【HAYOND海扬】硅微粉的粉碎、提纯和改性

为了更好地使非金属矿物填料与高分子聚合物融合,必须对非金属矿物进行粉碎、提纯与改性。一般来说,填料的粒径越小,分散越均匀,则制品的力学性能越好。就粉碎而言,石英砂和粉石英的超细加工可采用的设备有干/湿球磨机、雷蒙磨、干/湿搅拌磨、气流磨、干/湿振动磨等,传统的球磨机存在能耗大、产品粒径大、对产品污染大等缺点,但经过改良的球磨机和大型分级机配套已成功地应用于超细重质碳酸钙的生产。雷蒙磨因其工作稳定,产量大,已被普遍应用于非金属矿深加工,但用该设备加工的产品细度一般在300~400目之间,且产品的收集系统分离效果差,大量的细粉在系统内部循环而造成动力的浪费,对于600目以上的微粉,其除尘器的能力很差;气流磨的细度调整灵活,但能耗指标较高,系统投资费用高;湿法搅拌磨产品细度小,但细度调整欠灵活;球磨机和振动磨加分级机系统,产品粒径小、系统调整灵活,可形成大规模生产。

对于硅微粉超细粉碎、提纯和改性,国内已做了大量的研究工作。张晓钟等对石英砂超细粉碎粒度控制进行了试验,对利用振动磨加工超细石英粉进行了干湿工艺对比,认为入料给料量及其均匀性、入料粒度配比对超细石英砂产品的粒度分布及成品率影响最大;湿式磨矿工艺比干式效率高,但介质消耗大,因需烘干使总能耗升高;采用钢性介质,干磨除铁困难,湿式则有优越性;调节振动磨的介质激振力、介质配比、介质填充量等,可以改变产品粒形。

郝保红对粉石英的超细粉碎进行了研究,试验表明,粉石英在干磨条件下的粉碎极限为1.28微米,在湿磨条件下粉碎极限为1.01微米。

李化建等对用优质石英制备高纯超细硅微粉进行了工艺研究,采用振动磨加分级机系统,配合提纯工艺,生产出了满足电子电工级和涂料行业要求的硅微粉。

为了满足制品的要求,超细后的硅微粉还要进行提纯,尤其是用于电子塑封料中的硅微粉,对杂质要求较为严格,必须经过提纯才能达到要求。

在提纯方面,孙成林等对利用硅石提纯生产高纯石英砂及硅微粉进行了探讨,对高纯石英砂及硅微粉的生产提出了很好的建议。汤亚飞对二氧化硅粉末浮选除铁进行了研究,实验表明,微细石英粉也可通过浮选进行提纯,采用六偏磷酸钠作分散剂和浮选调整剂,十二胺作捕收剂,可从石英微细粉中除去铁杂质,Fe₂O₃含量由0.09%下降到0.02%,产率达85%。充填式浮选柱操作简单,单柱一次浮选即可获得理想指标,适用于微细粉浮选。

由于非金属矿物填料与高分子聚合物基质的界面不同,相容性差,在基料中难以均匀分散,直接填充往往容易造成材料的某些力学性能下降,对于功能性无机非金属矿物填料,除了粒度及粒度分布的要求外,还要与高分子聚合物的基料相容性好,填充后除降低成本外,还能增强材料的力学性能,提高材料的综合性能和可加工性,因此必须对非金属矿物填料进行表面改性。

硅微粉表面改性主要使用硅烷偶联剂,其通式为R)SiX₃,R为有机疏水基,如乙烯基、环氧基、氨基、甲基丙烯酸酯、硫酸基,X为能水解的烷氧基,如甲氧基、乙氧基及氯等。当用于硅微粉表面处理时,硅烷偶联剂分子中的X部分首先分解形成反应性活泼的多羟基硅醇,然后与石英表面的羟基缩合而牢固结合,偶联剂的另一端,即有机疏水基R与聚合物高分子长链缠结,合为一体,从而改善了硅微粉与高分子材料间的相容性。影响改性效果的主要因素有硅烷品种、用量及用法、处理时间、温度、pH值等。

余志伟对粉石英表面改性进行了研究,实验证明,经过硅烷改性的粉石英在环氧树脂混合体系中粘度明显降低,不仅改善填料与聚合物混合体系的加工工艺性能,获得均匀混合料,而且可以增加填充量,降低生产成本,对于环氧树脂绝缘封装电器产品来说,显著提高电器产品的热电机械性能。通过测定改性粉石英对水滴的浸润角、渗透时间和浸润点与未改性粉石英对比,显示了改性粉石英与有机聚合物有较好的相容性和亲合性。