硅烷偶聯(lián)劑是硅微粉表面改性最常用的改性劑,其應(yīng)用效果與選用的種類、用量、水解情況、基材特性、有機高分子材料的應(yīng)用場合、改性方法及設(shè)備等有關(guān)。
1、如何選擇硅烷偶聯(lián)劑?
硅烷偶聯(lián)劑有氨基、氯基、鏈烯基、環(huán)氧基、甲基丙烯酰氧基、巰烴基、陽離子基、雙官能團等幾十種,從應(yīng)用角度來說是具有很強的針對性,選擇合適的硅烷偶聯(lián)劑是至關(guān)重要的。
選擇方法主要是通過試驗預(yù)選,并應(yīng)根據(jù)硅烷偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及與硅微粉作用的機理,同時還需綜合考慮下游產(chǎn)品基料的組成及對硅烷偶聯(lián)劑反應(yīng)的效果等。
另外,如選擇了兩種以上的偶聯(lián)劑,還應(yīng)認(rèn)真的考慮哪一種偶聯(lián)劑先加或后加的問題。
2、如何確定硅烷偶聯(lián)劑的用量?
硅烷偶聯(lián)劑的用量是根據(jù)粉體的比表面積所占的反活性點(如Si-OH)的數(shù)量以及硅烷偶聯(lián)劑覆蓋表面的單分子層、多分子層的厚度等決定的。
一般硅微粉類礦物粉體的Si-OH含量為4-12個μm2,1mol的硅烷偶聯(lián)劑可以覆蓋約7500m2的粉體表面積。由于硅烷偶聯(lián)劑水解后,其自身也產(chǎn)生縮合反應(yīng),要影響到計算用量的準(zhǔn)確性,所以要增加一定的加入量。
硅烷偶聯(lián)劑的用量計算關(guān)系是:
硅烷偶聯(lián)劑用量(g)=粉體質(zhì)量(g)×粉體表面積(m2/g)/硅烷偶聯(lián)劑的覆蓋面積(m2/g)
3、如何選擇表面改性工藝?
表面改性工藝要根據(jù)所選用的硅烷偶聯(lián)劑與硅微粉反應(yīng)的機理來確定:
一是首先要將硅微粉進(jìn)行動態(tài)加熱到100-110℃,此時以霧化法加入水解后的硅烷偶聯(lián)劑或復(fù)合偶聯(lián)劑。
二是在硅烷偶聯(lián)劑與反應(yīng)過程中應(yīng)保持一定的反應(yīng)時間,因不同的反應(yīng)時間其改性的效果是不同的。這一加熱反應(yīng)過程是脫水、縮合與固化,以使硅烷偶聯(lián)劑與硅微粉形成穩(wěn)定和牢固的共價鍵結(jié)合。
三是經(jīng)偶聯(lián)劑改性的粉體,都會產(chǎn)生假結(jié)顆粒和縮合后產(chǎn)生的硬顆粒,給產(chǎn)品質(zhì)量帶來了很大的影響,所以一定要進(jìn)行有效分級,只有這樣才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
4、如何選擇表面改性設(shè)備?
表面改性設(shè)備的選擇是硅微粉表面改性至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié),在選擇表面改性設(shè)備時應(yīng)考慮滿足以下幾點要求:
一是表面改性設(shè)備能將硅微粉在動態(tài)狀況下加熱并保溫,保溫時間能夠自動控制。
二是要有排氣裝置,可將表面改性前后脫除的水以蒸氣的方式排出,使硅烷偶聯(lián)劑與粉體產(chǎn)生縮合反應(yīng),達(dá)到形成共價鍵的效果。
三是保證硅微粉在表面改性機中處在高速動態(tài)的狀況下。
四是表面改性設(shè)備應(yīng)滿足表面改性劑分加的要求。
五是為解決表面改性中產(chǎn)生的假團聚和硬團聚體,一定要進(jìn)行有效的分級,應(yīng)有專用的分級設(shè)備進(jìn)行配套。
目前,國產(chǎn)的活性硅微粉產(chǎn)品因其只用硅偶聯(lián)劑簡單的混合處理,效果不夠理想,粉體與樹脂混合時很容易團聚,而國外有許多專利提出了對硅微粉的活性處理,例如德國專利提出用聚硅烷和硅微粉混合,并在紫外線照射下攪拌,獲得活性硅微粉;日本專家提出硅烷二醇衍生物處理硅微粉,并在混合過程中加入催化劑,使偶聯(lián)劑對粉體的包裹均勻,從而能使環(huán)氧樹脂能與硅微粉達(dá)到理想的結(jié)合效果。
因此,我國硅微粉生產(chǎn)廠家在表面改性的道路上任重道遠(yuǎn),不僅需要上游偶聯(lián)劑廠家的密切配合,更需要下游應(yīng)用廠家的通力合作。只要解決改性的技術(shù)難題,活性硅微粉的市場將非常值得期待。
最后,聲明一點,要想做好硅微粉表面改性,一定要以表面改性的機理為依據(jù),認(rèn)真了解表面改性劑的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),同時考慮下游有機高分子制品的基材、主體配方及技術(shù)要求,經(jīng)綜合考慮選擇合理的改性劑,在此基礎(chǔ)上確定表面改性工藝和設(shè)備。
培訓(xùn)內(nèi)容:
1.什么是粉體表面改性?
2.粉體有機化表面改性常用技術(shù)、設(shè)備和藥劑
3.粉體有機化表面改性的應(yīng)用領(lǐng)域和效果分析
4.粉體無機包覆改性的工藝設(shè)計和參數(shù)控制方法
5.粉體無機包覆改性的應(yīng)用領(lǐng)域和效果分析
6.粉體表面改性在工程塑料中的應(yīng)用
7.粉體表面改性在汽車塑料中的應(yīng)用
8.粉體表面改性在家電塑料中的應(yīng)用
9.粉體改性設(shè)備用戶案例分析與現(xiàn)場交流參觀
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