硅微粉作為高分子材料的填料不僅可以降低復(fù)合材料的生產(chǎn)成本，而且賦予材料更優(yōu)異的性能，如提高耐磨、耐酸堿、耐高溫、絕緣性、機(jī)械強(qiáng)度和低膨脹率等，具有較為廣闊的發(fā)展前景。
表面改性是硅微粉在高分子材料中應(yīng)用的關(guān)鍵加工技術(shù)之一，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，是硅微粉最常用的改性方法。
目前，硅微粉最常用的有機(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(duì)低廉的改性劑對(duì)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(duì)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。
硅微粉表面改性劑的篩選需根據(jù)其填充材料基料的性質(zhì)、用途以及改性劑的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、作用機(jī)理等多方面因素進(jìn)行確定，常用的有機(jī)改性劑與硅微粉表面的作用機(jī)理總結(jié)如下。
1、硅烷偶聯(lián)劑改性機(jī)理
硅微粉表面改性最常使用的有機(jī)改性劑是硅烷偶聯(lián)劑，它是一種含有2種以上不同化學(xué)性質(zhì)的基團(tuán)低分子有機(jī)硅化合物，其分子結(jié)構(gòu)含有與有機(jī)聚合物作用的官能團(tuán)（如氨基、乙烯基、環(huán)氧基等）和能夠水解的與硅微粉表面作用的烷氧基，可將硅微粉與有機(jī)高分子聚合物緊密結(jié)合起來。
目前，比較成熟的作用機(jī)理是化學(xué)鍵結(jié)合理論。此理論認(rèn)為，硅烷偶聯(lián)劑的2種不同性質(zhì)的基團(tuán)，其中一端的乙烯基、環(huán)氧基、氨基、甲基丙烯酸酯、硫酸基等與有機(jī)聚合物的官能團(tuán)進(jìn)行反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)硅烷偶聯(lián)劑與有機(jī)高分子基料連接；另一端水解后的烷氧基（如甲氧基、乙氧基）與硅微粉表面Si-OH基作用，經(jīng)過水解、縮合、形成氫鍵、形成共價(jià)鍵4個(gè)過程，分別為：
?、偎?。硅烷偶聯(lián)劑中與Si相連的3個(gè)水解基進(jìn)行水解形成硅醇。
?、诳s合。不同硅醇分子之間進(jìn)行縮合脫水，形成Si-OH低聚硅氧烷。
③形成氫鍵。低聚硅氧烷與硅微粉表面的-OH形成氫鍵。
?、苄纬晒矁r(jià)鍵。在加熱的過程中，發(fā)生縮合、脫水及化學(xué)吸附，從而使得硅烷偶聯(lián)劑與硅微粉之間形成牢固的Si-O-Si共價(jià)鍵，成為連接樹脂或有機(jī)聚合物基料與硅微粉之間的紐帶。
2、鈦酸酯偶聯(lián)劑改性機(jī)理
鈦酸酯偶聯(lián)劑與硅微粉的主要作用機(jī)理是鈦酸酯分子結(jié)構(gòu)中親無機(jī)基團(tuán)（RO）m與硅微粉表面的羥基發(fā)生化學(xué)作用，在硅微粉表面形成單分子層，同時(shí)釋放出異丙醇。
Zhang等采用異丙氧基三油酸酯酰基鈦酸酯對(duì)硅微粉進(jìn)行表面改性，發(fā)現(xiàn)鈦酸酯與硅微粉在100℃的溫度下發(fā)生脫醇縮合反應(yīng)。其中，鈦酸酯Ti-O鍵斷裂形成-OCH(CH3)2，硅微粉表面的羥基則在Si-O-H鍵斷裂形成游離氫，最后鈦酸酯與硅微粉表面通過Si-O-Ti鍵連接，而-OCH(CH3)2與游離氫結(jié)合形成異丙醇。
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(qǐng)注明出處！
|
