O próprio pó de sílica é uma substância polar e hidrofílica. Possui diferentes propriedades de interface com a matriz polimérica e tem baixa compatibilidade. Muitas vezes é difícil dispersar no material de base. Portanto, geralmente é necessária a modificação da superfície do pó de sílica. Alterar propositalmente as propriedades físicas e químicas da superfície do pó de sílica de acordo com as necessidades da aplicação, melhorando assim sua compatibilidade com materiais poliméricos orgânicos e atendendo aos seus requisitos de dispersão e fluidez em materiais poliméricos.
Fatores como a qualidade da matéria-prima do pó de sílica, processo de modificação, método e modificador de modificação de superfície, dosagem do modificador, condições do processo de modificação (temperatura de modificação, tempo, pH e velocidade de agitação) afetam o efeito de modificação de superfície do pó de sílica. Entre eles, os métodos e modificadores de modificação de superfície são os principais fatores que afetam o efeito de modificação.
Qualidade da matéria-prima em pó de sílica
O tipo, tamanho de partícula, área superficial específica, grupos funcionais de superfície e outras propriedades do pó de sílica afetam diretamente sua combinação com modificadores de superfície. Os efeitos de modificação dos diferentes tipos de pó de sílica também são diferentes. Dentre eles, o pó de sílica esférica possui boa fluidez, é fácil de combinar com o modificador durante o processo de modificação e pode ser melhor disperso no sistema polimérico orgânico. E a densidade, dureza, constante dielétrica e outras propriedades são significativamente melhores do que o pó de sílica angular.
Por exemplo, Huang Weizhuang et al. estudaram os efeitos de diferentes tipos de pó de sílica na resistência ao calor de laminados revestidos de cobre. Eles usaram pó de sílica amorfa, pó de sílica cristalina quase esférica e pó de sílica fundida esférica como enchimentos para preparar laminados revestidos de cobre e mediram a resistência térmica dos laminados revestidos de cobre. Resistência ao calor e propriedades de interface. Os resultados mostram que o pó de sílica esférico é melhor compatível com a resina epóxi, e o laminado revestido de cobre preparado tem melhor resistência ao calor.
Geralmente, quanto menor o tamanho da partícula do pó de sílica, maior a área superficial específica, mais sítios ativos na superfície e a quantidade de modificador utilizado também aumentará. Além disso, o pó de sílica com diferentes tamanhos de partículas também tem um certo impacto no desempenho dos produtos a jusante durante o processo de aplicação. Por exemplo, ao misturar pó de sílica com resina, a distribuição do tamanho das partículas deve ser rigorosamente controlada e não deve ser muito grande ou muito pequena. Se o tamanho das partículas for muito grande, o desempenho da aplicação de enchimento será fraco, enquanto que se o tamanho das partículas for muito pequeno, a viscosidade do sistema de resina aumentará e a fluidez se deteriorará. .
Métodos e modificadores de modificação de superfície
Atualmente, os métodos de modificação superficial do pó de sílica são principalmente modificação orgânica, modificação inorgânica e modificação mecanoquímica, entre os quais o método de modificação mais comumente usado é a modificação orgânica. Quando o efeito de modificação única não é bom, você pode considerar combinar a modificação orgânica com outros métodos de modificação para modificação composta.
Modificação orgânica
A modificação orgânica é um método que utiliza grupos funcionais na matéria orgânica para realizar adsorção física, adsorção química e reações químicas na superfície do pó de sílica para alterar as propriedades superficiais do pó de sílica. Atualmente, os modificadores orgânicos mais comumente usados são os agentes de acoplamento de silano, que incluem principalmente amino, epóxi, vinil, sulfeto e outros tipos. O efeito da modificação geralmente é bom, mas o preço é caro. Alguns pesquisadores usam modificadores relativamente baratos, como aluminato, titanato e ácido esteárico para modificar o pó de sílica, mas o efeito de modificação muitas vezes não é tão bom quanto o dos agentes de acoplamento de silano. Portanto, combinando benefícios econômicos e efeitos de modificação, usando Quando dois ou mais modificadores de superfície são usados para modificar compostamente o pó de sílica, o efeito de modificação é frequentemente mais ideal do que usar um único modificador.
Modificação inorgânica
A modificação inorgânica refere-se ao revestimento ou composição de metais, óxidos inorgânicos, hidróxidos, etc. na superfície do pó de sílica para dar novas funções ao material. Por exemplo, Oyama et al. usou um método de precipitação para cobrir a superfície do SiO2 com Al(OH)3 e, em seguida, envolveu o SiO2 modificado com polidivinilbenzeno para atender a certos requisitos especiais de aplicação.
