مسحوق السيليكا في حد ذاته مادة قطبية ومحبة للماء. لها خصائص واجهة مختلفة مع مصفوفة البوليمر ولها توافق ضعيف. غالبًا ما يكون من الصعب التفريق في المادة الأساسية. لذلك، عادة ما يكون تعديل سطح مسحوق السيليكا مطلوبًا. تغيير الخواص الفيزيائية والكيميائية لسطح مسحوق السيليكا بشكل هادف وفقًا لاحتياجات التطبيق، وبالتالي تحسين توافقه مع مواد البوليمر العضوية وتلبية متطلبات التشتت والسيولة في مواد البوليمر.
عوامل مثل جودة المادة الخام لمسحوق السيليكا، وعملية التعديل، وطريقة تعديل السطح ومعدله، وجرعة المعدل، وظروف عملية التعديل (درجة حرارة التعديل، والوقت، ودرجة الحموضة وسرعة التحريك) كلها تؤثر على تأثير تعديل السطح لمسحوق السيليكا. من بينها، تعتبر طرق تعديل السطح ومعدلاته هي العوامل الرئيسية التي تؤثر على تأثير التعديل.
جودة المواد الخام مسحوق السيليكا
يؤثر النوع وحجم الجسيمات ومساحة السطح المحددة والمجموعات الوظيفية السطحية والخصائص الأخرى لمسحوق السيليكا بشكل مباشر على دمجه مع المعدلات السطحية. تختلف أيضًا تأثيرات التعديل للأنواع المختلفة من مسحوق السيليكا. من بينها، مسحوق السيليكا الكروي لديه سيولة جيدة، ومن السهل دمجه مع المعدل أثناء عملية التعديل، ويمكن تفريقه بشكل أفضل في نظام البوليمر العضوي. والكثافة والصلابة وثابت العزل الكهربائي وغيرها من الخصائص أفضل بكثير من مسحوق السيليكا الزاوي.
على سبيل المثال، هوانغ Weizhuang وآخرون. دراسة تأثير أنواع مختلفة من مسحوق السيليكا على المقاومة الحرارية للصفائح المغطاة بالنحاس. استخدموا مسحوق السيليكا غير المتبلور، ومسحوق السيليكا البلوري شبه الكروي، ومسحوق السيليكا المنصهر الكروي كمواد حشو لتحضير شرائح مكسوة بالنحاس، وقاموا بقياس المقاومة الحرارية للشرائح المغطاة بالنحاس. مقاومة الحرارة وخصائص الواجهة. أظهرت النتائج أن مسحوق السيليكا الكروي متوافق بشكل أفضل مع راتنجات الإيبوكسي، وأن الصفائح المغطاة بالنحاس المحضرة تتمتع بمقاومة أفضل للحرارة.
بشكل عام، كلما كان حجم جسيمات مسحوق السيليكا أصغر، زادت مساحة السطح المحددة، وكلما زادت المواقع النشطة على السطح، وستزداد أيضًا كمية المعدل المستخدم. بالإضافة إلى ذلك، فإن مسحوق السيليكا بأحجام الجسيمات المختلفة له أيضًا تأثير معين على أداء المنتجات النهائية أثناء عملية التطبيق. على سبيل المثال، عند خلط مسحوق السيليكا مع الراتنج، يجب التحكم بدقة في توزيع حجم الجسيمات ويجب ألا يكون كبيرًا جدًا أو صغيرًا جدًا. إذا كان حجم الجسيمات كبيرًا جدًا، فسيكون أداء تطبيق التعبئة ضعيفًا، بينما إذا كان حجم الجسيمات صغيرًا جدًا، فستزداد لزوجة نظام الراتنج وستتدهور السيولة. .
