矽橡膠的結構化，是個常見的問題。國外有機矽巨頭産品已經有很好的解決方案，而國内不但缺乏基礎性研究，而且由于國人廠家的理念和人家巨頭不同，總是希望能做個啥“神油”，加入一點點就能簡單、方便和低成本的解決之。

矽橡膠結構

我自己也曾經這麼想過，就是開發出一種有效的助劑，期望解決這個問題，通過銷售助劑順便賺點快錢。因此，2010年我在論壇就發了一個求助帖：如何快速測試混煉膠結構化？得到了不少朋友的熱情幫助。後來發現有不少人都有矽橡膠的結構化快速測試需求。

經過一番努力，至今為止，沒有找到所謂的“神油”。随後，我将注意力轉移到了白炭黑的處理上。由此，對矽橡膠結構化現象有了更深入的認識。

二氧化矽結構

我認為，白炭黑導緻矽橡膠結構化，主要是基于白炭黑與高分子量聚矽氧烷巨量的氫鍵作用，這個結論，早就有人得出了，我隻是加了兩個字“巨量”。

而白炭黑對矽橡膠（包括塗料中塗料體系）的觸變性貢獻，主要是基于白炭黑與白炭黑之間的相互作用。

于是，問題得到了簡化：

結構化：白炭黑------矽生膠之間的相互作用（巨量氫鍵），聚矽氧烷高分子鍊相互糾纏，這兩個效應綜合的結果；

觸變性：白炭黑------白炭黑之間的作用，氫鍵，範德華力綜合所緻。

一、結構化細解

白炭黑表面有三種矽羟基-----這不是我的實驗結果，借人家研究結果而已，導緻結構化（氫鍵）作用的，應該是那種孤立、高活性矽羟基。這裡的巨量氫鍵，是納米級粉體所緻，如果是微米級别的矽微粉，數量太少，幾乎無結構化作用。當白炭黑的這種矽羟基被某種方式封閉或者隔離之後，結構化随之減少，如果封閉或者隔離足夠充分，結構化也就不會發生。這是我的實驗結果，也是很多人的實驗結果。這個過程，通常就是所謂的白炭黑處理，産品稱為“疏水白炭黑”，盡管商業上，我也使用疏水白炭黑這個說法，但我認為這個稱謂是錯誤的，至少是不科學的。原因在于，疏水白炭黑（确實具有外在的疏水性），同樣一種親水白炭黑為原料，但不同的處理，盡管疏水度可以完全一樣，當加入到矽橡膠後，不一定具有抗結構化效果。也就是說，作為矽橡膠的技術人員，不是說隻要選用疏水白炭黑，肯定就可以得到抗結構化的産品。

結構化，可以通過封閉羟基、隔離或加入合适的助劑得到不同成都的控制。以化學反應完全封閉羟基，确實可以消除結構化現象。隔離，比如加入大量白油，也可以消除結構化。助劑，比如低分子的羟基矽油，可以延緩結構化（足夠量的加入，也可以長期不結構化）。這些措施，根據産品要求選擇一種或者幾種的組合。

工業上，煉膠的時候，加入矽氮烷，就是一種有效的封閉矽羟基措施，要達到完全的封閉，需要大量的添加量，成本很高，後處理麻煩，而且對膠的力學性能可能有負面影響。加入大量白油，隻适合某些産品。目前比較經濟的是加入低分子量的羟基矽油（為什麼是短鍊？一般是5鍊節，這個問題很有趣，自己可以試驗試試），或者烷氧基矽烷的水解物、二苯基二羟基矽烷等。甚至，加入水，醇也具有一定的抗結構化作用。

有一個說法，就是結構化可能含有化學鍵，基于這樣的現象：結構化後的膠，經過返練雖然可以繼續使用，但性能和結構化前比有一定差距。我認為，結構化後，由于白炭黑與聚矽氧烷之間的巨量氫鍵、聚矽氧烷之間的高分子糾纏，返練需要極大的剪切力和一定的溫度，局部巨大的摩擦力（局部高溫）可能導緻聚矽氧烷鍊節斷裂、降解，性能有所變化就不奇怪了。結構化雖然在煉膠的時候就不可避免，但我們通常關注的的結構化，指的是在常溫常壓、很溫和的條件下存放幾個月内産生的現象。從生膠的結構看，哪個基團具有在常溫常壓溫和條件下與白炭黑産生化學反應的可能呢？你可以說白炭黑含氯，有酸性，那隻要加入極微量的胺，結構化就不應該産生，可到目前為止，沒有任何人通過加入胺或者調整白炭黑為中性的辦法獲得抗結構化産品，因此結構化隻能是巨量氫鍵的作用。

