硅烷偶联剂修饰改性的机理及改性绢云母的性能
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云母表面改性方法综述云母具有耐热、耐腐蚀、绝缘等优良特性,在涂料、塑胶及其他领域作为填料发挥着重要作用。
云母本身带有一定的表面亲水特性,其界面与塑料、橡胶等高分子材料的界面性质不同,相容性差,难以在基质中分散均匀,引发符合材料特定性能的降低并提高其脆度,不利于生产与生活。
这就要求我们,在对云母利用时针对其表层亲水特性进行特殊加工处理,最大限度提升其有机基质在介质中的分散特性,以此来提高其应用性能和价值。
文章介绍了云母的结构和性质,及其表面改性的方法。
叙述了当前学者主要研究的改性药剂和使用效果。
综述了当前云母表面改性存在的问题,提出了对其表面改性的展望。
标签:云母;表面改性;偶联剂;无机改性1 云母的结构、性质及应用1.1 云母结构云母是一种造岩矿物,一般呈假六方或菱形的板状、片状、柱状晶形。
云母族矿物中最常见的矿物有黑云母、白云母、金云母、锂云母、绢云母等。
云母族的化学通式为X{Y2-3[Z4O10](OH)2},其中X组阳离子主要是K+离子,有时有Na+、Ca2+、Ba2+离子等,配位数12,位于云母结构层之间,Y组阳离子主要是Al、Fe、Mg,配位数6,位于配位八面体层中,Z组阳离子主要是位于硅氧四面体层的Si和Al,配位数4,一般Al:Si=1:3,有时有Fe、Cr替代[1]。
图1为云母晶体结构示意图。
图1 云母的晶体结构1.2 云母性质及应用云母的优点在于绝缘、有光泽、耐高温、物化性能稳定,有良好的隔热性能,具有一定的弹性和韧性[2]。
云母的电绝缘性良好,绝缘强度一般为159~317kV/mm,介电常数一般为6~8。
其在100~600℃,能保持其一系列优良的物理性能,不溶解于酸,但是如果长期在沸腾的硫酸作用下,自身发生分解,而对于碱来说对云母则没有任何影响。
同时云母还具有抗射线辐射的能力和良好的防水性。
在工业上用得最多的是白云母,其次是金云母。
其广泛地应用于建材、消防、造纸、橡胶、颜料等化工工业。
绢云母表面改性的实验研究绢云母(Rheumpalmatum)是一种常见的植物,主要分布在中国、印度、新加坡和香港等地区。
绢云母的果实有极高的营养价值,它可以用来制作酒、果汁和发酵饮料,也可以用来制作药物。
此外,绢云母也能够用于表面改性。
本文将对绢云母表面改性实验的研究进行简要介绍。
由于绢云母的纤维素结合特性丰富,能够产生不同的表面性质,它被广泛用于表面改性。
表面改性的目的在于改善材料的物理性能,提高表面粗糙度,从而提供更多的附着能力。
绢云母表面改性可以通过几种不同的方法来实现,如溶剂辅助溶解、离子交换、光聚合、化学气相沉积(CVD)和湿化学沉积(WCD)等。
首先,溶剂辅助溶解法可以将绢云母表面溶解以及表面改性,可以提高表面的活性性能。
离子交换法,是将绢云母的表面改性材料,通过离子交换,使其表面有吸附性,从而改善表面的物理性质。
光聚合法是将表面改性剂与绢云母表面混合,并用光激发,使材料有吸附力。
CVD法是将表面改性剂以化学气相沉积形式改变绢云母表面的性能。
WCD法是将表面改性剂用湿化学沉积的方式,在绢云母表面形成覆盖层,从而改变表面特性。
经过上述表面改性处理后,绢云母的表面物理性质发生了明显的变化,表面毛糙度明显提高,表面磨损性也更好,抗污染性能也得到改善,可用于涂层、防护场合。
