El polvo de sílice en sí es una sustancia polar e hidrófila. Tiene diferentes propiedades de interfaz con la matriz polimérica y tiene poca compatibilidad. A menudo resulta difícil dispersarlo en el material base. Por lo tanto, normalmente se requiere una modificación de la superficie del polvo de sílice. Cambie intencionalmente las propiedades físicas y químicas de la superficie del polvo de sílice de acuerdo con las necesidades de la aplicación, mejorando así su compatibilidad con materiales poliméricos orgánicos y cumpliendo con sus requisitos de dispersión y fluidez en materiales poliméricos.
Factores como la calidad de la materia prima del polvo de sílice, el proceso de modificación, el método y modificador de modificación de la superficie, la dosis del modificador, las condiciones del proceso de modificación (temperatura de modificación, tiempo, pH y velocidad de agitación) afectan el efecto de modificación de la superficie del polvo de sílice. Entre ellos, los métodos de modificación de superficies y los modificadores son los principales factores que afectan el efecto de modificación.
Calidad de la materia prima del polvo de sílice
El tipo, tamaño de partícula, área de superficie específica, grupos funcionales de superficie y otras propiedades del polvo de sílice afectan directamente su combinación con modificadores de superficie. Los efectos de modificación de los diferentes tipos de polvo de sílice también son diferentes. Entre ellos, el polvo de sílice esférico tiene buena fluidez, es fácil de combinar con el modificador durante el proceso de modificación y puede dispersarse mejor en el sistema polimérico orgánico. Y la densidad, dureza, constante dieléctrica y otras propiedades son significativamente mejores que las del polvo de sílice angular.
Por ejemplo, Huang Weizhuang et al. Estudió los efectos de diferentes tipos de polvo de sílice sobre la resistencia al calor de los laminados revestidos de cobre. Utilizaron polvo de sílice amorfa, polvo de sílice cristalino cuasi esférico y polvo de sílice fundida esférico como rellenos para preparar laminados revestidos de cobre y midieron la resistencia térmica de los laminados revestidos de cobre. Resistencia al calor y propiedades de interfaz. Los resultados muestran que el polvo de sílice esférico es mejor compatible con la resina epoxi y que el laminado revestido de cobre preparado tiene mejor resistencia al calor.
Generalmente, cuanto menor sea el tamaño de partícula del polvo de sílice, mayor será el área de superficie específica, más sitios activos en la superficie y también aumentará la cantidad de modificador utilizado. Además, el polvo de sílice con diferentes tamaños de partículas también tiene un cierto impacto en el rendimiento de los productos posteriores durante el proceso de aplicación. Por ejemplo, al mezclar polvo de sílice con resina, la distribución del tamaño de las partículas debe controlarse estrictamente y no debe ser ni demasiado grande ni demasiado pequeña. Si el tamaño de partícula es demasiado grande, el rendimiento de la aplicación de relleno será deficiente, mientras que si el tamaño de partícula es demasiado pequeño, la viscosidad del sistema de resina aumentará y la fluidez se deteriorará. .
Métodos y modificadores de modificación de superficies.
En la actualidad, los métodos de modificación de la superficie del polvo de sílice son principalmente modificación orgánica, modificación inorgánica y modificación mecanoquímica, entre los cuales el método de modificación más utilizado es la modificación orgánica. Cuando el efecto de modificación única no es bueno, se puede considerar combinar la modificación orgánica con otros métodos de modificación para la modificación compuesta.
Modificación orgánica
La modificación orgánica es un método que utiliza grupos funcionales en la materia orgánica para llevar a cabo adsorción física, adsorción química y reacciones químicas en la superficie del polvo de sílice para cambiar las propiedades de la superficie del polvo de sílice. En la actualidad, los modificadores orgánicos más utilizados son los agentes acoplantes de silano, que incluyen principalmente amino, epoxi, vinilo, sulfuro y otros tipos. El efecto de modificación suele ser bueno, pero el precio es caro. Algunos investigadores utilizan modificadores relativamente económicos como aluminato, titanato y ácido esteárico para modificar el polvo de sílice, pero el efecto de modificación a menudo no es tan bueno como el de los agentes acoplantes de silano. Por lo tanto, combinando beneficios económicos y efectos de modificación, usando dos o más modificadores de superficie para modificar de forma compuesta el polvo de sílice, el efecto de modificación es a menudo más ideal que usar un solo modificador.
Modificación inorgánica
La modificación inorgánica se refiere al recubrimiento o combinación de metales, óxidos inorgánicos, hidróxidos, etc. en la superficie del polvo de sílice para darle al material nuevas funciones. Por ejemplo, Oyama et al. utilizó un método de precipitación para cubrir la superficie de SiO2 con Al (OH) 3 y luego envolvió el SiO2 modificado con polidivinilbenceno para cumplir con ciertos requisitos de aplicación especiales.
