硅微粉在應(yīng)用的過程中主要作為功能性填料與有機(jī)高分子聚合物進(jìn)行復(fù)合，從而提高復(fù)合材料的整體性能。硅微粉本身屬于極性、親水性的物質(zhì)，與高分子聚合物基質(zhì)的界面屬性不同，相容性較差，在基料中往往難以分散，因此，通常需要對硅微粉進(jìn)行表面改性，根據(jù)應(yīng)用的需要有目的地改變硅微粉表面的物理化學(xué)性質(zhì)，從而改善其與有機(jī)高分子材料的相容性，滿足其在高分子材料中的分散性與流動(dòng)性需求。
硅微粉原料質(zhì)量、改性工藝、表面改性方法及改性劑、改性劑用量、改性工藝條件（改性溫度、時(shí)間、pH及攪拌速度）等因素均影響硅微粉表面改性效果，其中表面改性方法及改性劑是影響改性效果的主要因素。
1、硅微粉原料質(zhì)量
硅微粉的種類、粒度、比表面積、表面官能團(tuán)等性質(zhì)直接影響其與表面改性劑的結(jié)合作用。不同種類的硅微粉改性效果也是有一定差異的，其中球形硅微粉具有很好的流動(dòng)性，在改性的過程中易與改性劑結(jié)合，能夠較好地分散在有機(jī)高分子體系中，并且密度、硬度、介電常數(shù)等性能都明顯優(yōu)于角形硅微粉。
例如，黃偉壯等研究了不同類型硅微粉對覆銅板耐熱性的影響，通過將無定形硅微粉、類球形結(jié)晶型硅微粉、球形熔融型硅微粉分別作為填料制備覆銅板，測定了覆銅板的耐熱性及界面性能。結(jié)果表明，球形硅微粉能夠更好地與環(huán)氧樹脂相容，所制備的覆銅板耐熱性能較好。
通常，硅微粉粒度越小，比表面積越大，表面的活性位點(diǎn)的數(shù)量也就越多，改性劑的使用量也將增大。另外，不同粒度的硅微粉在應(yīng)用的過程中，對下游產(chǎn)品的性能也有一定的影響。例如，硅微粉在與樹脂混合的過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制粒度分布，不宜過大或過小，粒度過大填充應(yīng)用性能較差，而粒度過小將會(huì)造成樹脂體系粘度增大，流動(dòng)性變差。
2、表面改性方法及改性劑
目前，硅微粉表面改性方法主要為有機(jī)改性、無機(jī)改性和機(jī)械力化學(xué)改性等，其中最常用的改性方法是有機(jī)改性。單一的改性效果不佳時(shí)可考慮將有機(jī)改性與其他改性方法結(jié)合進(jìn)行復(fù)合改性
（1）有機(jī)改性
有機(jī)改性是利用有機(jī)物中的官能團(tuán)能夠在硅微粉表面進(jìn)行物理吸附、化學(xué)吸附以及化學(xué)反應(yīng)來改變硅微粉表面性質(zhì)的方法。目前最常用的有機(jī)改性劑是硅烷偶聯(lián)劑，主要包括氨基、環(huán)氧基、乙烯基、硫基等種類，改性效果通常較好，但價(jià)格昂貴。部分研究者采用鋁酸酯、鈦酸酯、硬脂酸等價(jià)格相對低廉的改性劑對硅微粉進(jìn)行，但改性效果往往不如硅烷偶聯(lián)劑，因此，結(jié)合經(jīng)濟(jì)效益和改性效果，采用2種及以上表面改性劑對硅微粉進(jìn)行復(fù)合改性，改性效果較使用單一改性劑的往往更為理想。
（2）無機(jī)改性
無機(jī)改性是指在硅微粉表面包裹或復(fù)合金屬、無機(jī)氧化物、氫氧化物等以賦予材料新功能。例如Oyama等采用沉淀方法在SiO2表面覆蓋Al(OH)3，然后用聚二乙烯基苯包裹改性后的SiO2，可滿足某些特殊方面的應(yīng)用需求。
