วิธีการปรับเปลี่ยนพื้นผิวหลัก 5 ประเภทสำหรับซิลิกา
ปัจจุบันการผลิตซิลิกาทางอุตสาหกรรมขึ้นอยู่กับวิธีการตกตะกอนเป็นหลัก พื้นผิวของซิลิกาที่ผลิตขึ้นนั้นมีกลุ่มขั้วจำนวนมาก เช่น หมู่ไฮดรอกซิล ซึ่งทำให้ดูดซับโมเลกุลของน้ำได้ง่าย มีการกระจายตัวต่ำ และมีแนวโน้มที่จะรวมตัวเป็นลำดับที่สอง ปัญหาจึงส่งผลต่อการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมของซิลิกา ดังนั้นซิลิกาส่วนใหญ่จึงต้องมีการปรับพื้นผิวก่อนการใช้งานทางอุตสาหกรรม เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้งานทางอุตสาหกรรม
ในขั้นตอนนี้ การปรับเปลี่ยนพื้นผิวทางเคมีของซิลิกาส่วนใหญ่รวมถึงการดัดแปลงกราฟต์พื้นผิว การปรับเปลี่ยนสารเชื่อมต่อ การปรับเปลี่ยนของเหลวไอออนิก การปรับเปลี่ยนส่วนต่อประสานโมเลกุลขนาดใหญ่ และการปรับเปลี่ยนแบบรวม ฯลฯ แม้ว่ากระบวนการดัดแปลงแต่ละกระบวนการจะมีข้อดีในตัวเอง และลักษณะเฉพาะ แต่ปัจจุบันในการใช้งานทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่จะขึ้นอยู่กับการดัดแปลงสารเชื่อมต่อ
1. การปรับเปลี่ยนกราฟต์พื้นผิวคาร์บอนสีขาวสีขาว
หลักการของวิธีการปรับเปลี่ยนการกราฟต์พื้นผิวคือการกราฟต์โพลีเมอร์โมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีคุณสมบัติเช่นเดียวกับเมทริกซ์โพลีเมอร์ (เช่น ยาง) บนพื้นผิวซิลิกาผ่านการกราฟต์ทางเคมี ในด้านหนึ่ง มันสามารถปรับปรุงปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคและเมทริกซ์ได้ และเปลี่ยนขั้วของพื้นผิวอนุภาค ในทางกลับกัน ยังสามารถปรับปรุงการกระจายตัวของซิลิกาได้อีกด้วย เหมาะสำหรับการกราฟต์โพลีเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลน้อยกว่า เงื่อนไขในการต่อกิ่งโพลีเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงกว่านั้นรุนแรง
2. การดัดแปลงสารเชื่อมต่อซิลิกา
หลักการของการปรับเปลี่ยนสารเชื่อมต่อคือการใช้หมู่ฟังก์ชันบางอย่างบนสารเชื่อมต่อเพื่อทำปฏิกิริยาทางเคมีกับหมู่ไฮดรอกซิลบนพื้นผิวของซิลิกาแบล็ก ดังนั้นจึงเปลี่ยนโครงสร้างกลุ่มและการกระจายตัวบนพื้นผิวของซิลิกาแบล็กเพื่อปรับปรุงความเข้ากันได้กับเมทริกซ์ และการกระจายตัวของมันเอง การดัดแปลงสารเชื่อมต่อมีข้อดีคือมีผลการปรับเปลี่ยนที่ดีและสามารถควบคุมปฏิกิริยาได้สูง และปัจจุบันเป็นหนึ่งในวิธีการดัดแปลงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด
3. การปรับเปลี่ยนของเหลวไอออนิกซิลิกาสีดำ
