La poudre de silice elle-même est une substance polaire et hydrophile. Il présente des propriétés d'interface différentes avec la matrice polymère et présente une mauvaise compatibilité. Il est souvent difficile de le disperser dans le matériau de base. Par conséquent, une modification de la surface de la poudre de silice est généralement nécessaire. Modifiez délibérément les propriétés physiques et chimiques de la surface de la poudre de silice en fonction des besoins de l'application, améliorant ainsi sa compatibilité avec les matériaux polymères organiques et répondant à ses exigences de dispersion et de fluidité dans les matériaux polymères.
Des facteurs tels que la qualité des matières premières de la poudre de silice, le processus de modification, la méthode et le modificateur de modification de surface, le dosage du modificateur, les conditions du processus de modification (température de modification, temps, pH et vitesse d'agitation) affectent tous l'effet de modification de surface de la poudre de silice. Parmi eux, les méthodes de modification de surface et les modificateurs sont les principaux facteurs affectant l'effet de modification.
Qualité des matières premières en poudre de silice
Le type, la taille des particules, la surface spécifique, les groupes fonctionnels de surface et d'autres propriétés de la poudre de silice affectent directement sa combinaison avec des modificateurs de surface. Les effets de modification des différents types de poudre de silice sont également différents. Parmi eux, la poudre de silice sphérique a une bonne fluidité, est facile à combiner avec le modificateur pendant le processus de modification et peut être mieux dispersée dans le système polymère organique. Et la densité, la dureté, la constante diélectrique et d’autres propriétés sont nettement meilleures que celles de la poudre de silice angulaire.
Par exemple, Huang Weizhuang et al. étudié les effets de différents types de poudre de silice sur la résistance thermique des stratifiés cuivrés. Ils ont utilisé de la poudre de silice amorphe, de la poudre de silice cristalline quasi-sphérique et de la poudre de silice fondue sphérique comme charges pour préparer des stratifiés cuivrés, et ont mesuré la résistance thermique des stratifiés cuivrés. Résistance à la chaleur et propriétés d'interface. Les résultats montrent que la poudre de silice sphérique est mieux compatible avec la résine époxy et que le stratifié cuivré préparé a une meilleure résistance à la chaleur.
Généralement, plus la taille des particules de poudre de silice est petite, plus la surface spécifique est grande, plus les sites actifs à la surface sont nombreux et la quantité de modificateur utilisée augmentera également. De plus, la poudre de silice de différentes tailles de particules a également un certain impact sur les performances des produits en aval pendant le processus d'application. Par exemple, lors du mélange de poudre de silice avec de la résine, la distribution granulométrique doit être strictement contrôlée et ne doit être ni trop grande ni trop petite. Si la taille des particules est trop grande, les performances d'application de remplissage seront médiocres, tandis que si la taille des particules est trop petite, la viscosité du système de résine augmentera et la fluidité se détériorera. .
Méthodes et modificateurs de modification de surface
À l'heure actuelle, les méthodes de modification de surface de la poudre de silice sont principalement la modification organique, la modification inorganique et la modification mécanochimique, parmi lesquelles la méthode de modification la plus couramment utilisée est la modification organique. Lorsque l'effet d'une modification unique n'est pas bon, vous pouvez envisager de combiner la modification organique avec d'autres méthodes de modification pour la modification composite.
Modification organique
La modification organique est une méthode qui utilise des groupes fonctionnels dans la matière organique pour effectuer une adsorption physique, une adsorption chimique et des réactions chimiques à la surface de la poudre de silice afin de modifier les propriétés de surface de la poudre de silice. À l'heure actuelle, les modificateurs organiques les plus couramment utilisés sont les agents de couplage silane, qui comprennent principalement les types amino, époxy, vinyle, sulfure et autres. L'effet de modification est généralement bon, mais le prix est cher. Certains chercheurs utilisent des modificateurs relativement peu coûteux tels que l'aluminate, le titanate et l'acide stéarique pour modifier la poudre de silice, mais l'effet de modification n'est souvent pas aussi bon que celui des agents de couplage au silane. Par conséquent, en combinant les avantages économiques et les effets de modification, en utilisant Lorsque deux modificateurs de surface ou plus sont utilisés pour modifier de manière composite la poudre de silice, l'effet de modification est souvent plus idéal que l'utilisation d'un seul modificateur.
Modification inorganique
La modification inorganique fait référence au revêtement ou à la composition de métaux, d'oxydes inorganiques, d'hydroxydes, etc. sur la surface de la poudre de silice pour donner au matériau de nouvelles fonctions. Par exemple, Oyama et al. a utilisé une méthode de précipitation pour recouvrir la surface du SiO2 avec Al(OH)3, puis a enveloppé le SiO2 modifié avec du polydivinylbenzène pour répondre à certaines exigences d'application spéciales.
