硅橡膠的結(jié)構(gòu)化，是個(gè)常見的問題。國外有機(jī)硅巨頭產(chǎn)品已經(jīng)有很好的解決方案，而國內(nèi)不但缺乏基礎(chǔ)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(gè)啥“神油”，加入一點(diǎn)點(diǎn)就能簡單、方便和低成本的解決之。

我自己也曾經(jīng)這么想過，就是開發(fā)出一種有效的助劑，期望解決這個(gè)問題，通過銷售助劑順便賺點(diǎn)快錢。因此，2010年我在論壇就發(fā)了一個(gè)求助帖：如何快速測試混煉膠結(jié)構(gòu)化？得到了不少朋友的熱情幫助。后來發(fā)現(xiàn)有不少人都有硅橡膠的結(jié)構(gòu)化快速測試需求。

經(jīng)過一番努力，至今為止，沒有找到所謂的“神油”。隨后，我將注意力轉(zhuǎn)移到了白炭黑的處理上。由此，對(duì)硅橡膠結(jié)構(gòu)化現(xiàn)象有了更深入的認(rèn)識(shí)。

我認(rèn)為，白炭黑導(dǎo)致硅橡膠結(jié)構(gòu)化，主要是基于白炭黑與高分子量聚硅氧烷巨量的氫鍵作用，這個(gè)結(jié)論，早就有人得出了，我只是加了兩個(gè)字“巨量”。

而白炭黑對(duì)硅橡膠（包括涂料中涂料體系）的觸變性貢獻(xiàn)，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(jié)構(gòu)化：白炭黑------硅生膠之間的相互作用（巨量氫鍵），聚硅氧烷高分子鏈相互糾纏，這兩個(gè)效應(yīng)綜合的結(jié)果
觸變性：白炭黑------白炭黑之間的作用，氫鍵，范德華力綜合所致

1.結(jié)構(gòu)化細(xì)解

白炭黑表面有三種硅羥基-----這不是我的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，借人家研究結(jié)果而已，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)化（氫鍵）作用的，應(yīng)該是那種孤立、高活性硅羥基。這里的巨量氫鍵，是納米級(jí)粉體所致，如果是微米級(jí)別的硅微粉，數(shù)量太少，幾乎無結(jié)構(gòu)化作用。當(dāng)白炭黑的這種硅羥基被某種方式封閉或者隔離之后，結(jié)構(gòu)化隨之減少，如果封閉或者隔離足夠充分，結(jié)構(gòu)化也就不會(huì)發(fā)生。這是我的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也是很多人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這個(gè)過程，通常就是所謂的白炭黑處理，產(chǎn)品稱為“疏水白炭黑”，盡管商業(yè)上，我也使用疏水白炭黑這個(gè)說法，但我認(rèn)為這個(gè)稱謂是錯(cuò)誤的，至少是不科學(xué)的。原因在于，疏水白炭黑（確實(shí)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(dāng)加入到硅橡膠后，不一定具有抗結(jié)構(gòu)化效果。也就是說，作為硅橡膠的技術(shù)人員，不是說只要選用疏水白炭黑，肯定就可以得到抗結(jié)構(gòu)化的產(chǎn)品。

結(jié)構(gòu)化，可以通過封閉羥基、隔離或加入合適的助劑得到不同成都的控制。以化學(xué)反應(yīng)完全封閉羥基，確實(shí)可以消除結(jié)構(gòu)化現(xiàn)象。隔離，比如加入大量白油，也可以消除結(jié)構(gòu)化。助劑，比如低分子的羥基硅油，可以延緩結(jié)構(gòu)化（足夠量的加入，也可以長期不結(jié)構(gòu)化）。這些措施，根據(jù)產(chǎn)品要求選擇一種或者幾種的組合。

工業(yè)上，煉膠的時(shí)候，加入硅氮烷，就是一種有效的封閉硅羥基措施，要達(dá)到完全的封閉，需要大量的添加量，成本很高，后處理麻煩，而且對(duì)膠的力學(xué)性能可能有負(fù)面影響。加入大量白油，只適合某些產(chǎn)品。目前比較經(jīng)濟(jì)的是加入低分子量的羥基硅油（為什么是短鏈？一般是5鏈節(jié)，這個(gè)問題很有趣，自己可以試驗(yàn)試試），或者烷氧基硅烷的水解物、二苯基二羥基硅烷等。甚至，加入水，醇也具有一定的抗結(jié)構(gòu)化作用。

有一個(gè)說法，就是結(jié)構(gòu)化可能含有化學(xué)鍵，基于這樣的現(xiàn)象：結(jié)構(gòu)化后的膠，經(jīng)過返練雖然可以繼續(xù)使用，但性能和結(jié)構(gòu)化前比有一定差距。我認(rèn)為，結(jié)構(gòu)化后，由于白炭黑與聚硅氧烷之間的巨量氫鍵、聚硅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(dǎo)致聚硅氧烷鏈節(jié)斷裂、降解，性能有所變化就不奇怪了。結(jié)構(gòu)化雖然在煉膠的時(shí)候就不可避免，但我們通常關(guān)注的的結(jié)構(gòu)化，指的是在常溫常壓、很溫和的條件下存放幾個(gè)月內(nèi)產(chǎn)生的現(xiàn)象。從生膠的結(jié)構(gòu)看，哪個(gè)基團(tuán)具有在常溫常壓溫和條件下與白炭黑產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的可能呢？你可以說白炭黑含氯，有酸性，那只要加入極微量的胺，結(jié)構(gòu)化就不應(yīng)該產(chǎn)生，可到目前為止，沒有任何人通過加入胺或者調(diào)整白炭黑為中性的辦法獲得抗結(jié)構(gòu)化產(chǎn)品，因此結(jié)構(gòu)化只能是巨量氫鍵的作用。