طرق تعديل السطح والمعدلات
في الوقت الحاضر، طرق تعديل سطح مسحوق السيليكا هي بشكل أساسي التعديل العضوي، والتعديل غير العضوي، والتعديل الميكانيكي الكيميائي، ومن بينها طريقة التعديل الأكثر استخدامًا هي التعديل العضوي. عندما لا يكون تأثير التعديل الفردي جيدًا، يمكنك التفكير في دمج التعديل العضوي مع طرق التعديل الأخرى للتعديل المركب.
التعديل العضوي
التعديل العضوي هو طريقة تستخدم المجموعات الوظيفية في المادة العضوية لتنفيذ الامتزاز الفيزيائي والامتزاز الكيميائي والتفاعلات الكيميائية على سطح مسحوق السيليكا لتغيير الخواص السطحية لمسحوق السيليكا. في الوقت الحاضر، المعدلات العضوية الأكثر استخدامًا هي عوامل اقتران السيلاني، والتي تشمل بشكل أساسي الأمينو والإيبوكسي والفينيل والكبريتيد وأنواع أخرى. عادة ما يكون تأثير التعديل جيدًا، لكن السعر باهظ الثمن. يستخدم بعض الباحثين معدّلات غير مكلفة نسبيًا مثل الألومينات والتيتانات وحمض دهني لتعديل مسحوق السيليكا، لكن تأثير التعديل غالبًا ما لا يكون جيدًا مثل تأثير عوامل اقتران السيلان. لذلك، الجمع بين الفوائد الاقتصادية وتأثيرات التعديل، عندما يتم استخدام معدلين سطحيين أو أكثر لتعديل مسحوق السيليكا بشكل مركب، غالبًا ما يكون تأثير التعديل أكثر مثالية من استخدام معدل واحد.
التعديل غير العضوي
يشير التعديل غير العضوي إلى طلاء أو تركيب المعادن، والأكاسيد غير العضوية، والهيدروكسيدات، وما إلى ذلك على سطح مسحوق السيليكا لإعطاء المادة وظائف جديدة. على سبيل المثال، أوياما وآخرون. استخدم طريقة الترسيب لتغطية سطح SiO2 بـ Al(OH)3، ثم قام بتغليف SiO2 المعدل باستخدام polydivinylbenzene لتلبية بعض متطلبات التطبيقات الخاصة.
التعديل الميكانيكي الكيميائي
يشير التعديل الميكانيكي الكيميائي أولاً إلى استخدام الطحن الدقيق للغاية والقوى الميكانيكية القوية الأخرى لتنشيط سطح جزيئات المسحوق لزيادة النقاط النشطة أو المجموعات النشطة على سطح مسحوق السيليكا، ثم الجمع بين المعدلات لتحقيق التعديل المركب لمسحوق السيليكا.
جرعة المعدل
ترتبط كمية المعدل عادةً بعدد النقاط النشطة (مثل Si-OH) على سطح مسحوق السيليكا والطبقة الأحادية الجزيئية والسمك الثنائي الجزيئي للمعدل الذي يغطي السطح. عندما تكون كمية المعدل صغيرة جدًا، فإن درجة تنشيط سطح مسحوق السيليكا المعدل لن تكون عالية؛ عندما تكون كمية المعدل كبيرة جدًا، فلن يؤدي ذلك إلى زيادة تكلفة التعديل فحسب، بل سيشكل أيضًا طبقة مادية متعددة الطبقات على سطح مسحوق السيليكا المعدل. يؤدي الامتزاز إلى تكوين طبقة ضعيفة بين مسحوق السيليكا والبوليمر العضوي، مما يؤدي إلى عدم القدرة على العمل كجسر جزيء واحد.
عملية التعديل وتحسين الحالة
تشمل عمليات التعديل الشائعة الاستخدام لمسحوق السيليكا بشكل أساسي التعديل الجاف، والتعديل الرطب، والتعديل المركب.
(1) التعديل الجاف هو تعديل يتم فيه تشتيت مسحوق السيليكا في معدات التعديل في حالة جافة نسبيًا ويتم دمجه مع كمية معينة من معدل السطح عند درجة حرارة معينة. عملية التعديل الجاف بسيطة ولها تكلفة إنتاج منخفضة. إنها حاليًا الطريقة الرئيسية لتعديل سطح مسحوق السيليكا المحلي وهي مناسبة لمسحوق السيليكا على مستوى الميكرون.
