產(chǎn)品品牌：天函

產(chǎn)品型號：硅灰石粉

天函礦纖 專業(yè)橡塑

硅灰石是一種鈣的偏硅酸鹽礦物，化學(xué)分子式為CaSiO3，理論化學(xué)成分為CaO4 8 . 3％，SiO251.7％。常呈白色和灰白色，玻璃光澤到珍珠光澤；密度2.78～2.9lg／cm3；硬度4.5～5.0；熔點1544℃，溶于酸，加鹽酸煮沸可產(chǎn)生絮狀硅、熱膨脹小、燒失量低、有良好的助熔性。因其無毒、耐化學(xué)腐蝕、熱穩(wěn)定性及尺寸穩(wěn)定性良好、力學(xué)性能及電性能優(yōu)良以及具有補強作用等優(yōu)點，廣泛用作高聚物基復(fù)合材料的增強填料。但是硅灰石粉體與高聚物基料的相容性差，因而直接加分散性不好，經(jīng)過表面處理后，可改進(jìn)與高聚物基料的相容性，增強其補強作用，使填充的高聚物基復(fù)合材料的力學(xué)性能更佳[1,2]。
美國早在1 9 3 3年在紐約州的威爾斯鮑羅(Willsboro)就已開采利用。而中國的硅灰石礦是于1975年發(fā)現(xiàn)，1980年正式開采試用，1981年由梨樹大頂山硅灰石填補了出口空白。據(jù)不完全統(tǒng)計，到2005年末，僅用二十多年的時間，中國的硅灰石年產(chǎn)量已達(dá)到595385t，出口量近20萬噸，成為世界上硅灰石生產(chǎn)量第一，出口量第一的國家[3]。
1硅灰石的表面改性研究現(xiàn)狀
根據(jù)應(yīng)用的需要有目的的改變硅灰石的表面物理性質(zhì)或賦予其新的功能，以滿足現(xiàn)代新材料、新工藝和新技術(shù)發(fā)展的需要。硅灰石的表面改性可以使用硅烷、鋁酸酯、鈦酸酯等偶聯(lián)劑和硬脂酸等表面活性劑以及不飽和脂肪酸等表面活性劑和有機(jī)低聚物或?qū)煞N以上的表面活性劑混合使用。
硅灰石的表面改性主要有4種方法：機(jī)械力化學(xué)改性、包膜法、偶聯(lián)劑法和無機(jī)納米包覆改性法。
機(jī)械力化學(xué)改性是利用超細(xì)粉碎及其他強烈機(jī)械作用有目的的對粉體表面進(jìn)行激活，在一定程度上改變顆粒表面的晶體結(jié)構(gòu)、溶解性能(表面無定形化)、化學(xué)吸附和反應(yīng)活性(增加表面活性點或活性基團(tuán))等。 顯然僅僅依靠機(jī)械激活作用進(jìn)行表面改性目前還難以滿足應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ψ垠w表面物理化學(xué)性質(zhì)的要求。但是，機(jī)械化學(xué)作用激活了粉體表面，可以提高顆粒與其他無機(jī)物或有機(jī)物的作用活性，新生表面產(chǎn)生的游離基或離子可以引發(fā)苯乙烯、烯烴類進(jìn)行聚合，形成聚合物接枝的填料。因此，如果在無機(jī)粉體粉碎過程中的某個階段或環(huán)節(jié)添加適量的表面改性劑，那么機(jī)械激活作用可以促進(jìn)表面改性劑分子在無機(jī)粉體表面的化學(xué)吸附或化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到在粉碎過程中使無機(jī)粉體表面改性的目的[2]。
以機(jī)械化學(xué)吸附法對上海天函硅灰石進(jìn)行了表面改性，效果較好。將硅灰石礦加工成1250目粉，以硬脂酸、WD-50硅烷、KH-792硅烷等為改性劑，利用振動磨對硅灰石進(jìn)行表面改性。振動磨等粉碎設(shè)備可以對礦物超細(xì)粉碎的同時進(jìn)行表面改性，利用粉碎機(jī)械化學(xué)效應(yīng)，強化了改性效果。這種方法實現(xiàn)了非金屬礦物超細(xì)粉碎和表面改性技術(shù)同步進(jìn)行，提高了產(chǎn)品加工效率。