石英粉体表面改性技术的研究现状

　　当前对改性的石英粉体粒度要求趋于超细化，纳米石英粉体具有三维网状结构，因而在众多应用领域内独具特性，有着不可取代的作用，具有很好的发展前景。

　　由于石英粉体表面的亲水性，很难与有机高分子材料相容，为此需对其表面进行改性，使其表面性质由亲水性变为疏水性，从而改善石英粉体粒子表面的浸润性，使粉体粒子在有机化合物中更容易分散。

　　1、改性原理

　　一般来说，石英粉体的颗粒越细，比表面积越大，表面活性羟基越多，越易进行化学反应，改性后效果更好。石英等硅酸盐矿物经机械粉碎后，新生表面上产生游离基或离子，在外界条件作用下，表面产生Si-OH，Si-O-Si和Si-OH···H等几种基团，易与外来的官能团发生键合，达到改性目的，为表面改性提供了基础。在改性过程中，温度，改性剂的选择、用量及处理方法，改性工艺等是影响改性效果的主要因素。

　　2、改性方法

　　对石英粉体有机表面改性的方法很多，但仅靠物理吸附于石英粉体表面，不仅改性效果不好，易在搅拌、洗涤等过程中脱落，而且在应用中也无法过多增加产品性能。高能改性成本高，技术复杂，很难实现工业化生产。机械力化学改性是对粉体机械粉碎，使其表面产生临时活性点，降低表面改性活化能。化学包覆改性是石英粉体表面改性最常用的方法，如偶联剂改性和聚合物接枝法改性。成键机理是与石英粉体表面形成共价键，如偶联剂的改性原理，偶联剂水解产生硅醇基，与石英粉体表面的硅羟基脱水缩合，形成共价键。此法成本较低，改性效果高，且改性产品保持稳定性能时间较长。

　　3、改性工艺

　　工业生产中大都采用机械力干法改性，在粉碎的同时喷入配置好的改性剂，此法可以缩短工业流程，并且在粉碎过程中产生临时活性点和高温，有利于表面改性的进行，产品不需要脱水干燥。但是改性效果相比于湿法差距大，改性很难均匀化，局部高温可能会破坏改性剂，对工艺过程不好控制。干法改性后石英粉体在工业应用中属于粗级产品，广泛应用于塑料、建材及橡胶等行业。湿法改性是将石英粉体和改性试剂一起浸泡加热，搅拌，脱水干燥，较干法工艺复杂，但改性效果好，一般应用于薄膜、涂料等高端行业。

　　机械化学与化学包覆复合改性工艺是指在机械力作用或细磨、超细磨过程中添加改性剂，随着石英砂粉体粒度减小的同时，对其颗粒进行表面改性的工艺。这种复合改性工艺的特点是工艺较简易，某些改性剂同时具有助磨作用，提高粉碎效率，但是其温度难控制，同时颗粒不断被粉碎，产生新的表面，改性剂包覆难以均匀，此外，粉碎设备在强烈机械力作用过程中产生局部高温，可使部分改性剂分解或分子结构被破坏。

　　干燥与化学包覆复合改性工艺是指在湿粉体干燥过程中添加改性剂，即脱水与粉体表面改性同时进行的复合工艺。其工艺干燥温度较高（200℃以上）。

　　4、改性剂

　　对石英粉体改性的改性剂主要有硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂等。工业上常用脂肪酸和一些阳离子表面活性剂(如十六烷基三甲基溴化铵等)对石英粉体表面改性，这些改性剂价格低廉，工艺简单，但改性效果一般，改性后属于粗级产品。硅烷偶联剂对石英粉体表面改性效果最好，但成本较高，铝酸酯和钛酸酯偶联剂成本较低，改性较容易，但改性效果比硅烷偶联剂差。

　　5、改性效果评价

　　（1）润湿性评价：主要包括活化指数、吸油值等指标。活化指数是衡量矿物粉体疏水化改性效果的重要指标，活化指数越大，说明疏水化改性效果越好。吸油值是无机粉体改性最主要的直接指标之一，特别是对于在高聚物基料中应用的无机填料，填料吸油值大小会直接影响复合材料的加工性能以及填充量。吸油值越大，改性产物与有机物的相容性越差，同时也表明了改性效果越差，反之越好。

　　（2）红外光谱：红外光谱作为检测粉体表面是否有有机改性剂覆盖的重要手段。每一种官能团或键在红外谱图中有相应的特征吸收峰，通过对改性前后的粉体进行红外光谱分析，对比特征峰的变化，就可看出改性是否有效，此方法已在实践中得到广泛的应用。

　　（3）扫描电镜（SEM）：对改性前后的粉体进行电镜扫描，观察粉体的表面形貌以及改性剂在其表面的包覆情况、分散性的变化，直接反映粉体改性表面包覆的效果。

　　小结：

　　当前对改性的石英粉体粒度要求趋于超细化，纳米石英粉体具有三维网状结构，因而在众多应用领域内独具特性，有着不可取代的作用，具有很好的发展前景。随着生产设备的不断更新，高端改性技术会日趋工业化，将极大拓宽其应用领域。

参考资料：

马宏相等.石英粉体表面疏水化改性及其研究进展

汪本高.石英砂提纯工艺及表面改性研究