一文了解硅微粉表面改性

文章来源：https://www.hayond.cn 发布时间：2020-07-30 浏览次数：60

我国非金属粉体的加工技术己快步的发展,在塑料、橡胶、涂料等高分子制品行业都得到了广泛的应用。一般是作为填充剂加入,但填加量过大,对产品的功能性没有提高。这主要是由于非金粉体与有机高分子材料基质的界面性质不同,造成非金粉体在有机高分子材料中的分散、交联及功能性差等问题,使产品的力学性能有所下降、导致了非金属粉体的填充量不能过大,硅微粉也是如此。为了改变这种状况,向功能型要求发展,就应对硅微粉进行表面改性。改变其粉体的表面性质,提高分散性,改善与有机高分子材料的交联性,增强制品的物理机械性能,增加填加量,提高产品的附加值。

近年来改性硅微粉体量不段增加,而且新的表面改性设备也在增加,但是用硅烷偶联剂改性出的产品并达不到较理想的效果,这主要是由于对硅烷偶联剂的结构、性质及与硅微粉作用机理了解的不十分清楚,使得在使用过程中和在设计、制造表面改性设备过程中没有完全遵循表面改性反应机理及工艺要求等,在选择和使用硅烷偶联剂没有考虑到上下游产品与偶联剂反应的协调和批配问题。所以要使用好硅烷偶联剂,就要对其的结构、性质及与硅微粉作用的机理等进行认真的研究,这样才能正确的选择和使用好硅烷偶联剂,设计和制造出工艺合理的表改性设备。

硅微粉表面改性的目的

(1)改变硅微粉界面的性质,改善硅微粉与有机高分子材料的亲合性;

(2)提高在有机高分子材料中的分散性,流动性,增强制品的多种性能,起到功能性的作用;

(3)增加硅微粉的填加量,提高产品档次,降低制品的成本;

(4)改善粉体应用性能或者赋予新的功能性,如疏水,耐热等,减小界面热阻等。

硅烷偶联剂是一类含有两种不同化学性质基团的特殊结构的有机硅化合物,可在硅微粉与有机高分子材料之间产生一种良好的界面结合,使两者紧密的结合到一起。

 硅烷偶联剂与硅微粉的作用机理

近年来,利用硅烷偶联剂可水解基团的反应特性,使非交联的有机高分子材料实现了交联固化或改性,并可通过对某些材料引入特定功能性的基团,达到改变某些性能的目的,使其应用面更加广泛。然而硅烷偶联剂比较成熟的作用机理是化学键结合理论,此理论认为:硅烷偶联剂中含有两类不同的化学官能团,它的一端能与无机材料 OH 反应,形成氢键,并在一定的条件下缩合、脱水和固化,形成共价键;另一端又能与有机高分材料结合,从而使有机高分子材料——硅烷偶联剂——无机材料之间产生一种良好的界面结合,将两种性质差异较大的材料牢固的结合在一起。

该反应过程分为四步,第一步是硅烷偶联剂中与Si相连的3 个水解基团与水反应,生成硅醇;第二步是硅醇之间脱水,缩合成Si—OH 的低聚硅氧烷;第三步是低聚硅氧烷的Si—OH 与硅微粉表面上的OH 反应,形成氢键;第四步是在加热的过程中产生缩合、脱水及固化反应,达到与硅微粉形成牢固的共价键结合。剩下的两个Si---OH或者与其它硅烷偶联剂中的Si---OH 缩合,或者保持游离状态。

硅烷偶联剂在硅微粉表面改性工艺的确定

表面改性的工艺应根据所选用的硅烷偶联剂与硅微粉反应的机理进行确定。如对硅微粉进行

表面改性时的工艺要求应是:

⑴、首先要将其粉体进行动态加热,并且应加热到100℃—110℃,此时以雾化法加入水解后的硅烷偶联剂或复合偶联剂。

⑵、在硅烷偶联剂与反应过程中应保持一定的反应时间,因不同的反应时间其改性的效果是不同的。这一加热反应过程是脱水、缩合与固化,以使硅烷偶联剂与硅微粉形成稳定和牢固的共价键结合。

⑶、经偶联剂改性的粉体,都会产生假结颗粒和缩合后产生的硬颗粒,给产品质量带来了很大的影响,所以一定要进行有效的分级,只有这样才能保证产品的质量。

硅微粉的表面改性是其深加工的一种重要手段,要搞好粉体的表面改性工作首先要以其表面改性的机理为依据,同时考虑下游有机高分子的基料及制品的主体配方,合理的选择硅烷偶联剂和专用偶联剂;其次应考虑确定合适的表面改性工艺;其三应根据表面改性的机理及工艺选择和配套表面改性设备。经表面改性的硅微粉在有机高分子制品和电子行业中的应用,取得了明显的效果,已成为不可缺少的重要原料。