白炭黑（SiO2）在建筑材料中的应用

白炭黑（SiO2）在建筑材料中的应用

一、应用概述

目前，白炭黑在建筑材料中的应用占比约为其总需求的15%-20%，主要集中在密封胶、混凝土、涂料、防水材料、玻璃纤维等细分领域，且随着特种白炭黑（如纳米级、改性型）技术的发展，应用场景持续拓展。

二、核心应用领域及技术细节

（一）密封胶/胶粘剂（最大应用领域，占比超40%）

1. 核心作用

① 补强增韧：解决有机硅、聚氨酯等基料“软而不坚”的问题，提升拉伸强度、撕裂强度（提升幅度30%-80%）；

② 触变防流挂：通过白炭黑颗粒间的氢键作用形成三维网状结构，确保施工时不流淌，适用于垂直面、接缝填充；

③ 延长使用寿命：提升耐候性、耐高温性（可承受-50℃~200℃环境），延缓老化、龟裂，使密封胶使用寿命从5-8年延长至15-20年；

④ 优化粘结性：改善对玻璃、石材、金属等基材的附着力，降低脱落风险。

2. 技术特点

① 气相法白炭黑（比表面积150-300㎡/g）因表面羟基密度高，与有机硅分子形成强烈的物理吸附和化学结合，补强效果最优；

② 沉淀法白炭黑（比表面积80-150㎡/g）通过表面改性（如硅烷偶联剂处理），可降低团聚性，适配中高端密封胶需求。

3. 关键技术指标

 

4. 典型应用场景

① 建筑幕墙：玻璃幕墙、石材幕墙的结构密封（如隐框幕墙的硅酮结构密封胶）；

② 门窗工程：门窗框与墙体、玻璃的接缝密封；

③ 装配式建筑：预制构件拼接缝的防水密封。

5. 市场趋势

①高端化：气相法白炭黑在高端密封胶中的占比逐年提升，目前约占密封胶用白炭黑的30%；

②环保化：无卤、低VOC改性白炭黑成为主流，契合欧盟REACH、国内GB 18583-2008环保标准。

（二）混凝土及水泥制品（第二大应用领域，占比约25%）

1. 核心作用

① 增强力学性能：提升混凝土抗压强度（10%-20%）、抗折强度（15%-30%）及耐磨性能，尤其适用于高强混凝土（C60及以上）；

② 改善工作性：作为高效减水剂的协同剂，降低混凝土用水量（减水率提升5%-10%），减少泌水、离析，提升流动性；

③ 提高耐久性：填充水泥水化产物的毛细孔隙，降低孔隙率（从20%-25%降至12%-15%），增强抗渗性、抗冻性（抗冻等级从F200提升至F300+）、抗碳化能力；

④ 抑制收缩开裂：通过颗粒级配优化，缓解混凝土干燥收缩和温度收缩，减少裂缝产生。

2. 技术特点

① 白炭黑（尤其是纳米级，D50≤100nm）具有高活性，可与水泥水化产生的Ca(OH)?发生二次水化反应，生成水化硅酸钙（C-S-H）凝胶，填充孔隙、致密结构；

