改性聚硅氧烷對(duì)硅微粉的機(jī)械球磨改性

劉會(huì)臣，洪　鋼

(江西中節(jié)能高新材料有限公司，江西九江 332400)

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改性聚硅氧烷對(duì)硅微粉的機(jī)械球磨改性

劉會(huì)臣，洪鋼

(江西中節(jié)能高新材料有限公司，江西九江 332400)

為了改善硅微粉與不飽和樹(shù)脂體系的親和力，減少人造石英石板材加工過(guò)程中的樹(shù)脂用量，采用改性聚硅氧烷在硅微粉的球磨過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行表面改性，并通過(guò)吸油值、懸浮體粘度及滲透時(shí)間對(duì)改性效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，在改性聚硅氧烷用量為3.5‰時(shí)，改性硅微粉的吸油值較低、親油性較好且與不飽和聚酯樹(shù)脂的相容性最好。

改性聚硅氧烷，硅微粉，球磨

人造石英石板材是由硅微粉、石英砂、不飽和聚酯樹(shù)脂、固化劑及偶聯(lián)劑等原料，經(jīng)混合攪拌、壓制成型、加熱固化及拋光處理等工藝加工而成[1]。其中硅微粉作為石英石板材的一種重要的填料，約占總填料用量的30%左右。硅微粉主要成分是SiO2，為白色粉末狀固體，由天然石英原礦經(jīng)破碎、洗選、粉磨等工藝加工而成[2]。

在人造石英石板材的加工過(guò)程中，不飽和樹(shù)脂的消耗量的大小對(duì)其加工成本有很大影響[3]。實(shí)踐表明，每降1%樹(shù)脂用量，每平方米板材省7元。降低樹(shù)脂耗量主要通過(guò)調(diào)節(jié)硅微粉、石英砂及玻璃等各組分的配比和降低硅微粉的吸油值來(lái)實(shí)現(xiàn)。在填料各組分配比不變的情況下，硅微粉的吸油值越高，樹(shù)脂的消耗量越高。因此，降低硅微粉的吸油值，提高硅微粉與不飽和樹(shù)脂的相容性，對(duì)降低人造石英石板材的加工成本意義重大。

經(jīng)過(guò)表面改性后，硅微粉的表面極性減弱，表面能降低，堆積密度增大，吸油值顯著降低，與樹(shù)脂混合后的流動(dòng)性也能顯著改善[4-6]。本文采用改性聚硅氧烷為改性劑和球磨改性工藝，采用機(jī)械力化學(xué)改性方法對(duì)硅微粉進(jìn)行表面改性，并研究不同用量下球磨改性的改性效果。

1　硅微粉的改性實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

湖北某地天然脈石英原礦：SiO2含量>99.5%，含有微量的Al2O3、Fe2O3、CaO等雜質(zhì)。

改性劑：改性聚硅氧烷，杭州永欣精細(xì)化工有限公司。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：GP-100陶瓷輥式破碎機(jī)，RK-PWL行星四筒智能研磨機(jī)，NDJ-5S數(shù)顯粘度計(jì)，Mastersizer2000激光粒度分析儀等。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

采用機(jī)械力化學(xué)改性方法對(duì)硅微粉進(jìn)行表面改性[6]。先將天然脈石英原礦用鐵錘粗碎后，再用陶瓷輥式破碎機(jī)進(jìn)行中碎和細(xì)碎后備用。取200g細(xì)碎后的原礦直接放入行星磨中研磨，作空白對(duì)照；將改性聚硅氧烷用pH=4的醋酸水溶液水解，分別取200g原礦按照石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2.0‰、2.5‰、3.0‰、3.5‰、4.0‰添加改性劑，并置于行星研磨罐中研磨至粒度D50=20μm±0.2μm，過(guò)篩后得到未經(jīng)改性和改性后的二氧化硅微粉。

1.3改性效果檢測(cè)

1.3.1吸油值的測(cè)定

稱(chēng)取10g左右的二氧化硅微粉置于表面皿上，用滴定管將精制亞麻籽油以一定速度滴加粉體上，邊滴加邊用調(diào)刀攪拌均勻，直至混合物成團(tuán)狀體，且無(wú)過(guò)量試劑滲出。記錄此時(shí)所消耗的亞麻籽油的量，按照下式計(jì)算二氧化硅微粉的吸油值：

每100g硅微粉的吸油值=100×0.928V/m

式中：0.928為精制亞麻籽油的密度，V為所消耗的亞麻籽油的體積，m為稱(chēng)取的二氧化硅微粉的質(zhì)量。

1.3.2粘度的測(cè)定

按照硅微粉∶不飽和聚酯樹(shù)脂=1∶1的比例將硅微粉和樹(shù)脂混合，攪拌均勻，并置于50℃水浴中加熱0.5h，用數(shù)顯粘度計(jì)測(cè)量懸浮體的粘度。

