Siliziumdioxid SiO2hat oft einen entscheidenden Einfluss auf die Leistung von Systemen, egal ob es sich um Silikonkautschuk, dünne Folien oder elektronische Verpackungsmaterialien handelt.
Obwohl die chemische Formel SiO2 lautet, variieren seine Morphologie und sein Wert aufgrund unterschiedlicher Produktionsprozesse stark. Zu den häufigsten im Ingenieurwesen gehören:
1. Gasförmiges Kieselsäurepulver
Wie es dazu kam: Siliziumhalogenide (wie Siliziumtetrachlorid) werden bei über 1000 Grad Celsius in einer Wasserstoff-Sauerstoff-Flamme ausgebrannt.
Mikroskopische Morphologie: Extrem flauschige, keine runden Kugeln, sondern flockige, wie Äste miteinander verbundene Substanzen (dreidimensionale Kettenäste) mit einer riesigen spezifischen Oberfläche.
Eigenschaften: Extrem leicht, extrem fein (Nanometerebene), extrem einfach zu fliegen, hoher Preis
Wesentliches Merkmal: Strukturdominanter Füllstoff
2. Fällungskieselsäure
Quelle: Natriumsilikat (Wasserglas) und Säure reagieren chemisch und fallen in wässriger Lösung aus
Merkmale: Geringe Kosten, starke Einstellbarkeit
Wesentliches Merkmal: Kostengünstiger, funktionaler Füllstoff
3. Sphärisches Quarzglas-Mikropulver (weit verbreitet in der Halbleiterindustrie)
Quelle: Schmelzen von hochreinem Quarzpulver durch eine Hochtemperaturflamme, Ausnutzen der Oberflächenspannung, um es in eine perfekte Kugel zu verwandeln, und anschließendes Abkühlen
Eigenschaften: Hervorragende Fließfähigkeit, extrem niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) und äußerst erschreckende elektrische Isolierung.
Wesentliches Merkmal: morphologiegesteuerter High-End-Füller
Der Unterschied zwischen Gasphasen-Kieselsäure und Fällungskieselsäure liegt in ihren unterschiedlichen Mechanismen zur Regulierung der Systemleistung: Gasphasen-Kieselsäure zeichnet sich durch den Aufbau intelligenter dreidimensionaler Netzwerkstrukturen aus, um rheologische Kontrolle wie Verdickung und Thixotropie zu erreichen; Bei der Fällungsmethode von Kieselsäure liegt der Schwerpunkt auf der Bereitstellung funktioneller Füllstoffe wie Verstärkung und Unterstützung durch seine poröse Struktur und Oberflächenaktivität.
Im Folgenden habe ich ihre wichtigsten Leistungsdaten in verschiedenen Anwendungsbereichen verglichen, in der Hoffnung, ihre jeweiligen Vorteile intuitiver darzustellen.
| Anwendung | Vergleichseffekt |
Gasphasen-Kieselsäure |
Fällungskieselsäure |
| Verstärkung aus Silikonkautschuk |
Verstärkungseffekt |
Extrem stark, kann die Festigkeit von Silikonkautschuk um das 5- bis 10-fache erhöhen |
Der Verstärkungseffekt ist gut, aber meist geringer als der von Gasphasenprodukten |
| Rheologische Kontrolle von Beschichtungen |
Verdickung und Thixotropie |
Hervorragend, mit der Zugabe von 2 % kann die Viskosität bei niedriger Scherung von 460 cP auf 12600 cP ansteigen und der Thixotropiewert kann bis zu 4,53 erreichen |
Es hat eine verdickende Wirkung, aber seine Thixotropie- und Anti-Absack-Eigenschaften sind denen von Gasphasenverfahren in der Regel unterlegen |
| Reifen und Gummi |
Rollwiderstand |
Hervorragende Verstärkungsleistung |
Der Rollwiderstandsindex von Reifen ist durch die Hochleistungssedimentationsmethode deutlich reduziert und kann im Vergleich zu gewöhnlichem Ruß um 20–30 % gesenkt werden |
|
|
Verschleißfestigkeit |
Kann die Verschleißfestigkeit deutlich verbessern |
Deutlich verbessert, kann die Reifenverschleißrate um 15–20 % reduzieren |
|
|
Feuchtgebietsgriff |
Kann die Haftung in Feuchtgebieten erheblich verbessern |
Effektive Verbesserung, kann die Haftung in Feuchtgebieten um mehr als 9 % erhöhen |
| Spezielle funktionale Anwendungen |
Flüssiger bis pulverförmiger Träger |
Extrem hohe Öltragfähigkeit, kann flüssige Medikamente bis zum 1,5-fachen seines Eigengewichts absorbieren, mit besserer Pulverfließfähigkeit und Fülleigenschaften |
Die Ölbeladungskapazität ist relativ gering und die Fließfähigkeit des verfestigten Pulvers ist nicht so gut wie bei der Gasphasenmethode |
|
|
Reibmittel für Zahnpasta |
Sehr selten verwendet |
Die Kernanwendung mit moderatem RDA-Reibwert (100-150) und Wasseraufnahme (>50 ml/20 g) kann die Zähne effektiv reinigen, ohne den Zahnschmelz zu beschädigen |
Die Unterschiede in diesen Daten werden durch die unterschiedlichen „Hintergründe“ zweier Materialien bestimmt:
Gasförmige Kieselsäure ist ein „Meister der Rheologie“: Ihre Primärpartikelgröße ist extrem klein (im Nanometerbereich), ihre Reinheit ist extrem hoch und ihre Oberflächeneigenschaften ermöglichen es ihr, in unpolaren Systemen schnell ein starkes Wasserstoffbindungsnetzwerk zu bilden. Daher ist es in Szenarien, die eine präzise Kontrolle des Flüssigkeitsverhaltens erfordern, wie z. B. hochwertiger Lack gegen Durchhängen, Klebstoff gegen Absetzen, Silikonkautschukverstärkung usw., eine unersetzliche Wahl.
Kieselsäure nach der Fällungsmethode ist der „König der funktionellen Füllstoffe“: Sie weist ein hohes Kosten-Leistungs-Verhältnis auf (etwa 1/5 bis 1/3 der Kosten der Gasphasenmethode) und durch Anpassung des Syntheseprozesses können ihre spezifische Oberfläche, ihr Ölabsorptionswert, ihre Porengröße und andere Parameter flexibel geändert werden, um unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden. Daher nimmt es bei kostensensiblen und diversifizierten industriellen Massenprodukten wie Reifen, Schuhsohlen, Zahnpasta, Futtermitteln usw. einen Marktanteil von über 90 % ein.
