硅烷偶联剂对金刚石表面改性研究

偶联剂处理对金刚石树脂砂轮磨削性能的影响本实验采用NaOH溶液对金刚石磨料进行了预处理,并用硅烷偶联剂进行表面改性,对改性后的金刚石磨料制造的树脂砂轮的磨削比和磨削效率进行了研究。

结果表明,在干磨的条件下,改性后的金刚石磨料对砂轮磨削比的提高显著,磨削效率基本不变。

通过显微镜观察磨削后的砂轮表面形貌,发现树脂对改性后的金刚石颗粒把持力增大,磨粒脱落减少,与仅用硅烷偶联剂处理的金刚石砂轮相比,其磨削比提高了50%。

0 引言树脂基金刚石砂轮因其自锐性好、磨削效率高等优点而被广泛应用于陶瓷、玻璃、硬质合金等硬脆材料的磨削加工中。

目前,世界上60%以上的磨料级金刚石用于制造树脂基金刚石砂轮。

然而,由于金刚石的化学稳定性极好,在常温下,金刚石对酸、碱、盐等化学试剂都表现为惰性,因此,树脂与金刚石颗粒之间的结合性能不理想。

研究表明在干磨硬质合金时,大约有70%的磨粒没有获得充分利用而直接脱落。

目前常用的处理方法如镀铜、镀镍等虽然能改善树脂与金刚石颗粒之间的浸润性,但多是机械嵌合,难以形成化学键的结合,而且还会影响金刚石磨粒的自锐性,在磨削过程中增加了动力消耗(约10%~20%)。

磨料级的金刚石多为人造金刚石,合成过程中的高温高压环境使得金刚石晶体存在较多的缺陷,含有-COOH、-OH等基团。

因次,可以使用偶联剂进行表面处理,改善其与树脂的浸润性。

目前关于偶联剂处理金刚石磨料的文献所见较少,而且文献中所采用的处理方法均为单独使用偶联剂处理,未对金刚石进行预处理,处理工艺杂乱,改性效果不稳定,对砂轮的性能提升不明显。

本实验采用NaOH溶液对金刚石磨料进行了预处理,然后用硅烷偶联剂进行表面改性。

将改性后的磨料制成砂轮然后对其磨削性能进行了测试,并与未经任何处理的磨料、仅用NaOH溶液处理的磨料和仅用硅烷偶联剂处理的磨料进行了对比。

1 实验部分1.1 实验材料1.2 仪器与分析表征(1)砂轮的压制使用MYS-100型热压机,砂轮二次固化在电热干燥箱中进行。

矿产综合利用Multipurpose Utilization of Mineral Resources第1期2021年2月·193·硅烷偶联剂KH 570对电气石表面改性条件优化与表征安文峰，胡应模，张丹丹，李苗苗（中国地质大学(北京)材料科学与工程学院，非金属矿物和固废资源材料化利用北京市重点实验室，岩石矿物材料国家专业实验室，北京 100083）摘要：以KH 570为改性剂，采用湿法改性的方法，在中性条件下对电气石进行表面改性，以改性产物的接触角和吸油值为参数，对改性的工艺条件进行了优化。

结果表明，在改性剂KH 570用量为0.12 mL/g 、醇水比为1:5时，在90℃下与10 g 电气石反应2 h 得到具有优良疏水性能的改性电气石，其接触角为93接。

采用IR 、XRD 、SEM 对改性电气石的结构与形貌进行了表征，结果表明，电气石经过改性后，表面成功地接入了含有双键的有机链，改性前后电气石的晶体结构没有发生变化，而改性后电气石的团聚现象大大降低，分散性增加。

关键词：电气石；KH 570；表面改性；可聚合有机化电气石doi:10.3969/j.issn.1000-6532.2021.01.032中图分类号：TD989 文献标志码：A 文章编号：1000-6532（2021）01-0193-06收稿日期：2019-08-27；改回日期：2019-09-24基金项目：国家自然科学基金赞助（51372233）作者简介：安文峰（1995-），男，在读硕士，研究方向为矿物表面改性及其功能聚合物的合成。

通讯作者：胡应模（1964-），男，教授，博导，研究方向为矿物材料的改性及其功能复合材料。

电气石是非金属矿物领域中较为重要的一类非可再生硅酸盐类矿物[1]。

它广泛分布于沉积岩、变质岩、火成岩、伟晶岩发育地区及气成高温热液矿床中，与绿柱石、黄玉、云母等矿物共生[2]，因其所处环境的差异，其内部化学组成与结构差异也较大，一般来说，除硼元素外，还含有钠、镁、铝等其他金属元素[3]。

