硅微粉表面改性主要是為了解決3個(gè)問(wèn)題：
一是分散問(wèn)題；
二是與有機高分子材料界面結合的問(wèn)題；
三是功能化及專(zhuān)用化問(wèn)題。
要想做好硅微粉表面改性，一定要以表面改性的機理為依據，認真了解表面改性劑的結構與性質(zhì)，同時(shí)考慮下游有機高分子制品的基材、主體配方及技術(shù)要求，經(jīng)綜合考慮選擇合理的改性劑，在此基礎上確定表面改性工藝和設備。
硅烷偶聯(lián)劑是硅微粉表面改性最常用的改性劑，可將硅微粉親水性轉變?yōu)橛H有機性表面，還可提高有機高分子材料對其粉體的潤濕性，并通過(guò)官能團使硅微粉與有機高分子材料實(shí)現牢固的共價(jià)鍵界面結合。
但是，硅烷偶聯(lián)劑的應用效果與選用的種類(lèi)、用量、水解情況、基材特性、有機高分子材料的應用場(chǎng)合、方法及條件等有關(guān)。所以要使用好硅烷偶聯(lián)劑，就要對其結構、性質(zhì)及與硅微粉作用的機理等進(jìn)行認真的研究，這樣才能正確的選擇和使用好硅烷偶聯(lián)劑，設計和制造出工藝合理的表改性設備。
1、硅烷偶聯(lián)劑的結構與性質(zhì)
硅烷偶聯(lián)劑是一類(lèi)分子同時(shí)含有兩種不同化學(xué)性質(zhì)基團的特殊結構的有機硅化合物，可用以下通式表示：
Y-R-SiX3
式中：Y-R為非水解基團，X3為可水解基團。Y是可以和有機化合物起反應的基團（如乙烯基、氨基、環(huán)氧基、疊氮基等），R是短鏈亞烷基（也稱(chēng)短鏈烷撐基）通過(guò)它把Y與Si原子連接起來(lái)；X是可以進(jìn)行水解反應，并生成Si-OH的基團，一般的硅烷偶聯(lián)劑是含有三個(gè)可水解的基團。
Y與X是兩類(lèi)反應特性不同的活性基團。Y中所帶的基團很容易和有機聚合物中的官能團反應，從而可以使硅烷偶聯(lián)劑與有機高分子基料連接。當X活性基團水解時(shí)，使Si-X能化為Si-OH，而Si-OH與被處理的硅微粉表面的OH形成氫鍵，同時(shí)進(jìn)行加熱，產(chǎn)生縮合脫水反應，形成其價(jià)鍵結合。由此通過(guò)硅烷偶聯(lián)劑可將硅微粉體料與有機高分子材料之間產(chǎn)生一種良好的界面結合，使兩者可緊密的結合到一起。
在硅烷偶聯(lián)劑這兩類(lèi)互異的基團中，以Y基團最為重要，它對有機高分子制品的性能影響很大，起決定偶聯(lián)劑性能的作用。只有當Y基團能和對應的有機高分子材料起很好的反應效果，才能使其基材的性能得到提高。
一般要求Y基團要與有機高分子材料能很好的相溶，并能起到偶聯(lián)的作用。所以對不同的有機高分子材料應考慮選擇適當的Y基團硅烷偶聯(lián)劑。
2、硅烷偶聯(lián)劑與硅微粉的作用機理
硅烷偶聯(lián)劑比較成熟的作用機理是化學(xué)鍵結合理論：硅烷偶聯(lián)劑中含有兩類(lèi)不同的化學(xué)官能團，它的一端能與無(wú)機材料OH反應，形成氫鍵，并在一定的條件下縮合、脫水和固化，形成共價(jià)鍵；另一端又能與有機高分材料結合，從而使有機高分子材料-硅烷偶聯(lián)劑-無(wú)機材料之間產(chǎn)生一種良好的界面結合，將兩種性質(zhì)差異較大的材料牢固的結合在一起。
▲硅烷偶聯(lián)劑與硅微粉的反應過(guò)程
該反應過(guò)程分為四步：
第一步是硅烷偶聯(lián)劑中與Si相連的3個(gè)水解基團與水反應，生成硅醇；
第二步是硅醇之間脫水，縮合成Si-OH的低聚硅氧烷；
第三步是低聚硅氧烷的Si-OH與硅微粉表面上的OH反應，形成氫鍵；
第四步是在加熱的過(guò)程中產(chǎn)生縮合、脫水及固化反應，達到與硅微粉形成牢固的共價(jià)鍵結合。剩下的兩個(gè)Si-OH或者與其它硅烷偶聯(lián)劑中的Si-OH縮合，或者保持游離狀態(tài)。
3、硅烷偶聯(lián)劑的選擇
硅微粉的表面改性技術(shù)是一門(mén)與應用技術(shù)密切相關(guān)的技術(shù)，從應用角度來(lái)說(shuō)是具有很強的針對性。由于硅烷偶聯(lián)劑的水解效果取決于Si-X，而與有機高分子材料的反應活性則取決于C-Y。因此對于不同的基材或處理的對象，選擇合適的硅烷偶聯(lián)劑是至關(guān)重要的。
硅烷偶聯(lián)劑的種類(lèi)有幾十種：氨基、氯基、鏈烯基、環(huán)氧基、甲基丙烯酰氧基、巰烴基、陽(yáng)離子基、雙官能團等。
選擇方法主要是通過(guò)試驗預選，并應根據硅烷偶聯(lián)劑的結構、性質(zhì)及與硅微粉作用的機理，同時(shí)還需綜合考慮下游產(chǎn)品基料的組成及對硅烷偶聯(lián)劑反應的效果等。
