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  • 一文了解石英砂表面改性方法及工藝!
  • 發佈時間: 2019-10-10 点击次数:2414 
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    表面改性是對石英砂的性質進行優化,以開拓新的應用領域,提高其工業價值和附加值的有效途徑和重要技術之一,其目的是:

    • 改變石英砂粉體表面的原有性質,如:親油性、浸潤性、吸油率、黏度、混合物等;

    • 改善石英砂作爲填料與有機聚合物的相容性、親和性以及加工分散性、流動性;

    • 提高石英砂填料與聚合物相界面之間的結合力;

    • 致使複合材料的性能得到明顯的提高。


    1、涂敷改性


    塗敷改性主要是指利用樹脂或高聚物等對石英砂粉體表面進行“覆膜”來達到表面改性的方法,是一種對粉體表面進行簡單處理的方法。


    例如,用呋喃樹脂來塗敷石英砂,然後用於油井鑽探,可提高油井的產量;用酚醛樹脂等來塗敷石英砂,來提高精細鑄造砂的黏結性能,這種塗敷改性後的鑄造砂不僅獲得了高的熔模鑄造速度,還能保持模具和模芯生產中得到較高的抗開裂和抗卷殼性能。


    塗敷改性的方法一般分爲冷法和熱法兩種。以用樹脂塗敷石英砂爲例,在塗敷之前要對石英砂進行必要的沖洗或檫洗和乾燥。冷法就是在室溫下來塗敷,先將樹脂與石英砂混勻,再加入溶劑(工業酒精、丙酮、糠醛),溶劑的用量與混砂機是否封閉有關,若能封閉,其酒精用量爲樹脂量的40%~50%;反之不能封閉爲70%~80%,繼續混勻至溶劑揮發完,乾燥經篩分得到產品。由於冷法要使用大量的溶劑,故僅用於少量生產。


    熱法塗敷就是先將石英砂加熱到一定溫度(120~140℃),再與樹脂混勻,其中樹脂用量一般爲石英砂用量的2%~5%。樹脂被熱砂軟化,包覆在石英砂的表面,隨着溫度的降低而變黏,應加入一種固化劑(烏洛托品),再加硬脂酸鈣混勻(防止結塊),然後冷卻篩分後得到產品。該方法的塗敷效果較好,適合大量生產,但其工藝較複雜難控,需專門的混砂設備。


    影響石英砂塗敷改性效果的主要因素有石英砂顆粒的形狀、比表面積、孔隙率、塗敷聚合物的種類及用量、塗敷工藝方法等。


    2、表面化學改性


    石英砂粉體的化學表面改性主要使用的是硅烷偶聯劑,硅烷偶聯劑中的-RO官能團可水解產生Si-OH(硅醇基),因石英砂表面存在吸附的自由水,這樣基團可與石英砂粉體中SiO2進行化學結合成爲均相體系,那麼硅烷偶聯劑的另一端所帶的與高聚物具有良好的親和性的官能團-R'就覆蓋在石英砂顆粒的表面,形成具有反應活性的覆蓋膜。有機官能團-R'與環氧樹脂等高聚物具有很好的親和性,來降低石英砂粉體的表面能,提高與高聚物的潤溼性和相容性。同時,可增強這種複合材料的流變性能。


    (1)石英砂表面化學改性工藝


    目前,石英砂表面化學改性工藝主要有:幹法工藝、溼法工藝、複合工藝三大類。


    幹法工藝是一種應用最爲廣泛的粉體表面改性工藝,是指乾燥後的石英砂粉體在高速攪拌分散時,加入配置好的改性劑處理液,同時在加熱條件下進行表面改性處理的工藝。幹法工藝具有流程簡單、作業靈活、投資較省以及改性劑適用性好等特點。


    溼法工藝是利用配置好的表面改性劑和助劑混合配成的處理液,在攪拌分散和一定溫度條件對石英砂粉體進行表面改性的工藝。與幹法工藝相比,溼法工藝具有改性劑分散好、粉體表麪包覆均勻等特點,不過溼法需脫去水分(過濾和乾燥),故適用於各種可水溶或水解的改性劑以及前段爲溼法制粉工藝而後段有需乾燥的。


    機械化學與化學包覆複合改性工藝是指在機械力作用或細磨、超細磨過程中添加改性劑,隨着石英砂粉體粒度減小的同時,對其顆粒進行表面改性的工藝。這種複合改性工藝的特點是工藝較簡易,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,產生新的表面,改性劑包覆難以均勻,此外,粉碎設備在強烈機械力作用過程中產生局部高溫,可使部分改性劑分解或分子結構被破壞。


    沉澱反應與化學包覆複合改性工藝實質上是一種無機-有機複合改性工藝,其主要是得到某些特殊用途要求的複合型粉體材料。這種複合改性工藝現主要用於複合鈦白粉的表面改性,即先沉澱包覆SiO2或Al2O3薄膜,再用改性劑對TiO2/SiO2或Al2O3複合粉體進行表面改性。


    乾燥與化學包覆複合改性工藝是指在溼粉體乾燥過程中添加改性劑,即脫水與粉體表面改性同時進行的複合工藝。其工藝乾燥溫度較高(200℃以上)。


    (2)表面改性影響因素


    影響石英粉及其他二氧化硅粉體表面處理效果的主要因素有:硅烷偶聯劑的品種、用量、使用方法及處理時間、溫度、pH值等。


    由於硅烷的有機官能團-R'對高聚物或樹脂之類的材料具有選擇性,因此,選擇硅烷偶聯劑時應考慮石英粉所要填充的樹脂的種類。


    硅烷偶聯劑的用量可根據石英或二氧化硅粉體的比表面積來確定,也可以根據試驗來確定最佳用量。


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