工藝原理為：在硅灰石粉體中分別加入一定量的硬脂酸(或WD50硅烷、或KH-792硅烷)，混勻后經(jīng)超音速氣流磨粉碎活化。硅灰石、硬脂酸在超音速氣流粉碎腔中，受來自不同方向噴嘴所產(chǎn)生的高壓高速氣流的作用，硅灰石沿結(jié)合力較弱的解理裂開，由于鍵的斷裂，新鮮表面出現(xiàn)離子鍵或反應(yīng)活性點。同樣，硬脂酸沿羧基斷開，形成羧酸根離子和氫離子。由于硅灰石、硬脂酸同時置于氣流磨粉碎腔內(nèi)，其新鮮表面自由基彼此間產(chǎn)生機(jī)械力化學(xué)反應(yīng)或機(jī)械力化學(xué)吸附，超細(xì)粉碎表面改性在同一時間完成。
利用氣流磨對硅灰石進(jìn)行機(jī)械力化學(xué)改性，并用IR分析對改性效果進(jìn)行了預(yù)評價；對比了用改性前后的硅灰石填充聚丙烯(PP)的性能。結(jié)果表明：改性后硅灰石分別為由親水疏油性變?yōu)橛H油疏水性；硬脂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5％時，改性硅灰石／PP復(fù)合材料的拉伸強度和沖擊強度最好。
根據(jù)硅灰石晶體結(jié)構(gòu)所制約的力學(xué)性質(zhì)，借鑒機(jī)械力化學(xué)原理，以超音速氣流為機(jī)械力，對硅灰石進(jìn)行超細(xì)粉碎表面改性。掃描電子顯微鏡、紅外吸收光譜分析結(jié)果表明：超細(xì)硅灰石粉體表面具有微細(xì)的硬脂酸接枝物，活性硅灰石／橡膠復(fù)合材料界面粘結(jié)強度明顯高于未改性硅灰石／橡膠復(fù)合材料界面粘結(jié)強度。
選取三種不同粒徑的硅灰石，混入不同比例的硬脂酸，分別采用機(jī)械力化學(xué)法對其進(jìn)行表面改性，并借助顯微鏡和紅外光譜，用活化率這一評價方法對硅灰石的改性效果進(jìn)行驗證與評價。結(jié)果表明：機(jī)械力化學(xué)法改性行之有效，既達(dá)到了化學(xué)改性的目的，又保護(hù)了硅灰石的晶型結(jié)構(gòu)，同時也對硅灰石粉進(jìn)行了超細(xì)粉碎；活化率的實驗表明硬脂酸2％的用量可使硅灰石達(dá)到最佳改性效果；改性前后硅灰石粉的粒度分析及活化率的實驗表明改性前硅灰石粉的粒度越小，改性后的粒度相對增大，改性效果越差，說明采用機(jī)械力化學(xué)的方法改性，并不要求初始粉體具有很高的細(xì)度，從而節(jié)約了成本。
顏料包膜是近年來興起的表面處理技術(shù)，包括氣相包膜、液相包膜和干法包膜。液相包膜存在工藝復(fù)雜、設(shè)備投資大、能耗高等缺點。氣相包膜、固相包膜具有流程短、操作簡便、設(shè)備投資少、成本低等優(yōu)點。但氣相包膜對于處理劑的選擇有一定的局限性。研究表明[8]，選擇合適的無機(jī)、有機(jī)表面處理劑，對改善硅灰石粉的分散性和流動性有顯著的效果。有機(jī)物是無色油狀液體，沸點269.1℃，溶于水和其他有機(jī)溶劑。用它處理硅灰石粉，需先將硅灰石粉放人烘箱中烘烤，除去硅灰石粉表面的水和其他吸附物。由表面吸附理論可知，NH基團(tuán)比OH基團(tuán)活潑，硅灰石粉表面容易吸附，經(jīng)過胺包膜后的硅灰石粉，在水相和油相中，其分散性、流動性均有明顯改善。這是由于包膜后的硅灰石粉帶有親水基團(tuán)和親油基團(tuán)的緣故。無機(jī)物無水是一種白色晶體，露置于空氣中強烈吸水，產(chǎn)生氯化氫氣體，形成白霧。無水三氯化鋁升溫到183℃升華，遇水強烈水解，生成和鹽酸溶液，并放出大量熱。利用這些特性，先將升華為氣體和水蒸氣結(jié)合反應(yīng)生成，被硅灰石粉吸附于表面，再經(jīng)高溫煅燒，在800℃高溫下失去水，變成三氧化。包膜后的硅灰石粉經(jīng)高溫煅燒生成更致密地包覆于硅灰石粉的表面。硅灰石粉經(jīng)包膜以后，其分散性、流動性也有明顯改善，且白度也有提高。固相包膜是通過固體微粒與固體微粒接觸混合、研磨達(dá)到改性的目的。其特點是靈活多變、容易控制、操作簡便、能耗低、無環(huán)境污染。只要包膜劑選擇合適，對硅灰石粉的消色率、白度等重要指標(biāo)的提高十分顯著。
