改性聚硅氧烷对硅微粉的机械球磨改性

刘会臣，洪　钢

(江西中节能高新材料有限公司，江西九江 332400)



改性聚硅氧烷对硅微粉的机械球磨改性

刘会臣，洪钢

(江西中节能高新材料有限公司，江西九江 332400)

为了改善硅微粉与不饱和树脂体系的亲和力，减少人造石英石板材加工过程中的树脂用量，采用改性聚硅氧烷在硅微粉的球磨过程中对其进行表面改性，并通过吸油值、悬浮体粘度及渗透时间对改性效果进行评价。结果表明，在改性聚硅氧烷用量为3.5‰时，改性硅微粉的吸油值较低、亲油性较好且与不饱和聚酯树脂的相容性最好。

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、不饱和聚酯树脂、固化剂及偶联剂等原料，经混合搅拌、压制成型、加热固化及抛光处理等工艺加工而成[1]。其中硅微粉作为石英石板材的一种重要的填料，约占总填料用量的30%左右。硅微粉主要成分是SiO2，为白色粉末状固体，由天然石英原矿经破碎、洗选、粉磨等工艺加工而成[2]。

在人造石英石板材的加工过程中，不饱和树脂的消耗量的大小对其加工成本有很大影响[3]。实践表明，每降1%树脂用量，每平方米板材省7元。降低树脂耗量主要通过调节硅微粉、石英砂及玻璃等各组分的配比和降低硅微粉的吸油值来实现。在填料各组分配比不变的情况下，硅微粉的吸油值越高，树脂的消耗量越高。因此，降低硅微粉的吸油值，提高硅微粉与不饱和树脂的相容性，对降低人造石英石板材的加工成本意义重大。

经过表面改性后，硅微粉的表面极性减弱，表面能降低，堆积密度增大，吸油值显著降低，与树脂混合后的流动性也能显著改善[4-6]。本文采用改性聚硅氧烷为改性剂和球磨改性工艺，采用机械力化学改性方法对硅微粉进行表面改性，并研究不同用量下球磨改性的改性效果。

1　硅微粉的改性实验

1.1实验材料及设备

湖北某地天然脉石英原矿：SiO2含量>99.5%，含有微量的Al2O3、Fe2O3、CaO等杂质。

改性剂：改性聚硅氧烷，杭州永欣精细化工有限公司。

实验设备：GP-100陶瓷辊式破碎机，RK-PWL行星四筒智能研磨机，NDJ-5S数显粘度计，Mastersizer2000激光粒度分析仪等。

1.2实验方法

采用机械力化学改性方法对硅微粉进行表面改性[6]。先将天然脉石英原矿用铁锤粗碎后，再用陶瓷辊式破碎机进行中碎和细碎后备用。取200g细碎后的原矿直接放入行星磨中研磨，作空白对照；将改性聚硅氧烷用pH=4的醋酸水溶液水解，分别取200g原矿按照石英质量分数的2.0‰、2.5‰、3.0‰、3.5‰、4.0‰添加改性剂，并置于行星研磨罐中研磨至粒度D50=20μm±0.2μm，过筛后得到未经改性和改性后的二氧化硅微粉。

1.3改性效果检测

1.3.1吸油值的测定

称取10g左右的二氧化硅微粉置于表面皿上，用滴定管将精制亚麻籽油以一定速度滴加粉体上，边滴加边用调刀搅拌均匀，直至混合物成团状体，且无过量试剂渗出。记录此时所消耗的亚麻籽油的量，按照下式计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为精制亚麻籽油的密度，V为所消耗的亚麻籽油的体积，m为称取的二氧化硅微粉的质量。

1.3.2粘度的测定

按照硅微粉∶不饱和聚酯树脂=1∶1的比例将硅微粉和树脂混合，搅拌均匀，并置于50℃水浴中加热0.5h，用数显粘度计测量悬浮体的粘度。

1.3.3渗透时间测定

取一定量的试样用恒压粉体取样器压实，用滴管滴一滴亚麻籽油至压实后的粉体表面，记录亚麻籽油完全被吸收所消耗的时间。

2　结果与讨论

2.1吸油值

按照1.3.1所示的方法对硅微粉的吸油值进行测定，吸油值的变化如图1所示。可以看出，经过改性后，硅微粉的吸油值发生了较大的变化。未经改性的硅微粉吸油值达到了20.73g/100g，当改性剂的用量为2‰时，吸油值降低到18.55g/100g，随改性剂用量增大，吸油值逐渐降低，当改性剂用量达到3.5‰后，改性粉吸油值为17.05g/100g，用量继续增加，吸油值变化不明显。

图1　吸油值与改性剂用量之间的关系

2.2粘度

固液悬浮体的粘度与改性剂用量的关系如图2所示。从图2可以看出，未经改性的硅微粉与经过改性的硅微粉相比，其混在树脂中的固液悬浮体的粘度较大。随着改性剂用量的增加，悬浮体的粘度逐渐降低。当改性剂的用量达到3.5‰时，悬浮体的粘度达到最低值，继续增加改性剂的用量，悬浮体的粘度变化不大。

图2　粘度与改性剂用量之间的关系

2.3渗透时间

渗透时间的长短可以用来表征粉体的疏水亲油性。对于有机溶剂来说，渗透时间越短，说明粉体的疏水亲油性越好，渗透时间长，说明粉体的疏水亲油性差。

亚麻籽油的渗透时间与改性剂用量的关系如图3所示。从图3可以看出，硅微粉经过表面改性后，亚麻籽油的渗透时间大幅缩短。不添加改性剂时，亚麻籽油完全渗透需耗时54s，当改性聚硅氧烷的用量逐渐增加到3.5‰后，亚麻籽油完全渗透仅需12s左右。

图3　渗透时间与改性剂用量之间的关系

3　结论

(1)通过改性聚硅氧烷对硅微粉进行表面改性后，可有效改变硅微粉的表面性能，降低其在人造石英石板材加工过程中的树脂用量，从而大幅度降低人造石英石板材加工的生产成本。

(2)通过机械球磨法改性能增加改性聚硅氧烷与硅微粉的接触和碰撞机会，促进改性反应的发生，起到了很好的改性效果。

(3)综合吸油值、粘度及渗透时间等各项指标，并结合经济成本因素考虑，改性聚硅氧烷的最佳用量为3.5‰。

[1] 汪奇林，马洋洋，晏辉.人造石英石生产与安装工艺[J].石材，2015(6) ：11-19.

[2] 卢英常，张跃英.硅微粉的用途及生产技术[J].中国非金属矿工业导刊，2009(4) ：40-43.

[3] 张晓莹.改性二水石膏/二氧化硅复合材料在树脂基人造大理石中的应用研究[D].武汉：武汉理工大学，2008.

[4] 王传虎，葛金龙，曾小剑.超细硅微粉表面改性的研究[J].非金属矿，2009，32(4)：14-16.

[5] 李金涛，林金辉.粉石英表面改性及其效果的表征 [J].非金属矿，2004，27(3)：16-17.

[6] 陈泉水.粉石英表面改性及其作用研究[J].非金属矿，2001，24(2)：15-17.

[7] 林红娇.硅烷偶联剂对金属氢氧化物粉体的机械球磨改性[J].中国粉体技术，2011，17(4)：36-40.

[8] 余志伟.改性石英填料的性能及评价方法[J].矿物学报，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