Modificación mecanoquímica
La modificación mecanoquímica se refiere al uso primero de molienda ultrafina y otras fuerzas mecánicas fuertes para activar la superficie de las partículas de polvo para aumentar los puntos activos o grupos activos en la superficie del polvo de sílice, y luego combinar modificadores para lograr una modificación compuesta del polvo de sílice.
Dosis de modificador
La cantidad de modificador generalmente está relacionada con la cantidad de puntos activos (como Si-OH) en la superficie del polvo de sílice y la capa monomolecular y el espesor bimolecular del modificador que cubre la superficie. Cuando la cantidad de modificador es demasiado pequeña, el grado de activación de la superficie del polvo de sílice modificado no será alto; cuando la cantidad de modificador es demasiado grande, no solo aumentará el costo de la modificación, sino que también formará una capa física multicapa en la superficie del polvo de sílice modificado. La adsorción hace que la interfaz entre el polvo de sílice y el polímero orgánico forme una capa débil, lo que resulta en la incapacidad de funcionar como un puente de una sola molécula.
Proceso de modificación y optimización de condiciones.
Los procesos de modificación comúnmente utilizados para el polvo de sílice incluyen principalmente modificación seca, modificación húmeda y modificación compuesta.
(1) La modificación en seco es una modificación en la que el polvo de sílice se dispersa en el equipo de modificación en un estado relativamente seco y se combina con una cierta cantidad de modificador de superficie a una temperatura determinada. El proceso de modificación en seco es simple y tiene un bajo costo de producción. Actualmente es el principal método de modificación de la superficie del polvo de sílice doméstico y es adecuado para polvo de sílice a nivel de micras.
(2) La modificación húmeda se refiere a humedecer la superficie del polvo de silicio en condiciones de fase líquida para reducir la energía de unión de la superficie y luego agregar una cierta cantidad de modificadores y aditivos de superficie, agitar y dispersar a una temperatura determinada, para lograr la superficie del silicio. Modificación de micropolvos. El proceso de modificación húmeda puede hacer que el polvo de sílice y el modificador se dispersen más fácilmente y se combinen más completamente, haciendo que la modificación sea más uniforme. Sin embargo, se requieren operaciones de deshidratación posteriores, el proceso es complejo y el consumo de energía es alto, y es más adecuado para partículas ultrafinas con un tamaño de partícula inferior a 5 μm. Modificación del polvo de sílice. Además, la solubilidad en agua del modificador también debe considerarse durante el proceso de modificación húmeda, porque solo los modificadores con mejor solubilidad en agua pueden dispersarse e interactuar mejor con los grupos Si-OH en la superficie del polvo de sílice.
(3) La modificación compuesta se refiere a la combinación de procesos de modificación seca y húmeda para mejorar aún más el grado de activación del polvo de sílice. Por ejemplo, Cao Jiakai et al. realizó la modificación en dos pasos mediante procesos secos y húmedos. Es decir, primero mediante modificación en seco, se usó γ-(2,3-epoxipropoxi)propiltrimetilsilano para realizar la modificación preliminar del polvo de sílice. Modificación, y luego mediante modificación húmeda, utilizando N-fenil-aminotrimetoxisilano para la modificación para obtener un micropolvo de sílice activo. Los resultados muestran que el polvo de sílice producido mediante el proceso de modificación del compuesto tiene alta actividad, buena hidrofobicidad, una pequeña cantidad de grupos hidroxilo en la superficie y puede dispersarse mejor en el sistema de resina.
Además, para lograr un buen efecto de modificación del polvo de sílice, se deben controlar la temperatura, el pH, el tiempo, la velocidad de agitación y otras condiciones del proceso durante el proceso de modificación.
La temperatura de modificación es una condición importante para la condensación, deshidratación y formación de fuertes enlaces covalentes entre el modificador y el polvo de sílice. La temperatura de modificación no debe ser ni demasiado alta ni demasiado baja. Una temperatura demasiado alta hará que el modificador se descomponga o se volatilice, y una temperatura demasiado baja hará que el modificador se descomponga o se volatilice. Esto reducirá la velocidad de reacción entre el modificador y el polvo de sílice, afectando el efecto de modificación.
Para los modificadores disueltos en disolventes, el pH afectará el efecto de hidrólisis. Un tiempo de modificación más prolongado hace que la interacción entre el modificador y el polvo de sílice sea más completa y firme; una velocidad de agitación adecuada puede hacer que el modificador y el polvo de sílice entren en contacto más completamente y mejorar la dispersión del modificador en el polvo de sílice.