ของเหลวไอออนิกหรือที่เรียกว่าของเหลวไอออนิกที่อุณหภูมิห้องเป็นเกลือหลอมเหลวที่ประกอบด้วยแคตไอออนอินทรีย์และแอนไอออนอินทรีย์หรืออนินทรีย์ซึ่งมีของเหลวต่ำกว่า 100°C การดัดแปลงของเหลวไอออนิกใช้ตัวดัดแปลงของเหลวไอออนิกแทนตัวดัดแปลงเฟสอินทรีย์แบบดั้งเดิมเพื่อปรับเปลี่ยนซิลิกา เมื่อเปรียบเทียบกับตัวปรับเฟสอินทรีย์แบบดั้งเดิม เฟสของเหลวไอออนิกจะเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง มีค่าการนำไฟฟ้าสูง และมีเสถียรภาพสูง มีข้อดีคือสามารถละลายได้ดี ไม่ผันผวน และมลพิษต่ำ ซึ่งสอดคล้องกับข้อกำหนดของการผลิตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่า แต่ผลการปรับเปลี่ยนไม่ดี
4. การปรับเปลี่ยนส่วนต่อประสานของโมเลกุลขนาดใหญ่ของคาร์บอนแบล็คสีขาว
ตัวดัดแปลงที่ใช้ในการดัดแปลงส่วนต่อประสานโมเลกุลขนาดใหญ่คือโพลีเมอร์โมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีกลุ่มขั้ว ในระหว่างปฏิกิริยาการปรับเปลี่ยนกับอนุภาคซิลิกา กระดูกสันหลังระดับโมเลกุลของตัวดัดแปลงส่วนต่อประสานโมเลกุลขนาดใหญ่สามารถนำไปใช้ได้ โดยมีกลุ่มอีพอกซีที่มีขั้วมากขึ้นในขณะที่ยังคงรักษาโครงสร้างสายโซ่หลักขั้นพื้นฐาน จึงปรับปรุงความเข้ากันได้ระหว่างอนุภาคซิลิกาและเมทริกซ์ และบรรลุการปรับเปลี่ยนส่วนต่อประสานที่ดีขึ้น ผล. วิธีนี้สามารถเสริมกำลังเมทริกซ์ร่วมกับสารเชื่อมต่อได้ แต่ผลการเสริมแรงจะต่ำเมื่อใช้เพียงอย่างเดียว
5. สีขาวคาร์บอนแบล็คผสมผสานกับการโมดิฟายด์
การปรับเปลี่ยนแบบผสมผสานคือการปรับเปลี่ยนการผสมผสานระหว่างซิลิกาและวัสดุอื่นๆ โดยรวมข้อดีตามลำดับเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของผลิตภัณฑ์ยาง วิธีนี้สามารถรวมข้อดีของตัวดัดแปลงสองตัวเข้าด้วยกันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานที่ครอบคลุมของเมทริกซ์ แต่เอฟเฟกต์การปรับเปลี่ยนนั้นสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดกับอัตราส่วนตัวดัดแปลง
ตัวอย่างเช่น คาร์บอนแบล็กและซิลิกาเป็นทั้งสารเสริมแรงที่ดีในอุตสาหกรรมยาง คาร์บอนแบล็กเป็นหนึ่งในสารเสริมแรงที่ใช้กันมากที่สุดในอุตสาหกรรมยาง โครงสร้างพิเศษของคาร์บอนแบล็คสามารถเพิ่มแรงดึงและการฉีกขาดของวัสดุยาง และปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอ ความต้านทานต่อความเย็น และคุณสมบัติอื่น ๆ ในฐานะที่เป็นสารเสริมแรง คาร์บอนแบล็คสีขาวสามารถปรับปรุงความต้านทานการหมุนและความต้านทานต่อการลื่นเปียกของผลิตภัณฑ์ยางได้อย่างมีนัยสำคัญ แต่ผลกระทบเพียงอย่างเดียวนั้นไม่ดีเท่าคาร์บอนแบล็ค การศึกษาจำนวนมากแสดงให้เห็นว่าการใช้คาร์บอนแบล็กและซิลิกาเป็นสารเสริมแรงสามารถรวมข้อดีของทั้งสองอย่างเข้าด้วยกันเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของผลิตภัณฑ์ยาง