Технический справочник Материаловедение 2026
Пирогенный диоксид кремния
Пирогенный SiO₂ — от пламени к рецептуре
Всё, что нужно знать о пирогенном диоксиде кремния: как производится, почему работает и где применяется. Для инженеров, разработчиков рецептур и специалистов по закупкам.
CAS 112945-52-5 Формула SiO₂ BET 50–400 м²/г Обновлено март 2026
SiCl₄ + 2H₂ + O₂ → SiO₂ + 4HCl Основная реакция — пламенный гидролиз при >1500 °C
Содержание
Краткие характеристики Чистота >99,8% Частица 7–40 нм Плотность 20–60 г/л Поверхность 50–400 м²/г
Что такое пирогенный диоксид кремния?
Синтетический сверхчистый аморфный диоксид кремния, получаемый сжиганием SiCl₄ в водородном пламени при температуре выше 1500 °C.
Пирогенный диоксид кремния — он же пирогенная кремниевая кислота — впервые был коммерциализирован в 1944 году компанией Degussa (ныне Evonik) под торговой маркой AEROSIL®. Наноразмерные первичные частицы, чрезвычайно высокая удельная поверхность и отсутствие пористости делают его одной из самых универсальных функциональных добавок в материаловедении.
Торговые наименования: HJSIL® (Minmetals East) · SEMISIL® (Semitech) · HMMAT® пирогенный матирующий агент
Внешний вид
Напоминает свежий снег — сверхлёгкий, пушистый белый порошок. Насыпная плотность может быть всего 20 г/л. Взлетает от малейшего потока воздуха.
Рис. 1 — Чистый порошок пирогенной кремниевой кислоты.
Рис. 2 — Детали текстуры, сорт 130 м²/г.
Как производится пирогенный диоксид кремния
Испарённый SiCl₄ поступает в водородно-кислородное пламя (>1500 °C) в горелочном реакторе. Образовавшийся SiO₂ охлаждают, отделяют циклонными фильтрами, нейтрализуют от кислоты и упаковывают. Побочный продукт HCl возвращают на повторное использование.
Образование частиц — 4 стадии за миллисекунды
01 Проточастицы <1 нм Молекулы SiO₂ зарождаются в ядре пламени 02 Первичные частицы 7–40 нм Образуются плотные непористые сферы 03 Агрегаты 100–500 нм Расплавленные первичные частицы спекаются в постоянные цепи 04 Агломераты 1–200 мкм Агрегаты рыхло связываются Н-связями
Технологические параметры: Температура пламени, скорость подачи SiCl₄, время пребывания и соотношение H₂/O₂ управляют размером частиц и площадью поверхности.
Трёхуровневая наноморфология
Каждое эксплуатационное свойство восходит к этой трёхуровневой структуре. Понимание её — ключ к выбору правильного сорта.
| Уровень | Размер | Связь | Обратима? |
|---|---|---|---|
| Первичная частица | 7–40 нм | Ковалентная (объёмный SiO₂) | Нет |
| Агрегат | 100–500 нм | Спечённые мостики (Si–O–Si) | Нет |
| Агломерат | 1–200 мкм | Водородные связи (Si–OH⋯OH–Si) | Да |
Агрегаты — функциональная единица: постоянные цепи, придающие пирогенному диоксиду кремния загущающую и армирующую способность. Агломераты разрушаются при сдвиге и восстанавливаются в покое — источник тиксотропии.
Ключевые свойства
99,8% чистота SiO₂ 7–40 нм первичная частица 50–400 м²/г BET-поверхность 2,2 г/см³ истинная плотность
| Свойство | Значение |
|---|---|
| Насыпная плотность (без утряски) | 20–60 г/л |
| pH (4% в воде) | 3,7–4,5 |
| Потери при сушке (105 °C, 2 ч) | <1,5 мас.% |
| Потери при прокаливании (1000 °C, 2 ч) | <2,0 мас.% |
| Плотность силанольных групп | ~2–3 OH/нм² |
| Показатель преломления | 1,46 |
Химия поверхности
Поверхностные силанольные группы (Si–OH) обеспечивают гидрофильность, водородное связывание и взаимодействие с полимерами. Гидрофобные сорта заменяют –OH на –CH₃ для неполярных систем.
Применение
Управление реологией
Загущение, тиксотропия, предотвращение стекания в покрытиях, клеях, герметиках, чернилах, ненасыщенных полиэфирных смолах.
Армирование силикона
Прочность на разрыв, сопротивление расслаиванию, твёрдость в силиконовом каучуке HTV/RTV.
Улучшитель сыпучести порошков
Нагрузка 0,1–1% обволакивает частицы, снижает слипаемость. Фармацевтика, пищевая промышленность, тонер.
Агент против осаждения
Слабый гель удерживает пигменты во взвешенном состоянии при хранении. При перемешивании снова разжижается.
Тепловая изоляция
Материал сердечника VIP. Достигает теплопроводности <0,005 Вт/(м·К).
Гелевые электролиты
Загущает электролиты в свинцово-кислотных и литий-ионных аккумуляторах. Предотвращает утечку.
Пирогенный и осаждённый
| Параметр | Пирогенный | Осаждённый |
|---|---|---|
| Процесс | Газофазный пламенный гидролиз | Мокрое химическое осаждение |
| Чистота SiO₂ | >99,8% | ~85–98% |
| Структура частиц | Непористые сферы | Пористые, нерегулярные |
| Влажность / потери при прокаливании | <1,5% / <2% | ~5% / ~5–8% |
| Плотность силанольных групп | ~2–3 OH/нм² | ~4–6 OH/нм² |
| Эффективность загущения | Высокая (меньшая доза) | Умеренная |
| Прозрачность | Отличная | Ниже |
| Стоимость | Выше | Ниже |
Правило выбора: Нужны максимальная чистота, прозрачность, эффективность? → Пирогенный. Ценочувствительность, непрозрачность допустима? → Осаждённый.
Часто задаваемые вопросы
Пирогенный диоксид кремния и силикатный дым — одно и то же?
Нет. Пирогенный диоксид кремния = высокочистый синтетический продукт (пламенный гидролиз). Силикатный дым = побочный продукт выплавки кремния, применяемый в бетоне. Совершенно разные материалы.
Безопасно ли его использовать?
Аморфный, не канцероген. Однако ультрадисперсные частицы могут раздражать лёгкие/глаза. Применяйте респираторы, защитные очки, закрытые системы. Следуйте паспорту безопасности.
Какой сорт по BET выбрать?
Силикон: 150–200 м²/г. Покрытия: 150–300 м²/г. Улучшитель сыпучести: 200+ м²/г. Более высокая удельная поверхность = более сильный эффект, труднее диспергировать.
Может ли он диспергироваться в воде?
Гидрофильные сорта: да — при ~3–5 мас.% и выше образуют тиксотропные гели. Гидрофобные сорта: SEMISIL R272, R110, R202, R620.
Данные из общедоступных технических паспортов производителей. Для выбора продукта и паспорта безопасности обращайтесь в Semisil