一文了解硅微粉表面改性

文章來源：http://m.dyqzzz.cn 發(fā)布時(shí)間：2020-07-30 瀏覽次數(shù)：155

我國非金屬粉體的加工技術(shù)己快步的發(fā)展,在塑料、橡膠、涂料等高分子制品行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用。一般是作為填充劑加入,但填加量過大,對產(chǎn)品的功能性沒有提高。這主要是由于非金粉體與有機(jī)高分子材料基質(zhì)的界面性質(zhì)不同,造成非金粉體在有機(jī)高分子材料中的分散、交聯(lián)及功能性差等問題,使產(chǎn)品的力學(xué)性能有所下降、導(dǎo)致了非金屬粉體的填充量不能過大,硅微粉也是如此。為了改變這種狀況,向功能型要求發(fā)展,就應(yīng)對硅微粉進(jìn)行表面改性。改變其粉體的表面性質(zhì),提高分散性,改善與有機(jī)高分子材料的交聯(lián)性,增強(qiáng)制品的物理機(jī)械性能,增加填加量,提高產(chǎn)品的附加值。

近年來改性硅微粉體量不段增加,而且新的表面改性設(shè)備也在增加,但是用硅烷偶聯(lián)劑改性出的產(chǎn)品并達(dá)不到較理想的效果,這主要是由于對硅烷偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及與硅微粉作用機(jī)理了解的不十分清楚,使得在使用過程中和在設(shè)計(jì)、制造表面改性設(shè)備過程中沒有完全遵循表面改性反應(yīng)機(jī)理及工藝要求等,在選擇和使用硅烷偶聯(lián)劑沒有考慮到上下游產(chǎn)品與偶聯(lián)劑反應(yīng)的協(xié)調(diào)和批配問題。所以要使用好硅烷偶聯(lián)劑,就要對其的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及與硅微粉作用的機(jī)理等進(jìn)行認(rèn)真的研究,這樣才能正確的選擇和使用好硅烷偶聯(lián)劑,設(shè)計(jì)和制造出工藝合理的表改性設(shè)備。

硅微粉表面改性的目的

(1)改變硅微粉界面的性質(zhì),改善硅微粉與有機(jī)高分子材料的親合性;

(2)提高在有機(jī)高分子材料中的分散性,流動(dòng)性,增強(qiáng)制品的多種性能,起到功能性的作用;

(3)增加硅微粉的填加量,提高產(chǎn)品檔次,降低制品的成本;

(4)改善粉體應(yīng)用性能或者賦予新的功能性,如疏水,耐熱等,減小界面熱阻等。

硅烷偶聯(lián)劑是一類含有兩種不同化學(xué)性質(zhì)基團(tuán)的特殊結(jié)構(gòu)的有機(jī)硅化合物,可在硅微粉與有機(jī)高分子材料之間產(chǎn)生一種良好的界面結(jié)合,使兩者緊密的結(jié)合到一起。

 硅烷偶聯(lián)劑與硅微粉的作用機(jī)理

近年來,利用硅烷偶聯(lián)劑可水解基團(tuán)的反應(yīng)特性,使非交聯(lián)的有機(jī)高分子材料實(shí)現(xiàn)了交聯(lián)固化或改性,并可通過對某些材料引入特定功能性的基團(tuán),達(dá)到改變某些性能的目的,使其應(yīng)用面更加廣泛。然而硅烷偶聯(lián)劑比較成熟的作用機(jī)理是化學(xué)鍵結(jié)合理論,此理論認(rèn)為:硅烷偶聯(lián)劑中含有兩類不同的化學(xué)官能團(tuán),它的一端能與無機(jī)材料 OH 反應(yīng),形成氫鍵,并在一定的條件下縮合、脫水和固化,形成共價(jià)鍵;另一端又能與有機(jī)高分材料結(jié)合,從而使有機(jī)高分子材料——硅烷偶聯(lián)劑——無機(jī)材料之間產(chǎn)生一種良好的界面結(jié)合,將兩種性質(zhì)差異較大的材料牢固的結(jié)合在一起。

該反應(yīng)過程分為四步,第一步是硅烷偶聯(lián)劑中與Si相連的3 個(gè)水解基團(tuán)與水反應(yīng),生成硅醇;第二步是硅醇之間脫水,縮合成Si—OH 的低聚硅氧烷;第三步是低聚硅氧烷的Si—OH 與硅微粉表面上的OH 反應(yīng),形成氫鍵;第四步是在加熱的過程中產(chǎn)生縮合、脫水及固化反應(yīng),達(dá)到與硅微粉形成牢固的共價(jià)鍵結(jié)合。剩下的兩個(gè)Si---OH或者與其它硅烷偶聯(lián)劑中的Si---OH 縮合,或者保持游離狀態(tài)。

硅烷偶聯(lián)劑在硅微粉表面改性工藝的確定

表面改性的工藝應(yīng)根據(jù)所選用的硅烷偶聯(lián)劑與硅微粉反應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行確定。如對硅微粉進(jìn)行

表面改性時(shí)的工藝要求應(yīng)是:

⑴、首先要將其粉體進(jìn)行動(dòng)態(tài)加熱,并且應(yīng)加熱到100℃—110℃,此時(shí)以霧化法加入水解后的硅烷偶聯(lián)劑或復(fù)合偶聯(lián)劑。

⑵、在硅烷偶聯(lián)劑與反應(yīng)過程中應(yīng)保持一定的反應(yīng)時(shí)間,因不同的反應(yīng)時(shí)間其改性的效果是不同的。這一加熱反應(yīng)過程是脫水、縮合與固化,以使硅烷偶聯(lián)劑與硅微粉形成穩(wěn)定和牢固的共價(jià)鍵結(jié)合。

⑶、經(jīng)偶聯(lián)劑改性的粉體,都會(huì)產(chǎn)生假結(jié)顆粒和縮合后產(chǎn)生的硬顆粒,給產(chǎn)品質(zhì)量帶來了很大的影響,所以一定要進(jìn)行有效的分級,只有這樣才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

硅微粉的表面改性是其深加工的一種重要手段,要搞好粉體的表面改性工作首先要以其表面改性的機(jī)理為依據(jù),同時(shí)考慮下游有機(jī)高分子的基料及制品的主體配方,合理的選擇硅烷偶聯(lián)劑和專用偶聯(lián)劑;其次應(yīng)考慮確定合適的表面改性工藝;其三應(yīng)根據(jù)表面改性的機(jī)理及工藝選擇和配套表面改性設(shè)備。經(jīng)表面改性的硅微粉在有機(jī)高分子制品和電子行業(yè)中的應(yīng)用,取得了明顯的效果,已成為不可缺少的重要原料。