실리카 분말 자체는 극성이며 친수성 물질입니다. 이는 폴리머 매트릭스와의 인터페이스 특성이 다르며 호환성이 좋지 않습니다. 기재에 분산시키기 어려운 경우가 많습니다. 따라서 일반적으로 실리카 분말의 표면 개질이 필요합니다. 응용 분야의 필요에 따라 실리카 분말 표면의 물리적, 화학적 특성을 의도적으로 변경하여 유기 고분자 재료와의 상용성을 향상시키고 고분자 재료의 분산 및 유동성 요구 사항을 충족합니다.
실리카 분말의 원료 품질, 개질 공정, 표면 개질 방법 및 개질제, 개질제 투여량, 개질 공정 조건(개질 온도, 시간, pH 및 교반 속도)과 같은 요소는 모두 실리카 분말의 표면 개질 효과에 영향을 미칩니다. 그 중 표면 개질 방법과 개질제는 개질 효과에 영향을 미치는 주요 요인입니다.
실리카 분말 원료 품질
실리카 분말의 유형, 입자 크기, 비표면적, 표면 작용기 및 기타 특성은 표면 개질제와의 조합에 직접적인 영향을 미칩니다. 다양한 유형의 실리카 분말의 변형 효과도 다릅니다. 그 중 구형 실리카 분말은 유동성이 좋고 개질 과정에서 개질제와 결합하기 쉽고 유기 고분자 시스템에 더 잘 분산될 수 있습니다. 밀도, 경도, 유전 상수 및 기타 특성은 각진 실리카 분말보다 훨씬 우수합니다.
예를 들어, Huang Weizhuang et al. 등은 다양한 유형의 실리카 분말이 구리 피복 적층판의 내열성에 미치는 영향을 연구했습니다. 이들은 비정질 실리카 분말, 준구형 결정질 실리카 분말, 구형 용융 실리카 분말을 충진재로 사용하여 동박적층판을 제조하고, 동박적층판의 내열성을 측정했습니다. 내열성 및 인터페이스 특성. 결과는 구형 실리카 분말이 에폭시 수지와 더 나은 상용성을 가지며, 제조된 구리 피복 적층판이 더 나은 내열성을 갖는다는 것을 보여줍니다.
일반적으로 실리카 분말의 입자 크기가 작을수록 비표면적이 커지고 표면의 활성 부위가 많아지며 사용되는 개질제의 양도 증가합니다. 또한 입자 크기가 다른 실리카 분말은 적용 과정에서 다운스트림 제품의 성능에 일정한 영향을 미칩니다. 예를 들어, 수지와 실리카 분말을 혼합할 때 입자 크기 분포를 엄격하게 제어해야 하며 너무 크거나 너무 작아서는 안 됩니다. 입자 크기가 너무 크면 충진 도포 성능이 떨어지고, 입자 크기가 너무 작으면 수지 시스템의 점도가 증가하고 유동성이 저하됩니다. .
표면 수정 방법 및 수정자
현재 실리카 분말의 표면 개질 방법은 주로 유기 개질, 무기 개질, 기계화학적 개질이 있으며, 그 중 가장 일반적으로 사용되는 개질 방법은 유기 개질이다. 단일 변형 효과가 좋지 않은 경우 복합 변형을 위해 유기 변형과 다른 변형 방법을 결합하는 것을 고려할 수 있습니다.
유기적 변형
유기 개질은 유기물의 관능기를 사용하여 실리카 분말 표면에 물리적 흡착, 화학적 흡착 및 화학 반응을 수행하여 실리카 분말의 표면 특성을 변화시키는 방법입니다. 현재 가장 일반적으로 사용되는 유기 개질제는 실란 커플링제이며 주로 아미노, 에폭시, 비닐, 황화물 및 기타 유형을 포함합니다. 수정 효과는 일반적으로 좋지만 가격이 비쌉니다. 일부 연구자들은 알루미네이트, 티타네이트, 스테아르산과 같은 상대적으로 저렴한 개질제를 사용하여 실리카 분말을 개질하지만 개질 효과는 실란 커플링제만큼 좋지 않은 경우가 많습니다. 따라서 경제적 이점과 개질 효과를 결합하여 두 개 이상의 표면 개질제를 사용하여 실리카 분말을 복합 개질하는 경우 단일 개질제를 사용하는 것보다 개질 효과가 더 이상적인 경우가 많습니다.
무기개질
무기개질이란 실리카분말의 표면에 금속, 무기산화물, 수산화물 등을 코팅하거나 배합하여 재료에 새로운 기능을 부여하는 것을 말한다. 예를 들어, Oyama et al. Al(OH)3로 SiO2 표면을 덮는 침전 방법을 사용한 다음 변형된 SiO2를 폴리디비닐벤젠으로 감싸 특정 특수 적용 요구 사항을 충족했습니다.