因此,对绢云母表面改性的实验研究具有重要意义。
表面改性可以在不同的材料上使用,有助于改善表面物理性质,同时可以增强表面抗污染性能。
未来,绢云母的表面改性可以用来改善制品的物理性质,提高品质,进一步拓展应用领域。
总之,绢云母表面改性的实验研究具有重要意义,可以有效改善表面物理性质,同时提高表面粗糙度,提供更多的附着能力。
未来,绢云母表面改性可以用来改善制品的物理性质,拓展应用领域,发挥更大的作用。
云母表面改性技术讨论云母粉的表面改性可分为有机表面改性和无机表面包覆(膜)改性二种工艺。
①有机表面改性有机表面改性重要针对用作聚烯烃、聚酰胺和聚脂等高分子材料加强填料的云母粉。
目的是提高云母粉与高聚物基料的相容性,改善其应用性能。
常用的表面改性剂为硅烷偶联剂、丁二烯、锆铝酸盐、有机硅(油)等。
云母粉经表面处理后,可提高材料的机械强度,并降低模塑收缩率。
有机表面改性工艺有干法和湿法二种,目前工业上大多采纳干法工艺,只有湿式研磨的超细云母粉采纳湿法改性工艺。
②无机表面改性剂无机表面改性剂重要针对用作油漆、涂料、油墨、人造革、化妆品、塑料、橡胶、玩具、印刷装潢、造纸等的云母颜料。
目的是赋于云母粉良好的光学效应和视觉效果,使制品更富颜色和更显高雅,从而提高云母粉的应用价值。
常用的表面改性剂是氧化态、氧化铬、氧化铁和氧化锆等。
这种表面改性后的云母粉的商品名称为“珠光云母”和“着色云母”。
原材料是薄片状的湿式细磨云母粉。
在云母表面包覆二氧化钛及其它氧化物以制备珠光云母和着色云母的方法是在水溶液中进行的沉淀反应。
以包覆二氧化钛为例,常用的方法有四氯化钛加碱法、有机酸钛法、热水解法和缓冲法等。
常用的包覆剂是可溶性钛盐(四氯化钛和硫酸氧钛)。
利用钛盐易水解的特点,在掌控温度和PH条件下使钛盐均匀地水解出水合氧化钛沉淀在云母片上,形成水合氧化钛包覆层,然后经洗涤、干燥、焙烧,成为锐钛型或金红石型二氧化钛包覆的云母珠光颜料。
表征珠光云母质量的重要指标是光泽(反射率和折射率)、表面包覆率以及包覆层中二氧化钛的晶型等。
影响云母珠光颜料质量的因素很多,重要有:云母的粒度、形状、比表面积表面的污染程度,水解反应的温度、时间、PH、浓度,焙烧的温度、气氛、时间和升温方式,钛盐的用量和用法等。
着色云母钛是在云母包覆了二氧化钛的基础上再用着色剂进行表面包覆处理的,因此,较之云母钛的制备工艺影响因素更多。
硅烷偶联剂的作用机理【概述】硅烷偶联剂是一类具有特殊结构的低分子有机硅化合物,其通式为RSiX3,式中R代表氨基、巯基、乙烯基、环氧基、氰基及甲基丙乙烯酰氧基等基团,这些基团和不同的基体树脂均具有较强的反应能力,X代表能够水解的基团,如卤素、烷氧基、酰氧基等。
因此,硅烷偶联剂既能与无机物中的羟基又能与有机聚合物中的长分子链相互作用,使两种不同性质的材料偶联起来,从而改善生物材料的各种性能。
因此,广泛应用在在橡胶、塑料、填充复合材料、环氧封装材料、弹性体、涂料、粘合剂和密封剂等方面。
【结构特征】硅烷偶联剂的结构通式为Y-R-Si-X3,Y代表有机官能基,R代表亚烷基,X代表能够水解的基团。
Y主要与有机聚合物反应,而可水解基团X主要控制水解速率。
在相同的水解条件下,大基团的可水解基水解速率慢;在酸性环境下,带有较长亚烷基的水解较慢,例如:可水解的烷氧基通常是乙氧基或是甲氧基,在相同的水解条件下,三甲氧基硅烷的水解速率要比三乙氧基硅烷的快。
