粉石英矿是一种天然产出的粉状石英矿物，颗粒为近等轴状六角多面体形。由于经受地表长期的风化淋滤作用，颗粒表面产生不同程度的洼坑，形成粗糙的颗粒表面特征。颗粒棱边和顶角也已磨蚀和钝化，使颗粒具有球度高（三轴近相等）、圆度低（具棱边）的准球形特点。
　　粉石英通过表面改性，可改善其与有机聚合物的亲和性、相容性以及加工流动性和分散性，提高与聚合物相界面之间的结合力，使复合材料的综合性能得到显著提高，并增加填充量，降低生产成本。
 
01粉石英表面改性剂
 
　　粉石英常用的表面改性试剂主要为偶联剂。通常认为用硅烷偶联剂（KH-550，KH-560，KH-570等）进行改性能获得较好的效果，也可用钛酸酯、铝酸酯或磷酸酯偶联剂等。
 
02粉石英表面改性方法
 
　　粉石英表面改性的方法主要有湿法和干法两种。湿法工艺较复杂，成本高，工业化生产很少采用；干法工艺不需后处理，成本低，是矿物填料表面改性的主要方法。
　　对于干法工艺，一般是先将粉石英填料加入到改性设备中进行预热干燥，在预热过程中加入改性助剂，调整粉石英表面电位，使偶联剂能更好地与粉石英表面产生化学键合，然后加入偶联剂在一定的工艺条件下进行改性。
　　在使用偶联剂前需要预先稀释，这样可以获得更好的改性效果。由于在改性过程中会产生一些聚合颗粒，必须除去，否则会影响改性产品的质量和应用效果。
 
03粉石英表面改性工艺条件
 
　　工艺条件是影响粉石英改性效果的重要因素。工艺条件主要包括偶联剂及改性助剂用量、改性温度、改性时间及搅拌速度等。
 
（1）改性剂用量
 
　　对于偶联剂，并不是用量越大越好，通常只要偶联剂能够在填料颗粒表面形成单分子层包覆，就能获得理想的改性效果。随偶联剂用量的增加，活性粉石英的粘度逐渐降低，且粘度变化逐渐趋于平缓。
　　因此认为，偶联剂用量低于1.2%时，偶联剂在表面未能形成完全包用铝酸酯对粉石英进行表面改性的研究表明，铝酸酯用量达1.2%时，其粘度几乎不随偶联覆，而超过1.2%用量时，偶联剂在粉石英填料表面形成多分子层包覆，反而影响改性效果。
　　改性助剂在粉石英表面改性中的作用主要是调节粉石英表面的pH值，增加表面的羟基数量，以提高表面的电负性，使之与偶联剂的电荷差最小，从而改善粉石英表面与硅烷偶联剂的作用活性，提高改性效果。助剂加入量为0.5‰～1.0‰可获得较好的改性效果。
 
（2）改性温度
 
　　适当的改性温度可以促进二氧化硅表面的硅醇基与硅烷偶联剂表面的硅醇基发生较强的化学键合反应，从而提高粉石英的改性效果。但温度过高易使硅烷偶联剂产生分解、挥发或炭化，且对设备要求较高，增加成本；温度过低不仅反应时间较长，而且影响包覆率。采用100～140℃的温度范围，改性效果较好。
 
（3）改性时间
 
　　适当延长改性时间对提高改性效果是有利的。一般说来，改性温度越高，搅拌速度越快，所需的时间较短。当改性时间延长到20min时，改性效果最佳，但再延长时间，改性效果变化不大，甚至有可能降低（因强烈机械作用，如摩擦、剪切力等会导致局部解吸）。
　　改性时间一定时，提高搅拌速度有利于改善偶联剂的分散效果，使其在粉石英表面充分包覆，提高改性效果。如试验发现，搅拌速度增加到900r/min时，改性效果最佳，但搅拌速度达到1400r/min时，改性效果反而降低。其原因可能是由于过度的搅拌速度，强烈的摩擦和剪切作用力使包覆在粉石英表面的偶联剂脱附，从而导致改性效果变差。
 
