改性聚硅氧烷對硅微粉的機械球磨改性

劉會臣，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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改性聚硅氧烷對硅微粉的機械球磨改性

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

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程中，不飽和樹脂的消耗量的大小對其加工成本有很大影響[3]。實踐表明，每降1%樹脂用量，每平方米板材省7元。降低樹脂耗量主要通過調(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實現(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脂的相容性，對降低人造石英石板材的加工成本意義重大。

經(jīng)過表面改性后，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，與樹脂混合后的流動性也能顯著改善[4-6]。本文采用改性聚硅氧烷為改性劑和球磨改性工藝，采用機械力化學(xué)改性方法對硅微粉進(jìn)行表面改性，并研究不同用量下球磨改性的改性效果。

1　硅微粉的改性實驗

1.1實驗材料及設(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。

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

1.2實驗方法

采用機械力化學(xué)改性方法對硅微粉進(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

1.3.1吸油值的測定

稱取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，直至混合物成團狀體，且無過量試劑滲出。記錄此時所消耗的亞麻籽油的量，按照下式計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為稱取的二氧化硅微粉的質(zhì)量。

1.3.2粘度的測定

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

1.3.3滲透時間測定

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

2　結(jié)果與討論

2.1吸油值

按照1.3.1所示的方法對硅微粉的吸油值進(jìn)行測定，吸油值的變化如圖1所示?？梢钥闯?，經(jīng)過改性后，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，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)過改性的硅微粉相比，其混在樹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，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滲透時間

滲透時間的長短可以用來表征粉體的疏水親油性。對于有機溶劑來說，滲透時間越短，說明粉體的疏水親油性越好，滲透時間長，說明粉體的疏水親油性差。

亞麻籽油的滲透時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)過表面改性后，亞麻籽油的滲透時間大幅縮短。不添加改性劑時，亞麻籽油完全滲透需耗時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　滲透時間與改性劑用量之間的關(guān)系

3　結(jié)論

(1)通過改性聚硅氧烷對硅微粉進(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程中的樹脂用量，從而大幅度降低人造石英石板材加工的生產(chǎn)成本。

(2)通過機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會，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、粘度及滲透時間等各項指標(biāo)，并結(jié)合經(jīng)濟成本因素考慮，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)劑對金屬氫氧化物粉體的機械球磨改性[J].中國粉體技術(shù)，2011，17(4)：36-40.

[8] 余志偉.改性石英填料的性能及評價方法[J].礦物學(xué)報，2001，21(3)：508-510.

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