低分子聚矽氧烷（這裡不是指羟基或者烷氧基封端的那種，而是隻對白炭黑惰性的甲基或者乙烯基之類），觀察不到結構化現象，或者程度很輕，很明顯和高分子鍊的糾纏有關。

因此，我認為結構化首先是白炭黑與生膠的作用，其次是生膠高分子糾纏強化了這種作用。

二、觸變性細解

無論是否經過處理，白炭黑在不少體系中均具有良好的觸變性，當然，同樣需要納米級的才具有很明顯的效果，微米級的矽微粉就差多了。甚至，白炭黑自身就可以觀察到類似觸變性現象（我不敢肯定這算不算是觸變性）：将矽烷處理後的白炭黑晃動，白炭黑像水一樣的流動性，當靜置一會以後，白炭黑似乎結成團塊，再晃動，立即又具有水一樣的流動性。這個過程可以反複進行。這裡，白炭黑在晃動時，産生高壓靜電，粉體之間因此具有很好的流動性（我認為不是矽烷處理後的摩擦力下降所緻，雖然也是一個因素），出現結塊現象的時間取決于靜電導出的時間。當白炭黑以較少的量加入到其它粉體時，可提高流動性，也和白炭黑摩擦産生靜電有關，特别是經過處理以後，疏水性的白炭黑效果更好。

不具備對矽橡膠産生結構化的，經過處理後的白炭黑，依然具有良好的觸變性，甚至在非極性塗料體系中更好使用。因此，可以預見，導緻白炭黑具有産生觸變性的因素應該是範德華力，當然，氫鍵也不會沒作用，因為未處理的親水的白炭黑，在良好分散時，觸變性似乎更強。因此，我認為是綜合結果，但以範德華力為主。

我不認為白炭黑的觸變性是超分子性的結果，超分子性的觸變劑，是那種嵌段的，比如聚氨酯類，通常用作增稠劑。白炭黑似乎沒有嵌段性，但技術是發展的，将白炭黑弄成嵌段結構不是沒有可能，但問題是，白炭黑不需要嵌段結構就具有很好的觸變性。

既然氫鍵強度遠遠超過範德華力------這似乎有個矛盾，那為什麼觸變性是以範德華力為主呢？其實可以這麼理解，隻有幾納米的氣相白炭黑，不會以單獨的方式，而是以團聚的方式存在，或者說，白炭黑自身已經結構化了，也可以理解為，氫鍵構建在團聚的白炭黑内了，當然，隻是由于固體局限，團聚隻能到一定程度，成微米級别。當煉膠時，團聚的粒子被打散，大量矽羟基暴露，給發生結構化造成了一個極為有利的條件，不過，要說明的是，解開團聚，不僅僅是機械力的作用，矽生膠也有重要的貢獻------對比非矽類聚合物就明白。

不過，即使施以最大的剪切力，并借助于矽生膠的親和作用，鑒于納米白炭黑巨大的比表面積，巨量的矽羟基強氫鍵作用，要分散到單顆粒子，幾乎是不可能的。

範德華力與氫鍵的對比

三、結論

至此，基于對納米粉體團聚認識，再回過頭去看結構化，對下列現象是不是有了新的認識？

3.1、結構化随時間緩慢進行，很可能是團聚的粉體緩慢暴露出更多的矽羟基，給人的感覺似乎是羟基矽油之類的抗結構化劑失去了效果。

3.2、雖然暴露出更多的矽羟基，但白炭黑之間的氫鍵作用更強，生膠或者助劑不足以将白炭黑分散的更有效（因此不會結構化後更透明，甚至透明度下降），可以視作是團聚白炭黑表面粒子部分出現一個小小的“轉身”。

3.3、接下來得到一個結論，就地處理（通常是加矽氮烷），很難将矽羟基消滅幹淨，同樣可以理解，專業的白炭黑處理，也未必就能夠處理的到位，純粹考慮處理劑鍵能，也就顯的不足了。

回頭再看觸變性，自然而然就可以理解為白炭黑之間範德華力為主的一種作用，當然不能排除氫鍵的作用，所以，隻要不大的外作用力，就可以讓體系流動，幾乎無限可逆，構建也很快，并且在非矽類體系中也有效。

來源：有機矽論壇

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