一文了解硅微粉表面改性

文章來源：http://www.dyqzzz.cn 發布時間：2020-07-30 瀏覽次數：155

我國非金屬粉體的加工技術己快步的發展,在塑料、橡膠、涂料等高分子制品行業都得到了廣泛的應用。一般是作為填充劑加入,但填加量過大,對產品的功能性沒有提高。這主要是由于非金粉體與有機高分子材料基質的界面性質不同,造成非金粉體在有機高分子材料中的分散、交聯及功能性差等問題,使產品的力學性能有所下降、導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,向功能型要求發展,就應對硅微粉進行表面改性。改變其粉體的表面性質,提高分散性,改善與有機高分子材料的交聯性,增強制品的物理機械性能,增加填加量,提高產品的附加值。

近年來改性硅微粉體量不段增加,而且新的表面改性設備也在增加,但是用硅烷偶聯劑改性出的產品并達不到較理想的效果,這主要是由于對硅烷偶聯劑的結構、性質及與硅微粉作用機理了解的不十分清楚,使得在使用過程中和在設計、制造表面改性設備過程中沒有完全遵循表面改性反應機理及工藝要求等,在選擇和使用硅烷偶聯劑沒有考慮到上下游產品與偶聯劑反應的協調和批配問題。所以要使用好硅烷偶聯劑,就要對其的結構、性質及與硅微粉作用的機理等進行認真的研究,這樣才能正確的選擇和使用好硅烷偶聯劑,設計和制造出工藝合理的表改性設備。

硅微粉表面改性的目的

(1)改變硅微粉界面的性質,改善硅微粉與有機高分子材料的親合性;

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

(3)增加硅微粉的填加量,提高產品檔次,降低制品的成本;

(4)改善粉體應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。

硅烷偶聯劑是一類含有兩種不同化學性質基團的特殊結構的有機硅化合物,可在硅微粉與有機高分子材料之間產生一種良好的界面結合,使兩者緊密的結合到一起。

 硅烷偶聯劑與硅微粉的作用機理

近年來,利用硅烷偶聯劑可水解基團的反應特性,使非交聯的有機高分子材料實現了交聯固化或改性,并可通過對某些材料引入特定功能性的基團,達到改變某些性能的目的,使其應用面更加廣泛。然而硅烷偶聯劑比較成熟的作用機理是化學鍵結合理論,此理論認為:硅烷偶聯劑中含有兩類不同的化學官能團,它的一端能與無機材料 OH 反應,形成氫鍵,并在一定的條件下縮合、脫水和固化,形成共價鍵;另一端又能與有機高分材料結合,從而使有機高分子材料——硅烷偶聯劑——無機材料之間產生一種良好的界面結合,將兩種性質差異較大的材料牢固的結合在一起。

該反應過程分為四步,第一步是硅烷偶聯劑中與Si相連的3 個水解基團與水反應,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,形成氫鍵;第四步是在加熱的過程中產生縮合、脫水及固化反應,達到與硅微粉形成牢固的共價鍵結合。剩下的兩個Si---OH或者與其它硅烷偶聯劑中的Si---OH 縮合,或者保持游離狀態。

硅烷偶聯劑在硅微粉表面改性工藝的確定

表面改性的工藝應根據所選用的硅烷偶聯劑與硅微粉反應的機理進行確定。如對硅微粉進行

表面改性時的工藝要求應是:

⑴、首先要將其粉體進行動態加熱,并且應加熱到100℃—110℃,此時以霧化法加入水解后的硅烷偶聯劑或復合偶聯劑。

⑵、在硅烷偶聯劑與反應過程中應保持一定的反應時間,因不同的反應時間其改性的效果是不同的。這一加熱反應過程是脫水、縮合與固化,以使硅烷偶聯劑與硅微粉形成穩定和牢固的共價鍵結合。

⑶、經偶聯劑改性的粉體,都會產生假結顆粒和縮合后產生的硬顆粒,給產品質量帶來了很大的影響,所以一定要進行有效的分級,只有這樣才能保證產品的質量。

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理為依據,同時考慮下游有機高分子的基料及制品的主體配方,合理的選擇硅烷偶聯劑和專用偶聯劑;其次應考慮確定合適的表面改性工藝;其三應根據表面改性的機理及工藝選擇和配套表面改性設備。經表面改性的硅微粉在有機高分子制品和電子行業中的應用,取得了明顯的效果,已成為不可缺少的重要原料。