天然的石英石、石英砂和粉石英是重要的工業(yè)礦物原料,被廣泛用于玻璃、鑄造、建筑材料、陶瓷、化工、冶金、耐火材料、磨料、填料等領(lǐng)域。由石英砂及其尾礦、粉石英等加工而成的硅微粉,作為塑料、橡膠、涂料等高分子材料的填料,在超細粉碎、提純、改性及其應用方面越來(lái)越受到人們的重視。
近年來(lái),隨著(zhù)超細粉碎技術(shù)的不斷進(jìn)步,超細、超純、改性非金屬礦物填料應用越來(lái)越廣泛。為了更好地使非金屬礦物填料與高分子聚合物融合,必須對非金屬礦物進(jìn)行粉碎、提純與改性。
超細粉碎：
一般來(lái)說(shuō),填料的粒徑越小,分散越均勻,則制品的力學(xué)性能越好。就粉碎而言,石英砂和粉石英的超細加工可采用的設備有干/濕球磨機、雷蒙磨、干/濕攪拌磨、氣流磨、干/濕振動(dòng)磨等,傳統的球磨機存在能耗大、產(chǎn)品粒徑大、對產(chǎn)品污染大等缺點(diǎn),但經(jīng)過(guò)改良的球磨機和大型分級機配套已成功地應用于超細重質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)。
雷蒙磨因其工作穩定,產(chǎn)量大,已被普遍應用于非金屬礦深加工,但用該設備加工的產(chǎn)品細度一般在300～400目之間,且產(chǎn)品的收集系統分離效果差,大量的細粉在系統內部循環(huán)而造成動(dòng)力的浪費,對于600目以上的微粉,其除塵器的能力很差;氣流磨的細度調整靈活,但能耗指標較高,系統投資費用高;濕法攪拌磨產(chǎn)品細度小,但細度調整欠靈活;球磨機和振動(dòng)磨加分級機系統,產(chǎn)品粒徑小、系統調整靈活,可形成大規模生產(chǎn)。
對于硅微粉超細粉碎、提純和改性,國內已做了大量的研究工作。張曉鐘等對石英砂超細粉碎粒度控制進(jìn)行了試驗,對利用振動(dòng)磨加工超細石英粉進(jìn)行了干濕工藝對比,認為入料給料量及其均勻性、入料粒度配比對超細石英砂產(chǎn)品的粒度分布及成品率影響最大;濕式磨礦工藝比干式效率高,但介質(zhì)消耗大,因需烘干使總能耗升高;采用鋼性介質(zhì),干磨除鐵困難,濕式則有優(yōu)越性;調節振動(dòng)磨的介質(zhì)激振力、介質(zhì)配比、介質(zhì)填充量等,可以改變產(chǎn)品粒形。
郝保紅對粉石英的超細粉碎進(jìn)行了研究,試驗表明,粉石英在干磨條件下的粉碎極限為1.28μm,在濕磨條件下粉碎極限為1.01μm。李化建等對用優(yōu)質(zhì)石英制備高純超細硅微粉進(jìn)行了工藝研究,采用振動(dòng)磨加分級機系統,配合提純工藝,生產(chǎn)出了滿(mǎn)足電子電工級和涂料行業(yè)要求的硅微粉。
提純：
為了滿(mǎn)足制品的要求,超細后的硅微粉還要進(jìn)行提純,尤其是用于電子塑封料中的硅微粉,對雜質(zhì)要求較為嚴格,必須經(jīng)過(guò)提純才能達到要求。
在提純方面,孫成林等對利用硅石提純生產(chǎn)高純石英砂及硅微粉進(jìn)行了探討,對高純石英砂及硅微粉的生產(chǎn)提出了很好的建議。
湯亞飛對二氧化硅粉末浮選除鐵進(jìn)行了研究,實(shí)驗表明,微細石英粉也可通過(guò)浮選進(jìn)行提純,采用六偏磷酸鈉作分散劑和浮選調整劑,十二胺作捕收劑,可從石英微細粉中除去鐵雜質(zhì),Fe2O3含量由0.09%下降到0.02%,產(chǎn)率達85%。充填式浮選柱操作簡(jiǎn)單,單柱一次浮選即可獲得理想指標,適用于微細粉浮選。
表面改性：
由于非金屬礦物填料與高分子聚合物基質(zhì)的界面不同,相容性差,在基料中難以均勻分散,直接填充往往容易造成材料的某些力學(xué)性能下降,對于功能性無(wú)機非金屬礦物填料,除了粒度及粒度分布的要求外,還要與高分子聚合物的基料相容性好,填充后除降低成本外,還能增強材料的力學(xué)性能,提高材料的綜合性能和可加工性,因此必須對非金屬礦物填料進(jìn)行表面改性。
硅微粉表面改性主要使用硅烷偶聯(lián)劑,其通式為R—SiX3,R為有機疏水基,如乙烯基、環(huán)氧基、氨基、甲基丙烯酸酯、硫酸基,X為能水解的烷氧基,如甲氧基、乙氧基及氯等。當用于硅微粉表面處理時(shí),硅烷偶聯(lián)劑分子中的X部分首先分解形成反應性活潑的多羥基硅醇,然后與石英表面的羥基縮合而牢固結合,偶聯(lián)劑的另一端,即有機疏水基R與聚合物高分子長(cháng)鏈纏結,合為一體,從而改善了硅微粉與高分子材料間的相容性。
影響改性效果的主要因素有硅烷品種、用量及用法、處理時(shí)間、溫度、pH值等。余志偉對粉石英表面改性進(jìn)行了研究,實(shí)驗證明,經(jīng)過(guò)硅烷改性的粉石英在環(huán)氧樹(shù)脂混合體系中粘度明顯降低,不僅改善填料與聚合物混合體系的加工工藝性能,獲得均勻混合料,而且可以增加填充量,降低生產(chǎn)成本,對于環(huán)氧樹(shù)脂絕緣封裝電器產(chǎn)品來(lái)說(shuō),顯著(zhù)提高電器產(chǎn)品的熱電機械性能。通過(guò)測定改性粉石英對水滴的浸潤角、滲透時(shí)間和浸潤點(diǎn)與未改性粉石英對比,顯示了改性粉石英與有機聚合物有較好的相容性和親合性。
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