偶聯(lián)劑(或化學(xué)浸漬)法是一種常用的表面改性方法，工藝簡單，操作方便[9]。例如以MMA對硅灰石表面改性處理：稱取一定量的硅灰石粉置于三口燒瓶中，按比例加入水和MMA，劇烈攪拌，慢慢升溫至70～75℃，按單體量加入0.6％～0.7％的水溶性引發(fā)劑，反應(yīng)一段時間后過濾。在120℃烘箱中干燥至恒質(zhì)量后備用。研究表明，硅灰石粒子表面包覆了聚甲基丙烯酸甲酯后，對基體樹脂的力學(xué)性能改善明顯，尤其是小粒徑改性的剛性硅灰石對性能提高更明顯。利用硅烷溶液對硅灰石進(jìn)行了表面改性。首先將硅灰石磨至2～3mm，反復(fù)用石油醚清洗后烘干，然后在PH值=3～5的硅烷溶液中浸漬3～5h，在150～180℃烘干。處理后硅灰石的電性能、化學(xué)性能均有明顯的變化。
采用四種方法對硅灰石進(jìn)行改性。方法A：將改性劑研磨成細(xì)粉與硅灰石粉均勻混合在氣流粉碎機(jī)中進(jìn)行改性；方法B：將填料制成泥漿，再添加改性劑溶液，經(jīng)強力攪拌后靜置、分離干燥；方法C：直接將改性劑加熱成液體噴霧到在強力攪拌下的高溫填料表面，并控制溫度在90～100℃下繼續(xù)強力攪拌一定時間；方法D：混合填料和改性劑，用球磨機(jī)進(jìn)行球磨。以相同的改性劑用量(1.5％)和相同的改性方法(方法C)分別用油酸鈉、鋁鈦酸酯和硬脂酸作為改性劑，對硅灰石粉進(jìn)行表面改性。結(jié)果表明：以鋁鈦酸酯和硬脂酸為改性劑的改性效果較好；方法C最為理想，此法在工業(yè)上可以采用高速捏合機(jī)，處理量大，操作簡單；改性劑用量為1.2％～1.5％，改性后硅灰石的白度仍然在85％以上，改性劑用量在2％以下時不影響硅灰石的白度；攪拌時間為15min時改性效果最好。
采用多元醇脂肪酸酯類物質(zhì)為助劑對硅灰石粉體進(jìn)行涂覆改性，得到最佳條件為：改性劑最佳用量為硅灰石粉用量的0.7％；最佳涂覆溫度為160±10℃；涂覆時問以10～15min最佳；在涂覆時間為10～15min時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為2500r／min較為適宜。
研究了DL-411-A型鋁酸酯偶聯(lián)劑改性硅灰石及其在白油分散介質(zhì)中的粘度行為，結(jié)果表明：用0.2％鋁酸酯偶聯(lián)劑改性的硅灰石粉在白油中降粘性大幅下降，在水中沉降體積增大，吸油量隨偶聯(lián)劑用量增加而下降；而使體系粘度劇增的填充量，改性硅灰石粉比未改性硅灰石粉高1倍；吸水率隨鋁酸酯偶聯(lián)劑用量增大而下降，且在85～93℃溫度范圍內(nèi)改性對硅灰石粉的白度無明顯影響。
以硬脂酸為改性劑，得到的最佳條件為硬脂酸加入量為1.0％～1.2％，攪拌速度為900r／min時的改性溫度為80～120℃、改性時間為20～30min。探討了硅灰石改性機(jī)理，在一定的溫度和時問條件下，經(jīng)過強烈的機(jī)械力的作用，硬脂酸首先解離形成羧酸根離子[R-COO]－，羧酸根離子再與硅灰石表面的活性點產(chǎn)生化學(xué)吸附和化學(xué)鍵合作用，使硅灰石表面實現(xiàn)改性。其工藝流程為：硅灰石粉→預(yù)熱干燥→改性處理→冷卻→除粒→活性硅灰石粉。
在硅灰石攪拌磨濕法超細(xì)磨礦中，采用硬脂胺鹽對硅灰石進(jìn)行表面改性。結(jié)果表明：藥劑用量、礦漿條件和磨礦條件均影響改性效果，當(dāng)硬脂胺鹽用量為1.0％～1.2％時，活化率達(dá)90％以上，改性效果最佳；影響改性效果的礦漿條件有PH值、溫度、濃度。隨礦漿pH值增大，硅灰石的改性效果逐漸增強，在pH值