低分子聚硅氧烷（這里不是指羥基或者烷氧基封端的那種，而是只對(duì)白炭黑惰性的甲基或者乙烯基之類），觀察不到結(jié)構(gòu)化現(xiàn)象，或者程度很輕，很明顯和高分子鏈的糾纏有關(guān)。
因此，我認(rèn)為結(jié)構(gòu)化首先是白炭黑與生膠的作用，其次是生膠高分子糾纏強(qiáng)化了這種作用。

2.觸變性細(xì)解

無論是否經(jīng)過處理，白炭黑在不少體系中均具有良好的觸變性，當(dāng)然，同樣需要納米級(jí)的才具有很明顯的效果，微米級(jí)的硅微粉就差多了。甚至，白炭黑自身就可以觀察到類似觸變性現(xiàn)象（我不敢肯定這算不算是觸變性）：將硅烷處理后的白炭黑晃動(dòng)，白炭黑像水一樣的流動(dòng)性，當(dāng)靜置一會(huì)以后，白炭黑似乎結(jié)成團(tuán)塊，再晃動(dòng)，立即又具有水一樣的流動(dòng)性。這個(gè)過程可以反復(fù)進(jìn)行。這里，白炭黑在晃動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生高壓靜電，粉體之間因此具有很好的流動(dòng)性（我認(rèn)為不是硅烷處理后的摩擦力下降所致，雖然也是一個(gè)因素），出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象的時(shí)間取決于靜電導(dǎo)出的時(shí)間。當(dāng)白炭黑以較少的量加入到其它粉體時(shí)，可提高流動(dòng)性，也和白炭黑摩擦產(chǎn)生靜電有關(guān)，特別是經(jīng)過處理以后，疏水性的白炭黑效果更好。
不具備對(duì)硅橡膠產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化的，經(jīng)過處理后的白炭黑，依然具有良好的觸變性，甚至在非極性涂料體系中更好使用。因此，可以預(yù)見，導(dǎo)致白炭黑具有產(chǎn)生觸變性的因素應(yīng)該是范德華力，當(dāng)然，氫鍵也不會(huì)沒作用，因?yàn)槲刺幚淼挠H水的白炭黑，在良好分散時(shí)，觸變性似乎更強(qiáng)。因此，我認(rèn)為是綜合結(jié)果，但以范德華力為主。

我不認(rèn)為白炭黑的觸變性是超分子性的結(jié)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(shù)是發(fā)展的，將白炭黑弄成嵌段結(jié)構(gòu)不是沒有可能，但問題是，白炭黑不需要嵌段結(jié)構(gòu)就具有很好的觸變性。

既然氫鍵強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過范德華力------這似乎有個(gè)矛盾，那為什么觸變性是以范德華力為主呢？其實(shí)可以這么理解，只有幾納米的氣相白炭黑，不會(huì)以單獨(dú)的方式，而是以團(tuán)聚的方式存在，或者說，白炭黑自身已經(jīng)結(jié)構(gòu)化了，也可以理解為，氫鍵構(gòu)建在團(tuán)聚的白炭黑內(nèi)了，當(dāng)然，只是由于固體局限，團(tuán)聚只能到一定程度，成微米級(jí)別。當(dāng)煉膠時(shí)，團(tuán)聚的粒子被打散，大量硅羥基暴露，給發(fā)生結(jié)構(gòu)化造成了一個(gè)極為有利的條件，不過，要說明的是，解開團(tuán)聚，不僅僅是機(jī)械力的作用，硅生膠也有重要的貢獻(xiàn)------對(duì)比非硅類聚合物就明白。

不過，即使施以最大的剪切力，并借助于硅生膠的親和作用，鑒于納米白炭黑巨大的比表面積，巨量的硅羥基強(qiáng)氫鍵作用，要分散到單顆粒子，幾乎是不可能的。

至此，基于對(duì)納米粉體團(tuán)聚認(rèn)識(shí)，再回過頭去看結(jié)構(gòu)化，對(duì)下列現(xiàn)象是不是有了新的認(rèn)識(shí)？
1、結(jié)構(gòu)化隨時(shí)間緩慢進(jìn)行，很可能是團(tuán)聚的粉體緩慢暴露出更多的硅羥基，給人的感覺似乎是羥基硅油之類的抗結(jié)構(gòu)化劑失去了效果。
2、雖然暴露出更多的硅羥基，但白炭黑之間的氫鍵作用更強(qiáng)，生膠或者助劑不足以將白炭黑分散的更有效（因此不會(huì)結(jié)構(gòu)化后更透明，甚至透明度下降），可以視作是團(tuán)聚白炭黑表面粒子部分出現(xiàn)一個(gè)小小的“轉(zhuǎn)身”。

3、接下來得到一個(gè)結(jié)論，就地處理（通常是加硅氮烷），很難將硅羥基消滅干凈，同樣可以理解，專業(yè)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范德華力為主的一種作用，當(dāng)然不能排除氫鍵的作用，所以，只要不大的外作用力，就可以讓體系流動(dòng)，幾乎無限可逆，構(gòu)建也很快，并且在非硅類體系中也有效。