Modificação mecanoquímica
A modificação mecanoquímica refere-se primeiro ao uso de moagem ultrafina e outras forças mecânicas fortes para ativar a superfície das partículas de pó para aumentar pontos ativos ou grupos ativos na superfície do pó de sílica e, em seguida, combinar modificadores para obter a modificação composta do pó de sílica.
Dosagem modificadora
A quantidade de modificador está geralmente relacionada ao número de pontos ativos (como Si-OH) na superfície do pó de sílica e à camada monomolecular e à espessura bimolecular do modificador que cobre a superfície. Quando a quantidade de modificador é muito pequena, o grau de ativação da superfície do pó de sílica modificado não será alto; quando a quantidade de modificador é muito grande, não só aumentará o custo da modificação, mas também formará uma camada física multicamadas na superfície do pó de sílica modificado. A adsorção faz com que a interface entre o pó de sílica e o polímero orgânico forme uma camada fraca, resultando na incapacidade de funcionar como uma ponte de molécula única.
Processo de modificação e otimização de condições
Os processos de modificação comumente usados para pó de sílica incluem principalmente modificação a seco, modificação a úmido e modificação de compósito.
(1) A modificação a seco é uma modificação na qual o pó de sílica é disperso no equipamento de modificação em um estado relativamente seco e combinado com uma certa quantidade de modificador de superfície a uma determinada temperatura. O processo de modificação a seco é simples e tem baixo custo de produção. Atualmente é o principal método de modificação da superfície do pó de sílica doméstico e é adequado para pó de sílica em nível de mícron.
(2) A modificação úmida refere-se a molhar a superfície do pó de silício sob condições de fase líquida para reduzir a energia de ligação da superfície e, em seguida, adicionar uma certa quantidade de modificadores de superfície e aditivos, agitando e dispersando a uma determinada temperatura, para obter superfície de silício modificação de micropós. O processo de modificação úmida pode tornar o pó de sílica e o modificador mais facilmente dispersos e combinados de forma mais completa, tornando a modificação mais uniforme. No entanto, são necessárias operações subsequentes de desidratação, o processo é complexo e o consumo de energia é elevado, sendo mais adequado para partículas ultrafinas com tamanho de partícula inferior a 5 μm. Modificação de pó de sílica. Além disso, a solubilidade em água do modificador também deve ser considerada durante o processo de modificação úmida, pois somente modificadores com melhor solubilidade em água podem dispersar e interagir melhor com os grupos Si-OH na superfície do pó de sílica.
(3) A modificação do compósito refere-se à combinação de processos de modificação a seco e úmido para melhorar ainda mais o grau de ativação do pó de sílica. Por exemplo, Cao Jiakai et al. realizou modificação em duas etapas através de processos seco e úmido. Ou seja, primeiro através da modificação a seco, γ-(2,3-epoxipropoxi)propiltrimetilsilano foi usado para conduzir a modificação preliminar do pó de sílica. Modificação e, em seguida, por modificação úmida, utilizando N-fenil-aminotrimetoxissilano para modificação para obtenção de micropó de sílica ativa. Os resultados mostram que o pó de sílica produzido pelo processo de modificação do compósito possui alta atividade, boa hidrofobicidade, pequeno número de grupos hidroxila superficiais e pode ser melhor disperso no sistema resinoso.
Além disso, para obter um bom efeito de modificação do pó de sílica, a temperatura, o pH, o tempo, a velocidade de agitação e outras condições do processo durante o processo de modificação devem ser controlados.
A temperatura de modificação é uma condição importante para a condensação, desidratação e formação de fortes ligações covalentes entre o modificador e o pó de sílica. A temperatura de modificação não deve ser muito alta ou muito baixa. Uma temperatura muito alta fará com que o modificador se decomponha ou volatilize, e uma temperatura muito baixa fará com que o modificador se decomponha ou volatilize. Isto reduzirá a taxa de reação entre o modificador e o pó de sílica, afetando o efeito de modificação.
Para modificadores dissolvidos através de solventes, o pH afetará o efeito de hidrólise. Um tempo de modificação mais longo torna a interação entre o modificador e o pó de sílica mais completa e firme; uma velocidade de agitação adequada pode fazer com que o modificador e o pó de sílica entrem em contato mais completamente e melhorem a dispersão do modificador no pó de sílica.
