米级固化剂具有许多独特的性质,如具有对抗紫外线的光学性能,能提高其他材料抗老化、强度和耐化学性能。
二氧化硅类纳米级固化剂用途非常广泛。纳米级二氧化硅为无定形白色粉末,无毒、无味、无污染,微结构为球形,呈絮状和网状的准颗粒结构,分子式和结构式为SiO2不溶于水。
纳米是一个尺度,为10-9米,纳米材料是指在三维空间中,至少有一维处于纳米尺寸的范围,也即1~100纳米的范围。
纳米材料具有小尺寸效应、表面效应和宏观量子随药效应,因而展现出许多特有的性质,在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等有广泛的应用前景。由于纳米粒子的纳米效应,许多纳米材料在混凝土的应用研究中显示出良好的应用效果,其中纳米SiO2粒子研究较多,效果显著。SiO2使混凝土内部微观结构更均质紧密,能提高混凝土的性能和寿命。
C-S-H凝胶是硅酸盐水泥浆体中主要的结合剂,均匀而有序的C-S-H凝胶是混凝土强度的主要影响因素。
纳米SiO2具有很高的表面能。当掺入的纳米SiO2时与水反应,这时需水量增加,结合水量增加纳米二氧化硅能使初凝和终凝凝结时间缩短。由于二氧化硅尺寸小位于表面的原子,占有相当大的比例表面原子数增加,表面原子配位不饱和性将导致大量的悬键和不饱和键,已与其他原子结合水泥水化反应生成的Ca(OH)2在纳米SiO2表面形成键合并生成C-S-H凝胶。随着Ca(OH)2的消耗进一步加速水化促进水泥凝结硬化所以凝结硬化时间缩短。
而且加入二氧化硅有“纳米诱导水化”作用,诱导水泥生成较多水化物。另外部分纳米颗粒起到填充细化孔的作用,填充到水泥水化物空隙中增加水泥内部密实性增加强度。
对苯二酚二羟乙基醚(芳香族二醇扩链剂HQEE)-固体是一种对称的芳香族二醇扩链剂。它与MDI有着良好的配伍性,能明显提高、改善制品的抗张强度、硬度和回弹性能。
HQEE/MDI是与MOCA/TDI并列的一个PU弹性体系列,使用该产品的PU一般用于对产品物理性能有高要求的领域.
HQEE是一种代替MOCA的新型无毒扩链剂。广泛应用于MDI的PUR体系(CPU、TPU、MPU)中。能显著提高PUR制品的耐温等级、力学性能(撕裂强度、剪切性、硬度、回弹性等),提高MPU胶料储存稳定性、防止烧焦。很好地改善和调节了PUR的性能。MDI/HQEE常用于对制品物理性能有高要求的领域。如:油井密封件、叉车轮胎、液压汽缸密封件、传送带等PU制品,对改善高回弹微孔泡沫制品性能很有帮助。
对苯二酚二羟乙基醚(芳香族二醇扩链剂HQEE)-固体是主要用于二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的一种扩链剂。这种扩链剂体系生产的弹性体主要作重载应用, 例如铲车轮胎、油井和液压设备密封、粗料槽衬里和滑冰板轮等。然而, 若对HQEE的使用性能不了解, 就不能得到最佳产品。
一般来说, 用MOCA为扩链剂生产弹性体的设备, 也能用于HQEE体系的生产。但二者的工艺是明显不同的。HQEE和MOCA在将近相同的温度(100℃)熔融,但MOCA会出现过冷而不结晶。HQEE不会出现过冷,但加工设备中必须保持110-116℃(最高122℃)。HQEE熔罐必须均匀加热到110℃以上,缓慢搅动以防止表面和罐壁上起沫。用于HQEE的工艺设备管线要适当地保温和加热, 以防止出现“ 冷点” 而造成管线堵塞和HQEE预聚物混合比的误差。
MOCA/预聚物的混合比可在理论值的90~100%范围内变化, 仍能得到理想的制品。然而, 对于HQEE体系, 必须精确控制二醇扩链剂/预聚物的比例, 才能得到最佳产品性能。预聚物也应保持在110℃下,并且在HQEE与预聚物混合后, 必须维持温度以防止HQEE结晶。整个成型温度必须保持在110-120℃之间。对于薄制件需要较高的温度。低于上述温度时将导致HQEE结晶出现疵点。烘箱或模具加热设备必须超过所要求的成型温度。
未催化的HQEE/MDI弹性体的流化时间, 对于薄制件(如垫圈)大约需2小时;对于厚制件(如铲车轮胎)能明显减少脱模时间。
为了降低扩链剂的熔融温度以达到降低加工温度的目的, 可将HQEE与其它二醇、三醇和工业扩链剂混合使用。常用的比例是HQEE为80-90% , 二醇或三醇为10-20%。
制品的某些缺陷, 可通过改进操作而避免。表面白霜是由于扩链剂/预聚物混合或成型温度太低, 或是由于模具温度太低而造成。模压制品的表面刻痕是由于混合不当或模具过早关闭而引起的。模制品表面翘曲则表明模具可能关闭过晚。
总的来说,纳米二氧化硅能有效的吸收水泥硬化浆体和Ca(OH)2形成二次水化物,明显降低Ca(OH)2晶体取向性,尺寸变小降低了水泥硬化浆体和过度区中的孔隙率使水泥结构更密实。纳米SiO2使Ca(OH)2细化且被大量C-S-H凝胶包裹或嵌入水泥中减少Ca(OH)2对水泥的负面影响。
二氧化硅又称硅石,化学式SiO。自然界中存在有结晶二氧化硅和无定形二氧化硅两种。
结晶二氧化硅因晶体结构不同,分为石英、鳞石英和方石英三种。纯石英为无色晶体,大而透明棱柱状的石英叫水晶。若含有微量杂质的水晶带有不同颜色,有紫水晶、茶晶等。普通的砂是细小的石英晶体,有黄砂(较多的铁杂质)和白砂(杂质少、较纯净)。二氧化硅晶体中,硅原子的4个价电子与4个氧原子形成4个共价键,硅原子位于正四面体的中心,4个氧原子位于正四面体的4个顶角上,SiO是表示组成的最简式,仅是表示二氧化硅晶体中硅和氧的原子个数之比。二氧化硅是原子晶体。
化学性质比较稳定。不跟水反应。是酸性氧化物,不跟一般酸反应。气态氟化氢跟二氧化硅反应生成气态四氟化硅。跟热的浓强碱溶液或熔化的碱反应生成硅酸盐和水。跟多种金属氧化物在高温下反应生成硅酸盐。用于制造石英玻璃、光学仪器、化学器皿、普通玻璃、耐火材料、光导纤维,陶瓷等。二氧化硅的性质不活泼,它不与除氟、氟化氢以外的卤素、卤化氢以及硫酸、硝酸、高氯酸作用(热浓磷酸除外)。
常见的浓磷酸(或者说焦磷酸)在高温下即可腐蚀二氧化硅,生成杂多酸,高温下熔融硼酸盐或者硼酐亦可腐蚀二氧化硅,鉴于此性质,硼酸盐可以用于陶瓷烧制中的助熔剂,除此之外氟化氢也可以可使二氧化硅溶解的酸,生成易溶于水的氟硅酸:6HF+SiO2=H2SiF6+2H2O
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