硅烷偶联剂改性石英粉的原理、影响因素及工艺

用于塑料、橡胶及其他树脂的石英粉、硅微粉及其他形式的二氧化硅粉体，为了使其表面与高聚物基料相容性好，以使填充材料的综合性能及可加工性能得到提高和改善，必须对其进行表面处理。

粉碎后的石英粉或其他二氧化硅粉体在水和空气的作用下可能出现Si-OH（硅醇基）、Si-O-Si（硅醚基）及Si-OH······O（表面吸附自由水）等官能团。因此，很容易接受外来的官能团，如硅烷的氨基、环氧基、甲基丙烯、三甲基、甲基和乙烯基等有机官能团，这就为二氧化硅粉体的表面改性奠定了一定基础。

1、改性原理

石英粉、硅微粉或其他二氧化硅粉体的表面化学改性主要使用硅烷偶联剂，包括氨基、环氧基、甲基丙烯基、三甲基、甲基和乙烯基等各种硅烷偶联剂。

硅烷偶联剂改性石英粉的原理：硅烷偶联剂的-RO官能团可在水中（包括填料表面所吸附的自由水）水解产生硅醇基，这一基团可与SiO2进行化学结合或与表面原有的硅醚醇基结合为一体，成为均相体系。这样，既除去了SiO2表面的水分，又与其中的氧原子形成硅醚键，从而使硅烷偶联剂的另一端所携带的与高分子聚合物具有很好的亲和性的有机官能团-R'牢固地覆盖在石英或二氧化硅颗粒表面，形成具有反应活性的包覆膜。

有机官能团-R'和环氧树脂等高分子材料具有很好的亲和性，它能降低石英或二氧化硅粉体的表面能，提高与高聚物基料的润湿性，改善粉体与高聚物基料的相容性。此外，这种新的界面层的形成，可改善填充复合体系的流变性能。

2、影响因素

影响石英粉及其他二氧化硅粉体表面处理效果的主要因素有：硅烷偶联剂的品种、用量、使用方法及处理时间、温度、pH值等。

由于硅烷的有机官能团-R'对高聚物或树脂之类的材料具有选择性，因此，选择硅烷偶联剂时应考虑石英粉所要填充的树脂的种类。

硅烷偶联剂的用量可根据石英或二氧化硅粉体的比表面积来确定，也可以根据试验来确定最佳用量。

3、表面改性工艺

湿法工艺是利用适当的稀释液和助剂与硅烷偶联剂混合配成处理液，在搅拌反应釜或反应罐中对石英粉或二氧化硅粉体进行加热反应或浸泡，然后脱去水分。

用化学沉淀法制备无定形二氧化硅粉体时，常采用湿法表面处理工艺。

干法工艺是加入少量的稀释液与硅烷配成处理剂，在石英粉被高速搅拌分散和加热条件下，雾状喷入配置好的硅烷处理剂，经反应一定时间后出料，此法不需要再脱水烘干，工艺流程简单。

干-湿结合工艺是首先将经过酸化的水溶液（对电性能要求很高时选用去离子水）与适量的偶联剂在强烈搅拌装置中混合，配制成一定浓度的处理液，按石英粉投料量的8%-10%加入该处理液，然后，在以刚玉球或硅石球为研磨体的小型球磨机中混磨1h，出料于110℃烘干，最后过筛分级。

处理过程中，加水量、混磨时间对处理效果影响较大。加水量过大，粉料易结团，需要混磨时间较长，从而会增加粉料再粉碎现象及带入杂质成分；加水量过小，不利于偶联剂的充分分散和与石英粉的均匀作用。

同时，溶液的酸碱度直接控制偶联剂的水解程度。用这种方法改性处理后的粉石英在树脂胶泥、树脂防腐涂料、树脂粉末涂料及PVC人造革中试用，效果良好。

来源：粉体技术网

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