而α-甲基丙烯酰氧基-甲基-三乙氧基硅烷在酸性溶液中其水解速率是γ-甲基丙烯酰氧基-丙基-三乙氧基硅烷的20倍。
【作用机理】硅烷偶联剂在两种不同性质材料之间的界面作用机理已有多种解释,如化学键理论、可逆平衡理论和物理吸附理论等。
但是,界面现象非常复杂,单一的理论往往难以充分说明。
通常情况下,化学键合理论能够较好地解释硅烷偶联剂同无机材料之间地作用。
根据这一理论,硅烷偶联剂在不同材料界面的偶联过程是一个复杂的液固表面物理化学过程。
首先,硅烷偶联剂的粘度及表面张力低,润湿能力较高,对玻璃、陶瓷及金属表面的接触角小,可在其表面迅速铺展开,使无机材料表面被硅烷偶联剂润湿;其次,一旦硅烷偶联剂在其表面铺展开,材料表面被浸润,硅烷偶联剂分子上的两种基团便分别向极性相近的表面扩散,由于大气中的材料表面总吸附着薄薄的水层,一端的烷氧基便水解成硅羟基,取向于无机材料表面,同时与材料表面的羟基发生水解缩聚反应;有机基团则取向于有机材料表面,在交联固化中,二者发生化学反应,从而完成了异种材料间的偶联过程。
DOI:10.3969/j.issn.1009-1815.2011.02.008第29卷第2期2011年6月胶体与聚合物Chinese Journal of Colloid &polymer Vol.29No.2Jun.2011环氧树脂(EP )具有优良的粘结、耐腐蚀、绝缘等性能,广泛用于粘合剂、涂料、绝缘材料和复合材料的制备。
因其固化物具有质脆、抗冲击性、耐湿热性差等缺点,对其进行增韧改性一直是研究的热点之一[1,2]。
其中,采用无机粉体材料填充改性是改性环氧树脂的重要方法[3]。
绢云母是一种新型非金属矿物原料,属于层片状铝钾硅酸盐,具有抗酸、抗碱的化学稳定性质以及良好的热学、电学性质和力学性能[4]。
但由于绢云母与EP 的界面相容性差,如何使无机粒子较好地均匀分散在基体中成为影响复合材料性能的关键[5~7]。
本文采用偶联剂氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)对绢云母进行表面活化改性,在固化剂甲基四氢邻苯二甲酸酐(MeTHPA )作用下进行固化,制备活化绢云母改性环氧树脂,研究其固化反应动力学。
1实验部分1.1实验原料绢云母(1250目),滁州万桥绢云母厂,工业品;环氧树脂(E-44),无锡树脂厂,工业品;氨丙基三乙氧基硅烷(KH550),张家港精细化工有限公司,工业品;甲基四氢邻苯二甲酸酐(MeTHPA ),丙酮,国药集团化学试剂有限公司,分析纯。
1.2绢云母的活化处理称取10g 绢云母和1g KH550加入到装有100g 去离子水/乙醇混合溶液(质量比4:1)的烧杯中,超声波分散一定时间后转入250mL 四口烧瓶中。
搅拌下升温至70℃,反应3h 后降温。
物料经乙醇洗涤三次,除去未反应偶联剂;产物于真空干燥箱50℃干燥至恒重,得KH550活化绢云母。
1.3活化绢云母改性环氧树脂的制备将计量的改性绢云母(质量分数分别为1%,3%,5%,7%)与丙酮混合,超声分散10min 后加入到环氧树脂中,80℃下磁力搅拌3h ,冷却至室温,按等摩尔比加入固化剂MeTHPA ,充分搅拌均匀,待试样中不再有新的气泡冒出时,将试样浇注到预先准备好的模具中,抽真空30min ,试样置真空干燥箱中130℃固化下4h ,得活化绢云母改性环氧树脂。