1.3.3滲透時(shí)間測(cè)定

取一定量的試樣用恒壓粉體取樣器壓實(shí)，用滴管滴一滴亞麻籽油至壓實(shí)后的粉體表面，記錄亞麻籽油完全被吸收所消耗的時(shí)間。

2　結(jié)果與討論

2.1吸油值

按照1.3.1所示的方法對(duì)硅微粉的吸油值進(jìn)行測(cè)定，吸油值的變化如圖1所示?？梢钥闯?，經(jīng)過(guò)改性后，硅微粉的吸油值發(fā)生了較大的變化。未經(jīng)改性的硅微粉吸油值達(dá)到了20.73g/100g，當(dāng)改性劑的用量為2‰時(shí)，吸油值降低到18.55g/100g，隨改性劑用量增大，吸油值逐漸降低，當(dāng)改性劑用量達(dá)到3.5‰后，改性粉吸油值為17.05g/100g，用量繼續(xù)增加，吸油值變化不明顯。

圖1　吸油值與改性劑用量之間的關(guān)系

2.2粘度

固液懸浮體的粘度與改性劑用量的關(guān)系如圖2所示。從圖2可以看出，未經(jīng)改性的硅微粉與經(jīng)過(guò)改性的硅微粉相比，其混在樹(shù)脂中的固液懸浮體的粘度較大。隨著改性劑用量的增加，懸浮體的粘度逐漸降低。當(dāng)改性劑的用量達(dá)到3.5‰時(shí)，懸浮體的粘度達(dá)到最低值，繼續(xù)增加改性劑的用量，懸浮體的粘度變化不大。

圖2　粘度與改性劑用量之間的關(guān)系

2.3滲透時(shí)間

滲透時(shí)間的長(zhǎng)短可以用來(lái)表征粉體的疏水親油性。對(duì)于有機(jī)溶劑來(lái)說(shuō)，滲透時(shí)間越短，說(shuō)明粉體的疏水親油性越好，滲透時(shí)間長(zhǎng)，說(shuō)明粉體的疏水親油性差。

亞麻籽油的滲透時(shí)間與改性劑用量的關(guān)系如圖3所示。從圖3可以看出，硅微粉經(jīng)過(guò)表面改性后，亞麻籽油的滲透時(shí)間大幅縮短。不添加改性劑時(shí)，亞麻籽油完全滲透需耗時(shí)54s，當(dāng)改性聚硅氧烷的用量逐漸增加到3.5‰后，亞麻籽油完全滲透僅需12s左右。

圖3　滲透時(shí)間與改性劑用量之間的關(guān)系

3　結(jié)論

(1)通過(guò)改性聚硅氧烷對(duì)硅微粉進(jìn)行表面改性后，可有效改變硅微粉的表面性能，降低其在人造石英石板材加工過(guò)程中的樹(shù)脂用量，從而大幅度降低人造石英石板材加工的生產(chǎn)成本。

(2)通過(guò)機(jī)械球磨法改性能增加改性聚硅氧烷與硅微粉的接觸和碰撞機(jī)會(huì)，促進(jìn)改性反應(yīng)的發(fā)生，起到了很好的改性效果。

(3)綜合吸油值、粘度及滲透時(shí)間等各項(xiàng)指標(biāo)，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)成本因素考慮，改性聚硅氧烷的最佳用量為3.5‰。

[1] 汪奇林，馬洋洋，晏輝.人造石英石生產(chǎn)與安裝工藝[J].石材，2015(6) ：11-19.

[2] 盧英常，張躍英.硅微粉的用途及生產(chǎn)技術(shù)[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2009(4) ：40-43.

[3] 張曉瑩.改性二水石膏/二氧化硅復(fù)合材料在樹(shù)脂基人造大理石中的應(yīng)用研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2008.

[4] 王傳虎，葛金龍，曾小劍.超細(xì)硅微粉表面改性的研究[J].非金屬礦，2009，32(4)：14-16.

[5] 李金濤，林金輝.粉石英表面改性及其效果的表征 [J].非金屬礦，2004，27(3)：16-17.

[6] 陳泉水.粉石英表面改性及其作用研究[J].非金屬礦，2001，24(2)：15-17.

[7] 林紅嬌.硅烷偶聯(lián)劑對(duì)金屬氫氧化物粉體的機(jī)械球磨改性[J].中國(guó)粉體技術(shù)，2011，17(4)：36-40.

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Silica Powders Modified with Modified Polysiloxane by Mechanical Ball Milling

LIU Hui-chen，HONG Gang

(Jiangxi CECEP High-tech Material Co.，Ltd.，Jiujiang 332400，Jiangxi，China)

In order to improve the affinity between silica powder and UP and to reduce the amount of resin during artificial stone processing，the silica powder was modified with modified polysiloxane in the process of grinding. Oil absorption，suspension viscosity and penetration time were used to characterize the modification effects. The results showed that when the dosage of modifier reached to 3.5‰，the modified quartz powder had the lower oil-absorbed value，better lipophilicity and best compatibility with unsaturated polyester.

modified polysiloxane，silica powder，grinding

TB 321；TD 985