Silika tozunun kendisi polar ve hidrofilik bir maddedir. Polimer matris ile farklı arayüz özelliklerine sahiptir ve uyumluluğu zayıftır. Temel malzemede dağılması genellikle zordur. Bu nedenle silika tozunun yüzey modifikasyonu genellikle gereklidir. Silika tozu yüzeyinin fiziksel ve kimyasal özelliklerini uygulamanın ihtiyaçlarına göre bilinçli olarak değiştirin, böylece organik polimer malzemelerle uyumluluğunu geliştirin ve polimer malzemelerdeki dağılım ve akışkanlık gereksinimlerini karşılayın.
Silika tozunun hammadde kalitesi, modifikasyon prosesi, yüzey modifikasyon yöntemi ve modifiye edici, modifiye edici dozajı, modifikasyon proses koşulları (modifikasyon sıcaklığı, zaman, pH ve karıştırma hızı) gibi faktörlerin tümü silika tozunun yüzey modifikasyon etkisini etkiler. Bunlar arasında yüzey modifikasyon yöntemleri ve değiştiriciler, modifikasyon etkisini etkileyen ana faktörlerdir.
Silika tozu hammadde kalitesi
Silika tozunun türü, parçacık boyutu, spesifik yüzey alanı, yüzey fonksiyonel grupları ve diğer özellikleri, yüzey değiştiricilerle kombinasyonunu doğrudan etkiler. Farklı silika tozu türlerinin modifikasyon etkileri de farklıdır. Bunlar arasında, küresel silika tozu iyi akışkanlığa sahiptir, modifikasyon işlemi sırasında değiştirici ile birleştirilmesi kolaydır ve organik polimer sistemi içinde daha iyi dağılabilir. Yoğunluk, sertlik, dielektrik sabiti ve diğer özellikler açısal silika tozundan önemli ölçüde daha iyidir.
Örneğin Huang Weizhuang ve ark. farklı silika tozu türlerinin bakır kaplı laminatların ısı direnci üzerindeki etkilerini inceledi. Bakır kaplı laminatlar hazırlamak için dolgu maddesi olarak amorf silika tozu, yarı küresel kristalin silika tozu ve küresel erimiş silika tozu kullandılar ve bakır kaplı laminatların termal direncini ölçtüler. Isı direnci ve arayüzey özellikleri. Sonuçlar küresel silika tozunun epoksi reçineyle daha iyi uyumlu olduğunu ve hazırlanan bakır kaplı laminatın daha iyi ısı direncine sahip olduğunu göstermektedir.
Genel olarak silika tozunun parçacık boyutu ne kadar küçükse, spesifik yüzey alanı da o kadar büyük olur, yüzeydeki aktif alanlar o kadar fazla olur ve kullanılan değiştirici miktarı da artar. Ek olarak, farklı parçacık boyutlarına sahip silika tozunun da uygulama prosesi sırasında sonraki ürünlerin performansı üzerinde belirli bir etkisi vardır. Örneğin silika tozunu reçineyle karıştırırken parçacık boyutu dağılımı sıkı bir şekilde kontrol edilmeli ve çok büyük veya çok küçük olmamalıdır. Parçacık boyutu çok büyükse dolgu uygulama performansı zayıflayacak, parçacık boyutu çok küçükse reçine sisteminin viskozitesi artacak ve akışkanlığı bozulacaktır. .
Yüzey modifikasyon yöntemleri ve değiştiriciler
Şu anda silika tozunun yüzey modifikasyon yöntemleri temel olarak organik modifikasyon, inorganik modifikasyon ve mekanokimyasal modifikasyondur; bunların arasında en yaygın kullanılan modifikasyon yöntemi organik modifikasyondur. Tek modifikasyonun etkisi iyi olmadığında, kompozit modifikasyon için organik modifikasyonu diğer modifikasyon yöntemleriyle birleştirmeyi düşünebilirsiniz.
Organik modifikasyon
Organik modifikasyon, silika tozunun yüzey özelliklerini değiştirmek için silika tozunun yüzeyinde fiziksel adsorpsiyon, kimyasal adsorpsiyon ve kimyasal reaksiyonları gerçekleştirmek için organik maddedeki fonksiyonel grupları kullanan bir yöntemdir. Şu anda en yaygın olarak kullanılan organik değiştiriciler, esas olarak amino, epoksi, vinil, sülfür ve diğer türleri içeren silan birleştirme maddeleridir. Modifikasyon etkisi genellikle iyidir ancak fiyatı pahalıdır. Bazı araştırmacılar silika tozunu değiştirmek için alüminat, titanat ve stearik asit gibi nispeten ucuz değiştiriciler kullanıyor ancak modifikasyon etkisi genellikle silan birleştirme maddelerininki kadar iyi değil. Bu nedenle, ekonomik faydalar ile modifikasyon etkilerinin birleştirilmesi, silika tozunu kompozit olarak modifiye etmek için iki veya daha fazla yüzey değiştirici kullanıldığında, modifikasyon etkisi genellikle tek bir değiştiricinin kullanılmasından daha idealdir.
İnorganik modifikasyon
İnorganik modifikasyon, malzemeye yeni işlevler kazandırmak için silika tozunun yüzeyindeki metallerin, inorganik oksitlerin, hidroksitlerin vb. kaplanması veya birleştirilmesi anlamına gelir. Örneğin, Oyama ve ark. SiO2 yüzeyini Al(OH)3 ile kaplamak için bir çökeltme yöntemi kullanmış ve daha sonra bazı özel uygulama gereksinimlerini karşılamak için değiştirilmiş SiO2'yi polidivinilbenzen ile sarmıştır.