기계화학적 변형
기계적 화학적 변형은 먼저 초미세 분쇄 및 기타 강한 기계적 힘을 사용하여 분말 입자의 표면을 활성화하여 실리카 분말 표면의 활성점 또는 활성 그룹을 증가시킨 다음 변형제를 결합하여 실리카 분말의 복합 변형을 달성하는 것을 의미합니다.
수정제 복용량
개질제의 양은 일반적으로 실리카 분말 표면의 활성점(예: Si-OH) 수와 표면을 덮고 있는 개질제의 단분자 층 및 이분자 두께와 관련됩니다. 개질제의 양이 너무 적으면 개질된 실리카 분말 표면의 활성화 정도가 높지 않습니다. 개질제의 양이 너무 많으면 개질 비용이 증가할 뿐만 아니라 개질된 실리카 분말 표면에 다층 물리적 층이 형성됩니다. 흡착으로 인해 실리카 분말과 유기 고분자 사이의 계면이 약한 층을 형성하게 되어 단일 분자 가교 역할을 할 수 없게 됩니다.
수정 프로세스 및 조건 최적화
실리카 분말에 일반적으로 사용되는 개질 공정에는 주로 건식 개질, 습식 개질 및 복합 개질이 포함됩니다.
(1) 건식 개질은 실리카 분말을 개질 장치에 비교적 건조한 상태로 분산시킨 후 일정 온도에서 일정량의 표면 개질제와 결합시키는 개질입니다. 건식개질 공정이 간단하고 생산원가가 저렴하다. 현재 국내 실리카 분말의 주요 표면 개질 방법이며 미크론 수준의 실리카 분말에 적합합니다.
(2) 습식 개질은 액상 조건에서 실리콘 분말의 표면을 적셔서 표면의 결합 에너지를 감소시킨 다음 일정량의 표면 개질제 및 첨가제를 첨가하고 특정 온도에서 교반 및 분산시켜 실리콘 표면을 얻는 것을 말합니다. 미세분말의 변형. 습식 개질 공정은 실리카 분말과 개질제를 보다 쉽게 분산시키고 보다 완전하게 결합시켜 개질을 더욱 균일하게 만들 수 있습니다. 그러나 후속 탈수 작업이 필요하고 공정이 복잡하고 에너지 소비가 높기 때문에 입자 크기가 5μm 미만인 초미립자에 더 적합합니다. 실리카 분말 변형. 또한, 습식 개질 과정에서 개질제의 수용해도 고려해야 합니다. 왜냐하면 수용성이 더 나은 개질제만이 실리카 분말 표면의 Si-OH 그룹과 더 잘 분산되고 상호 작용할 수 있기 때문입니다.
(3) 복합 개질은 실리카 분말의 활성화 정도를 더욱 향상시키기 위해 건식 및 습식 개질 공정을 결합한 것을 의미합니다. 예를 들어, Cao Jiakai et al. 건식공정과 습식공정을 거쳐 2단계로 개질을 진행하였습니다. 즉, 먼저 건식 개질을 통해 γ-(2,3-에폭시프로폭시)프로필트리메틸실란을 사용하여 실리카 분말의 예비 개질을 수행하였다. 개질 후 습식 개질을 통해 개질을 위해 N-페닐-아미노트리메톡시실란을 사용하여 활성 실리카 미세분말을 얻습니다. 결과는 복합 개질 공정에 의해 생산된 실리카 분말이 높은 활성, 우수한 소수성, 적은 수의 표면 수산기 그룹을 가지며 수지 시스템에 더 잘 분산될 수 있음을 보여줍니다.
또한, 실리카 분말의 우수한 개질 효과를 얻기 위해서는 개질 공정 중 온도, pH, 시간, 교반 속도 및 기타 공정 조건을 제어해야 합니다.
개질 온도는 개질제와 실리카 분말 사이의 응축, 탈수 및 강한 공유 결합 형성에 중요한 조건입니다. 수정 온도는 너무 높거나 낮아서는 안됩니다. 온도가 너무 높으면 개질제가 분해되거나 휘발되고, 온도가 너무 낮으면 개질제가 분해되거나 휘발됩니다. 이는 개질제와 실리카 분말 사이의 반응 속도를 감소시켜 개질 효과에 영향을 미칩니다.
용매를 통해 용해되는 개질제의 경우 pH가 가수분해 효과에 영향을 미칩니다. 수정 시간이 길수록 수정제와 실리카 분말 사이의 상호 작용이 더욱 완전하고 견고해집니다. 적절한 교반 속도는 개질제와 실리카 분말을 더욱 완전하게 접촉시키고 실리카 분말 내 개질제의 분산을 향상시킬 수 있습니다.
