石英粉體表面改性技術(shù)的研究現(xiàn)狀

　　由于石英粉體表面的親水性，很難與有機(jī)高分子材料相容，為此需對其表面進(jìn)行改性，使其表面性質(zhì)由親水性變?yōu)槭杷?，從而改善石英粉體粒子表面的浸潤性，使粉體粒子在有機(jī)化合物中更容易分散。

1、改性原理

　　一般來說，石英粉體的顆粒越細(xì)，比表面積越大，表面活性羥基越多，越易進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，改性后效果更好。石英等硅酸鹽礦物經(jīng)機(jī)械粉碎后，新生表面上產(chǎn)生游離基或離子，在外界條件作用下，表面產(chǎn)生Si-OH，Si-O-Si和Si-OH···H等幾種基團(tuán)，易與外來的官能團(tuán)發(fā)生鍵合，達(dá)到改性目的，為表面改性提供了基礎(chǔ)。在改性過程中，溫度，改性劑的選擇、用量及處理方法，改性工藝等是影響改性效果的主要因素。

2、改性方法

　　對石英粉體有機(jī)表面改性的方法很多，但僅靠物理吸附于石英粉體表面，不僅改性效果不好，易在攪拌、洗滌等過程中脫落，而且在應(yīng)用中也無法過多增加產(chǎn)品性能。高能改性成本高，技術(shù)復(fù)雜，很難實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。機(jī)械力化學(xué)改性是對粉體機(jī)械粉碎，使其表面產(chǎn)生臨時活性點(diǎn)，降低表面改性活化能?；瘜W(xué)包覆改性是石英粉體表面改性最常用的方法，如偶聯(lián)劑改性和聚合物接枝法改性。成鍵機(jī)理是與石英粉體表面形成共價鍵，如偶聯(lián)劑的改性原理，偶聯(lián)劑水解產(chǎn)生硅醇基，與石英粉體表面的硅羥基脫水縮合，形成共價鍵。此法成本較低，改性效果高，且改性產(chǎn)品保持穩(wěn)定性能時間較長。

3、改性工藝

　　工業(yè)生產(chǎn)中大都采用機(jī)械力干法改性，在粉碎的同時噴入配置好的改性劑，此法可以縮短工業(yè)流程，并且在粉碎過程中產(chǎn)生臨時活性點(diǎn)和高溫，有利于表面改性的進(jìn)行，產(chǎn)品不需要脫水干燥。但是改性效果相比于濕法差距大，改性很難均勻化，局部高溫可能會破壞改性劑，對工藝過程不好控制。干法改性后石英粉體在工業(yè)應(yīng)用中屬于粗級產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于塑料、建材及橡膠等行業(yè)。濕法改性是將石英粉體和改性試劑一起浸泡加熱，攪拌，脫水干燥，較干法工藝復(fù)雜，但改性效果好，一般應(yīng)用于薄膜、涂料等高端行業(yè)。

　　機(jī)械化學(xué)與化學(xué)包覆復(fù)合改性工藝是指在機(jī)械力作用或細(xì)磨、超細(xì)磨過程中添加改性劑，隨著石英砂粉體粒度減小的同時，對其顆粒進(jìn)行表面改性的工藝。這種復(fù)合改性工藝的特點(diǎn)是工藝較簡易，某些改性劑同時具有助磨作用，提高粉碎效率，但是其溫度難控制，同時顆粒不斷被粉碎，產(chǎn)生新的表面，改性劑包覆難以均勻，此外，粉碎設(shè)備在強(qiáng)烈機(jī)械力作用過程中產(chǎn)生局部高溫，可使部分改性劑分解或分子結(jié)構(gòu)被破壞。

　　干燥與化學(xué)包覆復(fù)合改性工藝是指在濕粉體干燥過程中添加改性劑，即脫水與粉體表面改性同時進(jìn)行的復(fù)合工藝。其工藝干燥溫度較高(200℃以上)。

4、改性劑

　　對石英粉體改性的改性劑主要有硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑等。工業(yè)上常用脂肪酸和一些陽離子表面活性劑(如十六烷基三甲基溴化銨等)對石英粉體表面改性，這些改性劑價格低廉，工藝簡單，但改性效果一般，改性后屬于粗級產(chǎn)品。硅烷偶聯(lián)劑對石英粉體表面改性效果最好，但成本較高，鋁酸酯和鈦酸酯偶聯(lián)劑成本較低，改性較容易，但改性效果比硅烷偶聯(lián)劑差。

5、改性效果評價

      （1）潤濕性評價：主要包括活化指數(shù)、吸油值等指標(biāo)。活化指數(shù)是衡量礦物粉體疏水化改性效果的重要指標(biāo)，活化指數(shù)越大，說明疏水化改性效果越好。吸油值是無機(jī)粉體改性最主要的直接指標(biāo)之一，特別是對于在高聚物基料中應(yīng)用的無機(jī)填料，填料吸油值大小會直接影響復(fù)合材料的加工性能以及填充量。吸油值越大，改性產(chǎn)物與有機(jī)物的相容性越差，同時也表明了改性效果越差，反之越好。

      （2）紅外光譜：紅外光譜作為檢測粉體表面是否有有機(jī)改性劑覆蓋的重要手段。每一種官能團(tuán)或鍵在紅外譜圖中有相應(yīng)的特征吸收峰，通過對改性前后的粉體進(jìn)行紅外光譜分析，對比特征峰的變化，就可看出改性是否有效，此方法已在實踐中得到廣泛的應(yīng)用。

      （3）掃描電鏡(SEM)：對改性前后的粉體進(jìn)行電鏡掃描，觀察粉體的表面形貌以及改性劑在其表面的包覆情況、分散性的變化，直接反映粉體改性表面包覆的效果。

　　當(dāng)前對改性的石英粉體粒度要求趨于超細(xì)化，納米石英粉體具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因而在眾多應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)獨(dú)具特性，有著不可取代的作用，具有很好的發(fā)展前景。隨著生產(chǎn)設(shè)備的不斷更新，高端改性技術(shù)會日趨工業(yè)化，將極大拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。