Modification mécanochimique
La modification mécanochimique fait référence à l'utilisation d'abord d'un broyage ultra-fin et d'autres forces mécaniques fortes pour activer la surface des particules de poudre afin d'augmenter les points actifs ou les groupes actifs à la surface de la poudre de silice, puis à la combinaison de modificateurs pour obtenir une modification composite de la poudre de silice.
Dosage modificateur
La quantité de modificateur est généralement liée au nombre de points actifs (tels que Si-OH) à la surface de la poudre de silice et à la couche monomoléculaire et à l'épaisseur bimoléculaire du modificateur recouvrant la surface. Lorsque la quantité de modificateur est trop faible, le degré d’activation de la surface de la poudre de silice modifiée ne sera pas élevé ; lorsque la quantité de modificateur est trop importante, cela augmentera non seulement le coût de la modification, mais formera également une couche physique multicouche sur la surface de la poudre de silice modifiée. L'adsorption amène l'interface entre la poudre de silice et le polymère organique à former une couche faible, ce qui entraîne l'incapacité de fonctionner comme un pont moléculaire unique.
Processus de modification et optimisation des conditions
Les procédés de modification couramment utilisés pour la poudre de silice comprennent principalement la modification sèche, la modification humide et la modification composite.
(1) La modification sèche est une modification dans laquelle la poudre de silice est dispersée dans l'équipement de modification dans un état relativement sec et combinée avec une certaine quantité de modificateur de surface à une certaine température. Le processus de modification à sec est simple et présente un faible coût de production. Il s’agit actuellement de la principale méthode de modification de surface de la poudre de silice domestique et convient à la poudre de silice au niveau micronique.
(2) La modification humide fait référence au mouillage de la surface de la poudre de silicium dans des conditions de phase liquide pour réduire l'énergie de liaison de la surface, puis à l'ajout d'une certaine quantité de modificateurs et d'additifs de surface, à l'agitation et à la dispersion à une certaine température, pour obtenir une surface de silicium. modification de micropoudres. Le processus de modification humide peut rendre la poudre de silice et le modificateur plus facilement dispersés et mieux combinés, rendant la modification plus uniforme. Cependant, des opérations de déshydratation ultérieures sont nécessaires, le processus est complexe et la consommation d'énergie est élevée, et il est plus adapté aux particules ultrafines d'une granulométrie inférieure à 5 µm. Modification de la poudre de silice. De plus, la solubilité dans l'eau du modificateur doit également être prise en compte pendant le processus de modification humide, car seuls les modificateurs ayant une meilleure solubilité dans l'eau peuvent mieux se disperser et interagir avec les groupes Si-OH à la surface de la poudre de silice.
(3) La modification composite fait référence à la combinaison de processus de modification sèche et humide pour améliorer encore le degré d'activation de la poudre de silice. Par exemple, Cao Jiakai et al. effectué la modification en deux étapes par des procédés secs et humides. Autrement dit, d’abord par modification sèche, le γ-(2,3-époxypropoxy)propyltriméthylsilane a été utilisé pour effectuer une modification préliminaire de la poudre de silice. Modification, puis par modification humide, en utilisant du N-phényl-aminotriméthoxysilane pour modification afin d'obtenir une micropoudre de silice active. Les résultats montrent que la poudre de silice produite par le procédé de modification composite présente une activité élevée, une bonne hydrophobie, un petit nombre de groupes hydroxyles en surface et peut être mieux dispersée dans le système de résine.
De plus, afin d'obtenir un bon effet de modification de la poudre de silice, la température, le pH, le temps, la vitesse d'agitation et d'autres conditions de traitement pendant le processus de modification doivent être contrôlés.
La température de modification est une condition importante pour la condensation, la déshydratation et la formation de fortes liaisons covalentes entre le modificateur et la poudre de silice. La température de modification ne doit être ni trop élevée ni trop basse. Une température trop élevée entraînera la décomposition ou la volatilisation du modificateur, et une température trop basse entraînera la décomposition ou la volatilisation du modificateur. Cela réduira la vitesse de réaction entre le modificateur et la poudre de silice, affectant l'effet de modification.
Pour les modificateurs dissous dans des solvants, le pH affectera l’effet d’hydrolyse. Un temps de modification plus long rend l'interaction entre le modificateur et la poudre de silice plus complète et plus ferme ; une vitesse d'agitation appropriée peut permettre un contact plus complet entre le modificateur et la poudre de silice et améliorer la dispersion du modificateur dans la poudre de silice.