04粉石英改性效果评价
 
　　粉石英改性主要通过改变填料对有机聚合物的相容性，以达到降低填料-聚合物混合体系的粘度，增加填充量，改善填料在聚合物中的浸润性和分散性，消除化学和机械破坏点及提高制品物理力学性能的目的。因此，通常把粘度和浸润性作为粉石英改性效果的主要技术指标。另外，还可用活化指数、红外光谱等方法来评价粉石英的改性效果。
 
（1）粘度
 
　　粉石英主要用做橡胶、塑料等有机聚合物的填料。通常，改性填料添加到聚合物后，与未改性填料所得到的混合物相比，其粘度会显著降低。在相同试验条件下，与未改性粉石英相比，当填料量∶环氧树脂量≥2.0:1时，混合体系的粘度明显下降，且对不同偶联剂改性的粉石英，粘度下降幅度不同。
 
（2）浸润性
 
　　浸润性包括渗透时间、浸润角、浸润点（吸油率）等指标，是衡量填料与聚合物之间相容性好坏的主要指标之一。浸润性好的填料，在聚合物中的流动性好，易于分散，混料容易且均匀，不易出现聚合颗粒。通常改性后的粉石英对水滴的渗透时间变长，浸润角变大，由亲水性变为疏水性，由极性变为非极性；对油滴的渗透时间变短，浸润角变小，浸润点变小，由疏油性变为亲油性。但有些含有极性基团（如氨基、羟基、环氧基等）的硅烷偶联剂（如KH-550，KH-560）对粉石英改性，其表面能较高，仍具有亲水性。
 
（3）活化指数
 
　　无机粉体一般相对密度较大，且表面呈极性状态，在水中自然沉降；而有机表面改性剂是非水溶性的表面活性剂。经表面改性处理后的无机粉体，表面由极性变为非极性，对水呈现出较强的非浸润性。这种非浸润性的小颗粒在水中时，巨大的表面张力使其如同油膜一样漂浮不沉。
　　活化指数H可表示为：H=样品中漂浮部分质量（g）/样品总质量（g）。根据该原理，可以用活化指数来评价粉石英的改性效果。
 
（4）红外光谱
 
　　红外光谱较普遍的用途，是根据谱的吸收频率的位置和形状判定未知物，并按吸收的强度来测定其含量。因此可以利用红外光谱来分析改性粉石英表面新键的生成覆盖情况，以此评价粘石英的改性效果。
 
05改性粉石英的应用领域
 
　　改性粉石英适于作环氧树脂封装材料及橡胶、塑料、涂料中的填充材料。
　　在环氧封装材料中，改性粉石英所占比例较高，一般在50%左右，特别是在互感器、高压开关及干式变压器等电器产品的绝缘封装材料中所占比例更大，这是粉石英在高技术产品中的重要市场。
　　在橡胶工业中，改性后的粉石英作为半补强剂可替代部分白炭黑。在胶料中加入粉石英后，粉石英与胶料浸润性好，吃粉快，飞扬轻，混炼时间短，胶料柔软，粘合力大，使橡胶的定伸强度、拉伸强度、可塑性等性能指标均与纯白炭黑的胶料接近，且粉石英价格比白炭黑价格低廉，完全可部分替代白炭黑。
　　在塑料中（如PVC、PP、PE等）填充部分粉石英改性产品，制品的抗弯强度和耐酸、耐腐蚀性能明显提高，且又能节省树脂用量，降低复合材料成本。
　　在涂料行业中，粉石英产品的粒度、白度、硬度、悬浮性、分散性和吸油率低、电阻率高等特性均能提高涂料的抗耐腐蚀性、耐磨性、绝缘性和耐高温性。
　　粉石英的表面改性是对矿物填料性质进行优化，开拓新的应用领域，提高工业价值和附加值的最有效途径和最重要的技术之一。随着改性技术及其他相关技术的发展，粉石英将会获得更为广泛和更为重要的用途。
 

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