(2) يشير التعديل الرطب إلى ترطيب سطح مسحوق السيليكون في ظروف الطور السائل لتقليل طاقة الربط للسطح، ثم إضافة كمية معينة من معدِّلات السطح والمواد المضافة، والتحريك والتشتيت عند درجة حرارة معينة، لتحقيق سطح السيليكون. تعديل المساحيق الدقيقة. يمكن لعملية التعديل الرطب أن تجعل مسحوق السيليكا والمعدل يتوزعان بسهولة أكبر ويدمجان بشكل كامل، مما يجعل التعديل أكثر اتساقًا. ومع ذلك، هناك حاجة إلى عمليات تجفيف لاحقة، والعملية معقدة واستهلاك الطاقة مرتفع، وهي أكثر ملاءمة للجسيمات متناهية الصغر بحجم جسيم أقل من 5 ميكرومتر. تعديل مسحوق السيليكا. بالإضافة إلى ذلك، ينبغي أيضًا مراعاة قابلية ذوبان المعدل في الماء أثناء عملية التعديل الرطب، لأن المعدلات ذات القابلية الأفضل للذوبان في الماء فقط هي التي يمكن أن تتفرق وتتفاعل بشكل أفضل مع مجموعات Si-OH على سطح مسحوق السيليكا.
(3) يشير التعديل المركب إلى مزيج من عمليات التعديل الجافة والرطبة لزيادة تحسين درجة تنشيط مسحوق السيليكا. على سبيل المثال، تساو جياكاي وآخرون. تم إجراء التعديل على خطوتين من خلال العمليات الجافة والرطبة. وهذا يعني، أولاً من خلال التعديل الجاف، تم استخدام بروبيل تريميثيل سيلان γ- (2،3-إيبوكسي بروبوكسي) لإجراء تعديل أولي لمسحوق السيليكا. التعديل، ثم من خلال التعديل الرطب، باستخدام N-phenyl-aminotrimethoxysilane للتعديل للحصول على مسحوق السيليكا النشط. أظهرت النتائج أن مسحوق السيليكا الناتج عن عملية التعديل المركب له نشاط عالي، وكارهة للماء جيدة، وعدد صغير من مجموعات الهيدروكسيل السطحية، ويمكن تشتيته بشكل أفضل في نظام الراتنج.
بالإضافة إلى ذلك، من أجل تحقيق تأثير تعديل جيد لمسحوق السيليكا، يجب التحكم في درجة الحرارة، ودرجة الحموضة، والوقت، وسرعة التحريك وظروف العملية الأخرى أثناء عملية التعديل.
تعد درجة الحرارة المعدلة شرطًا مهمًا للتكثيف والجفاف وتكوين روابط تساهمية قوية بين المعدل ومسحوق السيليكا. يجب ألا تكون درجة حرارة التعديل مرتفعة جدًا أو منخفضة جدًا. ستؤدي درجة الحرارة المرتفعة جدًا إلى تحلل المعدل أو تطايره، كما أن درجة الحرارة المنخفضة جدًا ستؤدي إلى تحلل المعدل أو تطايره. سيؤدي ذلك إلى تقليل معدل التفاعل بين المعدل ومسحوق السيليكا، مما يؤثر على تأثير التعديل.
بالنسبة للمعدلات المذابة من خلال المذيبات، سوف يؤثر الرقم الهيدروجيني على تأثير التحلل المائي. وقت تعديل أطول يجعل التفاعل بين المعدل ومسحوق السيليكا أكثر اكتمالا وثباتا؛ يمكن لسرعة التحريك المناسبة أن تجعل المعدل ومسحوق السيليكا يتلامسان بشكل كامل وتحسين تشتت المعدل في مسحوق السيليكا.
