Порошок кремнезема сам по себе является полярным и гидрофильным веществом. Он имеет разные свойства интерфейса с полимерной матрицей и имеет плохую совместимость. Часто бывает трудно диспергировать в основном материале. Поэтому обычно требуется модификация поверхности порошка диоксида кремния. Целенаправленно измените физические и химические свойства поверхности порошка диоксида кремния в соответствии с потребностями применения, тем самым улучшив его совместимость с органическими полимерными материалами и удовлетворив требования к дисперсности и текучести в полимерных материалах.
Такие факторы, как качество сырья порошка диоксида кремния, процесс модификации, метод модификации поверхности и модификатор, дозировка модификатора, условия процесса модификации (температура модификации, время, pH и скорость перемешивания) - все это влияет на эффект модификации поверхности порошка диоксида кремния. Среди них методы модификации поверхности и модификаторы являются основными факторами, влияющими на эффект модификации.
Качество сырья порошка кремнезема
Тип, размер частиц, удельная поверхность, поверхностные функциональные группы и другие свойства порошка диоксида кремния напрямую влияют на его сочетание с модификаторами поверхности. Эффекты модификации различных типов порошка диоксида кремния также различны. Среди них сферический порошок диоксида кремния обладает хорошей текучестью, его легко сочетать с модификатором в процессе модификации и лучше диспергировать в системе органического полимера. А плотность, твердость, диэлектрическая проницаемость и другие свойства значительно лучше, чем у угловатого порошка кремнезема.
Например, Хуан Вэйчжуан и др. исследовали влияние различных типов кремнеземного порошка на термостойкость медных ламинатов. Они использовали порошок аморфного кремнезема, порошок квазисферического кристаллического кремнезема и сферический порошок плавленого кварца в качестве наполнителей для изготовления ламинатов, плакированных медью, и измеряли термическое сопротивление ламинатов, плакированных медью. Термостойкость и интерфейсные свойства. Результаты показывают, что сферический порошок диоксида кремния лучше совместим с эпоксидной смолой, а приготовленный ламинат, плакированный медью, обладает лучшей термостойкостью.
Как правило, чем меньше размер частиц порошка диоксида кремния, тем больше удельная площадь поверхности, тем больше активных центров на поверхности, а также увеличивается количество используемого модификатора. Кроме того, порошок диоксида кремния с частицами разного размера также оказывает определенное влияние на характеристики последующих продуктов в процессе нанесения. Например, при смешивании порошка диоксида кремния со смолой распределение частиц по размерам должно строго контролироваться и не должно быть слишком большим или слишком маленьким. Если размер частиц слишком велик, производительность наполнителя будет плохой, а если размер частиц слишком мал, вязкость смоляной системы увеличится и текучесть ухудшится. .
Методы и модификаторы модификации поверхности
В настоящее время методы модификации поверхности порошка кремнезема представляют собой в основном органическую модификацию, неорганическую модификацию и механохимическую модификацию, среди которых наиболее часто используемым методом модификации является органическая модификация. Если эффект одиночной модификации неудовлетворителен, вы можете рассмотреть возможность объединения органической модификации с другими методами модификации для комплексной модификации.
Органическая модификация
Органическая модификация — это метод, который использует функциональные группы в органическом веществе для проведения физической адсорбции, химической адсорбции и химических реакций на поверхности порошка диоксида кремния для изменения свойств поверхности порошка диоксида кремния. В настоящее время наиболее часто используемыми органическими модификаторами являются силановые связующие, к которым в основном относятся амино, эпоксидные, виниловые, сульфидные и другие типы. Эффект модификации обычно хороший, но цена дорогая. Некоторые исследователи используют относительно недорогие модификаторы, такие как алюминат, титанат и стеариновая кислота, для модификации порошка диоксида кремния, но эффект модификации часто не так хорош, как эффект от силанового связующего агента. Таким образом, сочетание экономических выгод и эффектов модификации при использовании. Когда для комбинированной модификации порошка диоксида кремния используются два или более модификаторов поверхности, эффект модификации часто оказывается более идеальным, чем при использовании одного модификатора.
Неорганическая модификация
Неорганическая модификация подразумевает покрытие или соединение металлов, неорганических оксидов, гидроксидов и т. д. на поверхности порошка кремнезема с целью придания материалу новых функций. Например, Ояма и др. использовали метод осаждения, чтобы покрыть поверхность SiO2 Al(OH)3, а затем обернули модифицированный SiO2 полидивинилбензолом для удовлетворения определенных особых требований применения.