?。?）機(jī)械力化學(xué)改性
機(jī)械力化學(xué)改性是指首先利用超細(xì)粉碎及其他強(qiáng)烈機(jī)械力激活粉體顆粒表面，以增加硅微粉表面的活性點(diǎn)或活性基團(tuán)，然后結(jié)合改性劑實(shí)現(xiàn)對硅微粉的復(fù)合改性。
3、改性劑用量
改性劑的用量通常與硅微粉表面活性點(diǎn)（如Si-OH）數(shù)量以及改性劑覆蓋表面的單分子層、雙分子厚度有一定關(guān)系。當(dāng)改性劑用量過小時(shí)，導(dǎo)致硅微粉表面的活化程度不高；當(dāng)改性劑用量過大時(shí)，不僅會(huì)造成改性成本的增加，而且會(huì)在改性后的硅微粉表面形成多層物理吸附，使得硅微粉與有機(jī)聚合物之間的界面形成薄弱層，導(dǎo)致無法發(fā)揮單分子的橋梁作用。例
4、改性工藝及條件優(yōu)化
硅微粉常用的改性工藝主要包括干法改性、濕法改性、復(fù)合改性。
干法改性是硅微粉在相對干燥的狀態(tài)下分散于改性設(shè)備中，并配合一定量的表面改性劑在一定溫度下實(shí)現(xiàn)的改性。干法改性工藝簡單，生產(chǎn)成本低，是目前國內(nèi)硅微粉表面改性的主要方式，適合于微米級別硅微粉。
濕法改性是指在液相條件下對硅微粉表面進(jìn)行潤濕，降低表面的結(jié)合能，然后加入一定量的表面改性劑和助劑，在一定溫度下攪拌分散，實(shí)現(xiàn)硅微粉的表面改性。濕法改性工藝能使硅微粉與改性劑更容易分散并更加充分的結(jié)合，改性更均勻，但后續(xù)需要脫水作業(yè)，工藝流程復(fù)雜且能耗高，更適合粒徑小于５μｍ的超細(xì)硅微粉改性。此外，濕法改性過程中還應(yīng)考慮改性劑的水溶性，因?yàn)橹挥兴苄暂^好的改性劑才能更好地分散并與硅微粉表面Si-OH基作用。
復(fù)合改性是指結(jié)合干法和濕法2種改性工藝，進(jìn)一步提高硅微粉的活化程度。例如，曹家凱等通過干法和濕法工藝分兩步進(jìn)行改性，即首先通過干法改性，采用γ-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲基硅烷對硅微粉進(jìn)行初步改性，而后通過濕法改性，采用N-苯基-氨基三甲氧基硅烷進(jìn)行改性得到活性硅微粉。結(jié)果表明，復(fù)合改性工藝所制得的硅微粉活性高，疏水性好，表面羥基數(shù)量少，能夠更好地分散于樹脂體系。
另外，為使得硅微粉具有良好的改性效果，應(yīng)控制改性過程中的溫度、pH、時(shí)間、攪拌速度等工藝條件。改性溫度是改性劑與硅微粉發(fā)生縮合、脫水以及形成牢固共價(jià)鍵的重要條件，改性溫度不宜過高或過低，過高的溫度使改性劑分解或揮發(fā)，過低的溫度將使改性劑與硅微粉反應(yīng)速率降低，影響改性效果。對于通過溶劑溶解的改性劑，pH將影響水解效果。較長的改性時(shí)間使改性劑與硅微粉之間作用更加充分和牢固；合適的攪拌速度能夠使改性劑與硅微粉接觸更加充分，提高改性劑在硅微粉中的分散性。
資料來源：《錢晨光,譚琦,李春全,鄭水林,孫志明.硅微粉表面改性及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J].中國粉體技術(shù),2022,28(05):1-10》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉(zhuǎn)載請注明出處！
|