② 高比表面积使其吸附水泥颗粒表面的水分，形成润滑膜，提升混凝土流动性。

3. 关键技术指标

4. 典型应用场景

① 高性能混凝土：桥梁、隧道、高层建筑梁柱等承重结构；

② 特种水泥制品：纤维水泥板、水泥基复合材料、预制混凝土构件；

③ 道路工程：高速公路、机场跑道的耐磨面层混凝土。

5. 市场痛点与解决方案

① 痛点：纳米白炭黑易团聚，导致混凝土内部产生缺陷；

② 解决方案：采用表面改性（如聚羧酸系分散剂包覆）、超声分散技术，或与粉煤灰、矿粉等掺合料复配使用。

（三）建筑涂料（占比约15%）

1. 核心作用

① 补强与抗划伤：提升涂料漆膜的硬度（铅笔硬度从2H提升至4H）、耐磨性，减少日常使用中的划痕；

② 触变防流挂：改善涂料施工性，避免涂刷时流挂、滴落，尤其适用于垂直墙面施工；

③ 耐候性提升：反射紫外线，延缓漆膜老化、黄变、粉化，延长涂料使用寿命（从5-8年延长至10-15年）；

④ 消光效果：沉淀法白炭黑可作为消光剂，用于哑光涂料（光泽度≤30°），提升装饰效果。

2. 技术特点

① 气相法白炭黑因高比表面积和孔隙率，可均匀分散在涂料体系中，形成物理屏障，阻挡紫外线和水分侵入；

② 消光 ：白炭黑颗粒在漆膜表面形成微粗糙结构，散射光线，降低光泽度。

3. 关键技术指标

4. 典型应用场景

① 外墙涂料：真石漆、乳胶漆、氟碳涂料等；

② 内墙涂料：哑光乳胶漆、抗菌涂料（白炭黑可吸附抗菌剂）；

③ 工业防护涂料：混凝土结构防腐涂料、地坪涂料。

5. 政策契合点

① 符合《建筑节能与可再生能源利用通用规范》（GB 55015-2021）中对涂料耐候性、节能性的要求；

② 低VOC涂料中，白炭黑可替代部分有机增稠剂，降低环保风险。（四）防水材料（占比约10%）

1. 核心作用

① 提升拉伸强度与断裂伸长率：增强防水卷材、防水涂料的柔韧性和抗裂性，适应基层变形（断裂伸长率提升20%-50%）；

② 优化防水性能：填充防水材料内部孔隙，降低渗透系数（从10??cm/s降至10??cm/s以下），提升抗渗等级；

③ 增强耐老化性：提升对紫外线、高温、酸碱环境的耐受性，延长防水材料使用寿命（从8-10年延长至15-20年）。

2. 技术应用

① 防水卷材：在SBS/APP改性沥青卷材、高分子卷材（如PVC、TPO）中添加白炭黑（添加量3%-8%），提升撕裂强度和耐候性；

②  防水涂料：在聚氨酯、丙烯酸、水泥基渗透结晶型防水涂料中，白炭黑作为补强剂和触变剂，改善施工性和防水效果。

3. 前沿趋势

① 纳米白炭黑与石墨烯、碳纳米管复配，开发智能防水材料（如自修复型、渗漏报警型）；

② 环保型防水材料：白炭黑替代部分有毒有害的有机助剂，契合绿色建筑要求。

（五）其他建筑材料应用

1. 玻璃纤维及复合材料

① 作用：作为玻璃纤维的表面处理剂（添加量1%-3%），提升纤维与树脂的粘结力，增强玻璃纤维增强塑料（FRP）的力学性能，用于建筑加固、采光板、装饰构件；

② 技术指标：要求白炭黑表面羟基含量适中（3-4mmol/g），与硅烷偶联剂兼容性好。

2. 瓷砖胶/填缝剂

① 作用：提升粘结强度（拉伸粘结强度从0.5MPa提升至1.0MPa以上）、抗滑移性和耐水性，避免瓷砖脱落、填缝剂开裂；

② 关键要求：D50粒径5-15μm，分散性好，与水泥、石英砂等骨料兼容性佳。

3. 保温隔热材料

①作用：在岩棉、玻璃棉、聚氨酯保温板中添加白炭黑（添加量2%-5%），提升保温性能（导热系数降低5%-10%）和阻燃性（氧指数提升3%-5%）；② 技术特点：白炭黑的多孔结构可阻挡热量传导，同时其无机属性增强材料阻燃性。

未来，随着特种白炭黑技术的突破和应用场景的拓展，其在高端建筑材料中的渗透率将持续提升，成为推动建筑材料产业升级的关键材料之一。对于行业从业者而言，需重点关注白炭黑的粒径控制、表面改性、复配技术及政策导向，以精准匹配不同建筑材料的性能需求，提升产品竞争力。