另外，硅烷偶聯(lián)劑的選擇還應考慮是否選擇兩種以上的偶聯(lián)劑。在有些情況下選擇兩種偶聯(lián)劑是十分必要的，可以起到協(xié)同和多功能化的效果。如選擇了兩種以上的偶聯(lián)劑，還應認真的考慮哪一種偶聯(lián)劑先加或后加的問(wèn)題。
4、硅烷偶聯(lián)劑在硅微粉表面改性中的應用
01 硅烷偶聯(lián)劑的用量
硅烷偶聯(lián)劑的用量是根據粉體的比表面積所占的反活性點(diǎn)（如Si-OH）的數量以及硅烷偶聯(lián)劑覆蓋表面的單分子層、多分子層的厚度等決定的。
一般硅微粉類(lèi)礦物粉體的Si-OH含量為4-12個(gè)μm2，1mol的硅烷偶聯(lián)劑可以覆蓋約7500m2的粉體表面積。由于硅烷偶聯(lián)劑水解后，其自身也產(chǎn)生縮合反應，要影響到計算用量的準確性，所以要增加一定的加入量。
硅烷偶聯(lián)劑的用量計算關(guān)系是：
硅烷偶聯(lián)劑用量（g）=粉體質(zhì)量（g）×粉體表面積（m2/g）/硅烷偶聯(lián)劑的覆蓋面積（m2/g）
02 表面改性工藝的確定原則
根據所選用的硅烷偶聯(lián)劑與硅微粉反應的機理進(jìn)行確定：
一是首先要將硅微粉進(jìn)行動(dòng)態(tài)加熱到100-110℃，此時(shí)以霧化法加入水解后的硅烷偶聯(lián)劑或復合偶聯(lián)劑。
二是在硅烷偶聯(lián)劑與反應過(guò)程中應保持一定的反應時(shí)間，因不同的反應時(shí)間其改性的效果是不同的。這一加熱反應過(guò)程是脫水、縮合與固化，以使硅烷偶聯(lián)劑與硅微粉形成穩定和牢固的共價(jià)鍵結合。
三是經(jīng)偶聯(lián)劑改性的粉體，都會(huì )產(chǎn)生假結顆粒和縮合后產(chǎn)生的硬顆粒，給產(chǎn)品質(zhì)量帶來(lái)了很大的影響，所以一定要進(jìn)行有效分級，只有這樣才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
03 表面改性設備的選擇
硅微粉表面改性設備的選擇，應根據其表面改性機理所確定的加工工藝為基準，選擇和配套無(wú)污染的表面改性設備。目前前國內的表面改性設備比較多，但是有些表面改性設備沒(méi)有遵循硅微粉表面改性的機理及工藝要求等制造的，造成表面改性的效果不好，因此要對購置的改性設備進(jìn)行改造和配套后才能達到較好的效果。
表面改性設備的選擇是硅微粉表面改性至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節，在選擇表面改性設備時(shí)應考慮滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)要求：
一是表面改性設備能將硅微粉在動(dòng)態(tài)狀況下加熱并保溫，保溫時(shí)間能夠自動(dòng)控制。
二是要有排氣裝置，可將表面改性前后脫除的水以蒸氣的方式排出，使硅烷偶聯(lián)劑與粉體產(chǎn)生縮合反應，達到形成共價(jià)鍵的效果。
三是保證硅微粉在表面改性機中處在高速動(dòng)態(tài)的狀況下。
四是表面改性設備應滿(mǎn)足表面改性劑分加的要求。
五是為解決表面改性中產(chǎn)生的假團聚和硬團聚體，一定要進(jìn)行有效的分級，應有專(zhuān)用的分級設備進(jìn)行配套。
5、未來(lái)該怎么發(fā)展？
目前，國產(chǎn)的活性硅微粉產(chǎn)品因其只用硅偶聯(lián)劑簡(jiǎn)單的混合處理，效果不夠理想，粉體與樹(shù)脂混合時(shí)很容易團聚，而國外有許多專(zhuān)利提出了對硅微粉的活性處理，例如德國專(zhuān)利提出用聚硅烷和硅微粉混合，并在紫外線(xiàn)照射下攪拌，獲得活性硅微粉；日本專(zhuān)家提出硅烷二醇衍生物處理硅微粉，并在混合過(guò)程中加入催化劑，使偶聯(lián)劑對粉體的包裹均勻，從而能使環(huán)氧樹(shù)脂能與硅微粉達到理想的結合效果。
因此，我國硅微粉生產(chǎn)廠(chǎng)家在表面改性的道路上任重道遠，不僅需要上游偶聯(lián)劑廠(chǎng)家的密切配合，更需要下游應用廠(chǎng)家的通力合作。只要解決改性的技術(shù)難題，活性硅微粉的市場(chǎng)將非常值得期待。
技術(shù)咨詢(xún)和交流：18701083278（微信同號）
部分資料來(lái)源：硅烷偶聯(lián)劑用于硅微粉表面改性的機理及應用；硅微粉填料在覆銅板中應用的展望
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