Механохимическая модификация
Механохимическая модификация подразумевает использование сначала сверхтонкого измельчения и других сильных механических сил для активации поверхности частиц порошка для увеличения активных точек или активных групп на поверхности порошка диоксида кремния, а затем комбинирование модификаторов для достижения композиционной модификации порошка диоксида кремния.
Дозировка модификатора
Количество модификатора обычно связано с количеством активных точек (таких как Si-OH) на поверхности порошка кремнезема и мономолекулярного слоя, а также с бимолекулярной толщиной модификатора, покрывающего поверхность. Когда количество модификатора слишком мало, степень активации поверхности модифицированного порошка кремнезема не будет высокой; когда количество модификатора слишком велико, это не только увеличит стоимость модификации, но и образует многослойный физический слой на поверхности модифицированного порошка диоксида кремния. Адсорбция приводит к образованию слабого слоя на границе раздела между порошком диоксида кремния и органическим полимером, что приводит к неспособности функционировать как мостик из одной молекулы.
Оптимизация процесса модификации и состояния
Обычно используемые процессы модификации порошка диоксида кремния в основном включают сухую модификацию, мокрую модификацию и композитную модификацию.
(1) Сухая модификация — это модификация, при которой порошок диоксида кремния диспергируется в оборудовании для модификации в относительно сухом состоянии и объединяется с определенным количеством модификатора поверхности при определенной температуре. Процесс сухой модификации прост и имеет низкую стоимость производства. В настоящее время это основной метод модификации поверхности отечественного порошка диоксида кремния, который подходит для порошка диоксида кремния микронного уровня.
(2) Мокрая модификация означает смачивание поверхности кремниевого порошка в жидкофазных условиях для уменьшения энергии связи поверхности, а затем добавление определенного количества модификаторов поверхности и добавок, перемешивание и диспергирование при определенной температуре для достижения поверхности кремния. модификация микропорошков. Процесс мокрой модификации может сделать порошок диоксида кремния и модификатор более легко диспергируемыми и более полно комбинированными, делая модификацию более однородной. Однако необходимы последующие операции обезвоживания, процесс сложен и энергозатратен, и он больше подходит для ультрамелких частиц с размером частиц менее 5 мкм. Модификация кремнеземного порошка. Кроме того, в процессе влажной модификации также следует учитывать водорастворимость модификатора, поскольку только модификаторы с лучшей растворимостью в воде могут лучше диспергироваться и взаимодействовать с группами Si-OH на поверхности порошка диоксида кремния.
(3) Модификация композита представляет собой комбинацию процессов сухой и влажной модификации для дальнейшего улучшения степени активации порошка диоксида кремния. Например, Цао Цзякай и др. проводили модификацию в два этапа посредством сухого и мокрого процессов. То есть сначала путем сухой модификации γ-(2,3-эпоксипропокси)пропилтриметилсилан использовали для проведения предварительной модификации порошка диоксида кремния. Модификация, а затем мокрая модификация с использованием N-фениламинотриметоксисилана для модификации с получением активного микропорошка диоксида кремния. Результаты показывают, что порошок диоксида кремния, полученный в процессе модификации композита, обладает высокой активностью, хорошей гидрофобностью, небольшим количеством поверхностных гидроксильных групп и может лучше диспергироваться в системе смолы.
Кроме того, чтобы добиться хорошего эффекта модификации порошка диоксида кремния, необходимо контролировать температуру, pH, время, скорость перемешивания и другие условия процесса в процессе модификации.
Температура модификации является важным условием конденсации, обезвоживания и образования прочных ковалентных связей между модификатором и порошком кремнезема. Температура модификации не должна быть слишком высокой или слишком низкой. Слишком высокая температура приведет к разложению или испарению модификатора, а слишком низкая температура приведет к разложению или испарению модификатора. Это снизит скорость реакции между модификатором и порошком диоксида кремния, влияя на эффект модификации.
Для модификаторов, растворенных в растворителях, pH будет влиять на эффект гидролиза. Более длительное время модификации делает взаимодействие модификатора и порошка кремнезема более полным и прочным; подходящая скорость перемешивания может обеспечить более полный контакт модификатора и порошка диоксида кремния и улучшить дисперсию модификатора в порошке диоксида кремния.