Mekanokimyasal modifikasyon
Mekanokimyasal modifikasyon, silika tozunun yüzeyindeki aktif noktaları veya aktif grupları arttırmak için toz parçacıklarının yüzeyini aktive etmek için ilk önce ultra ince öğütme ve diğer güçlü mekanik kuvvetlerin kullanılmasını ve ardından silika tozunun kompozit modifikasyonunu elde etmek için değiştiricilerin birleştirilmesini ifade eder.
Değiştirici dozajı
Modifiye edici madde miktarı genellikle silika tozunun yüzeyindeki aktif noktaların (Si-OH gibi) sayısı ve yüzeyi kaplayan modifiye edicinin monomoleküler tabakası ve bimoleküler kalınlığı ile ilişkilidir. Değiştirici miktarı çok küçük olduğunda, değiştirilmiş silika tozunun yüzeyinin aktivasyon derecesi yüksek olmayacaktır; Değiştirici miktarı çok büyük olduğunda, yalnızca modifikasyon maliyetini artırmakla kalmayacak, aynı zamanda modifiye silika tozunun yüzeyinde çok katmanlı bir fiziksel katman oluşturacaktır. Adsorpsiyon, silika tozu ile organik polimer arasındaki arayüzün zayıf bir tabaka oluşturmasına neden olur ve bu da tek moleküllü bir köprü olarak işlev görememesine neden olur.
Modifikasyon süreci ve durum optimizasyonu
Silika tozu için yaygın olarak kullanılan modifikasyon işlemleri esas olarak kuru modifikasyonu, ıslak modifikasyonu ve kompozit modifikasyonu içerir.
(1) Kuru modifikasyon, silika tozunun modifikasyon ekipmanında nispeten kuru bir durumda dağıtıldığı ve belirli bir sıcaklıkta belirli bir miktarda yüzey değiştirici ile birleştirildiği bir modifikasyondur. Kuru modifikasyon işlemi basittir ve üretim maliyeti düşüktür. Şu anda yerli silika tozunun yüzey modifikasyonunun ana yöntemidir ve mikron düzeyindeki silika tozu için uygundur.
(2) Islak modifikasyon, yüzeyin bağlanma enerjisini azaltmak için silikon tozunun yüzeyinin sıvı faz koşulları altında ıslatılması ve daha sonra silikon Yüzey elde etmek için belirli bir miktarda yüzey değiştiriciler ve katkı maddeleri eklenmesi, belirli bir sıcaklıkta karıştırılması ve dağıtılması anlamına gelir. Mikrotozların modifikasyonu. Islak modifikasyon işlemi, silika tozunun ve değiştiricinin daha kolay dağılmasını ve daha tam olarak birleştirilmesini sağlayarak modifikasyonu daha düzgün hale getirebilir. Bununla birlikte, daha sonraki dehidrasyon işlemleri gereklidir, süreç karmaşıktır ve enerji tüketimi yüksektir ve parçacık boyutu 5 μm'den küçük olan ultra ince parçacıklar için daha uygundur. Silika tozu modifikasyonu. Ek olarak, ıslak modifikasyon işlemi sırasında değiştiricinin suda çözünürlüğü de dikkate alınmalıdır, çünkü yalnızca suda daha iyi çözünürlüğe sahip değiştiriciler, silika tozunun yüzeyindeki Si-OH gruplarıyla daha iyi dağılabilir ve etkileşime girebilir.
(3) Kompozit modifikasyon, silika tozunun aktivasyon derecesini daha da geliştirmek için kuru ve ıslak modifikasyon işlemlerinin kombinasyonunu ifade eder. Örneğin Cao Jiakai ve ark. modifikasyonu kuru ve ıslak işlemlerle iki aşamada gerçekleştirdi. Yani, silika tozunun ön modifikasyonunu gerçekleştirmek için ilk önce kuru modifikasyon yoluyla y-(2,3-epoksipropoksi)propiltrimetilsilan kullanıldı. Aktif silika mikro tozu elde etmek için modifikasyon için N-fenil-aminotrimetoksisilan kullanılarak modifikasyon ve daha sonra ıslak modifikasyon yoluyla. Sonuçlar, kompozit modifikasyon işlemiyle üretilen silika tozunun yüksek aktiviteye, iyi hidrofobikliğe, az sayıda yüzey hidroksil grubuna sahip olduğunu ve reçine sisteminde daha iyi dağılabileceğini göstermektedir.
Ayrıca silika tozunun iyi bir modifikasyon etkisi elde etmek için modifikasyon işlemi sırasında sıcaklık, pH, süre, karıştırma hızı ve diğer işlem koşulları kontrol edilmelidir.
Modifikasyon sıcaklığı, modifiye edici ile silika tozu arasında yoğunlaşma, dehidrasyon ve güçlü kovalent bağların oluşumu için önemli bir koşuldur. Modifikasyon sıcaklığı çok yüksek veya çok düşük olmamalıdır. Çok yüksek bir sıcaklık, değiştiricinin ayrışmasına veya buharlaşmasına neden olur ve çok düşük bir sıcaklık, değiştiricinin ayrışmasına veya buharlaşmasına neden olur. Bu, değiştirici ile silika tozu arasındaki reaksiyon hızını azaltarak modifikasyon etkisini etkileyecektir.
Çözücülerde çözünen değiştiriciler için pH, hidroliz etkisini etkileyecektir. Daha uzun bir modifikasyon süresi, değiştirici ile silika tozu arasındaki etkileşimi daha eksiksiz ve sağlam hale getirir; uygun bir karıştırma hızı, değiştiricinin ve silika tozunun daha tam olarak temas etmesini sağlayabilir ve değiştiricinin silika tozu içindeki dağılımını geliştirebilir.
