白炭黑有毒吗？白黑炭-水合二氧化硅简介

白炭黑，又称为水合二氧化硅或者胶体二氧化硅，分子式为SiO2-x•nH2O(x=0.4-0.8)，是一种白色、无毒、无定形的多孔性物质。一次结构的粒径约为16-40nm，比表面积约为 40-170m2•g-1，比重约2.319-2.653，熔化温度为1750℃，不溶于水和溶剂，溶于强碱和氢氟酸，具有质轻、耐高温、化学稳定性好、不燃、电绝缘性好等优异性能。
白炭黑的粒子与炭黑的粒子有些相似,呈球形,粒子之间互相接触,互相接触的粒子连锁呈联枝状。键枝结构彼此以氢键力互相作用,形成一团团的聚集体网形立体结构,常称之为二次结构。这种二次结构受到外力拉开或被破坏后又可重新形成聚集。白炭黑的结构大小程度常用它的吸油值来表示,结构越大,吸油值越大,吸油值大,其微粒小,比表面积大。显微镜观察表明,白炭黑具有似葡萄串一样的聚集体,具有较高比表面积。X-射线衍射图证明,白炭黑的整体结构为无定形态,但不同方法制得的白炭黑,其无定形结构有一定的差别。
白炭黑微粒直径很小,一次粒子粒径大约在0.01-1mm范围,其细小微粒表面有不同的羟基存在,故显示出亲水性。红外光谱研究证实,白炭黑粒子表面轻基有3种类型,隔离羟基、相邻羟基、硅氧基。

白炭黑分子结构中的-Si-O-活性与其所处的位置有关,处于结构中心的-Si-O-键具有极性,结合能力大;处于微粒表面的-Si-O-键活性大,能与其他分子发生力的结合作用。白炭黑表面的-Si-O-基团具有很强的活性,易于与其周围离子键合而起到补强作用。就化学组成而言,白炭黑表面的特点是有一层均匀的硅氧烷和硅烷醇基团,这些基团具有强烈的吸水性。硅烷醇易于进行化学反应,从而使白炭黑表面比较容易被改性。这些特殊的结构及理化特性,使白炭黑具有优良的耐酸、耐碱、耐高温和电绝缘性、吸收性、分散性、增稠性、触变性及削光性等性能。
目前，白炭黑的生产方法主要有气相法和沉淀法两种，此外还有在醇介质中以氨水水解正硅酸乙酯合成二氧化硅的溶胶-凝胶法和在微乳液系统下水解正硅酸乙酯制备二氧化硅的微乳液法。气相法白炭黑是用四氯硅烷或甲基三氯硅烷等在氢氧焰中经高温水解制得的一种无定形二氧化硅，这种二氧化硅粒径小、比表面积大、分散性及补强性能好，但是气相法设备成本高，能耗大且产品价格昂贵，因此限制了其更广泛的应用。沉淀法白炭黑是以硅酸盐和无机酸为原料利用中和沉淀反应制备疏松、细分散的纳米二氧化硅，该方法设备简单，原料来源广及易于工业化，所制得的白炭黑虽然粒径较大且含羟基较多，但是补强性能好且价廉，因此在橡胶工业中应用广泛。
白炭黑具有的许多独特性能,因而主要在橡胶用作补强剂,其用量已占总用量70%,随着白炭黑应用领域的不断开发,非橡胶领域的应用正在获得广泛的应用。在国外,非橡胶领域的用量已上升到总用量的四分之一,并且不见衰减。沉淀法白炭黑主要用作橡胶补强剂、塑料的填充剂、纸张的上胶剂、牙膏的摩擦剂、涂料和油墨的消光剂和增稠剂、防结块剂以及作为载体等。气相法白炭黑因其价格昂贵,在橡胶行业仅用于硅橡胶的补强,用于涂料、电子、粘接剂等行业中,其性能比沉淀法白炭黑更好。