1. 前言自从1982年前苏联科学家采用爆轰法合成纳米金刚石以来，由于纳米超细金刚石(Ultra-fine Diamond,简称UFD)具有其他纳米固体粒子所不具备的高硬度﹑高的导热性﹑高的耐磨性﹑极佳的化学稳定性，所以纳米金刚石方面的研究一直是当前的研究热点。

目前对纳米金刚石的提纯工艺已经非常的成熟，通过液相氧化法和气相氧化法的纯化处理可以得到纯度超过95%以上的超细金刚石粉[1-2]。

但在实际应用中并没有得到大量的应用，这主要是因为纳米金刚石具有很高的比表面能，处于一种热力学不稳定状态，在爆轰金刚石的合成和后处理的过程中都容易形成团聚体。

在制备悬浮液体系中，纳米金刚石的团聚也很严重，会发生明显的絮凝和沉降。

所以纳米金刚石的解团聚及其在不同介质中的分散是一个技术的瓶颈。

对于这一技术难题，国内外的很多研究人员做了大量的工作，得出了非常有益的经验。

本文将从纳米金刚石悬浮液的分散原理和制备方法两个方面进行综述。

2. 悬浮液的分散原理超细粉体在液相中的分散包括三个阶段：1颗粒在液相中的润湿过程；2团聚体在外力的作用下被打散，形成单个的小颗粒或很小的团聚体的过程；3单个颗粒或小团聚体的分散稳定，防止再次的团聚沉降。

悬浮液颗粒分散的两个基本原则[3]：1润湿原则就是颗粒必须被液体介质润湿，从而能很好的浸没在液体介质中。

选择分散介质的基本原则是粉体颗粒易于在非极性分散介质中分散，极性粉体颗粒易于在极性分散介质中分散，即所谓的极性相同原则。

Voznyakovskii A P等[4]认为介质的极性对纳米金刚石颗粒的悬浮的稳定性和介质中的粒度分布都有很大的影响，在不同的介质中，如果介质的极性越小，则悬浮液中的颗粒的分散性就越差。

同时，在介质的调整组时，向较小极性的介质中添加较大极性的物质，将有利于纳米金刚石在介质中的稳定分散2表面张力原则就是颗粒之间的总表面力必须是一个较大的正值，从而使颗粒之间的相互排斥力足够强从而防止颗粒相互接触而团聚沉降。

改性剂用量对沉降体积的影响改性剂用量与沉降体积的关系曲线，见图1。

从图1可看出，沉降体积随着改性剂用量的增加而增加，但是提高幅度不是很大。

在实际应用中真正起到改性作用的是少量的改性剂所形成的单分子层，因此过多的增加改性剂的用量是不必要的，不仅会在粒子间搭桥导致絮凝，使稳定性变差，而且还增加不必要的经济付出。

实验所选择的硅烷偶联剂的用量在1%~2%。

2.2 改性时间对沉降体积的影响实验结果见图2。

从图2可看出，当改性时间为10min时，沉降体积达到极大值，然后随着改性时间的增加，沉降体积缓慢下降。

在改性时间为30min 和60min时，均保持在一个相对稳定的水平。

但是改性时间为40min时出现异常，沉降体积大幅度下降。

硅烷偶联剂对高岭土进行表面改性，理论上以化学键合作用为主，改性效果不会出现较大的变化，出现异常的原因还有待进一步的研究。

2.3 改性温度对沉降体积的影响采用硅烷偶联剂作为改性剂时，为了保证较好的改性效果，需要确定适宜的表面改性温度。

改性温度对沉降体积的影响，见图3。

从图3可看出，沉降体积随改性温度的增加而增加。

当温度升高至90℃时，沉降体积达到最大值14.4ml。

继续提高温度，则沉降体积下降。

因此，改性剂对高岭土的最佳改性温度为90℃。

沉降性能分析称取2g改性前后的纳米高岭土，置于50ml液体石蜡中，磁力搅拌10min，倒入刻度试管，静置观察沉降性能。

纳米高岭土在液体石蜡中的沉降体积随时间的变化关系，见图4。

从图4可看出，未经改性的纳米高岭土由于表面具有亲水性，在有机相中倾向于团聚，大粒子沉降较快，小粒子被沉降较快的大粒子所夹带，所以在开始的时间内沉降很快，沉降速度随时间增加逐渐减慢；而高岭土经过改性处理后，表面呈现亲有机性，在有机相中倾向于分散均匀，所以在开始的时间内沉降速度较未改性高岭土慢。

随着沉降时间的增加，沉降体积均达到平衡。

未改性高岭土的平衡沉降体积为13.4ml，而经过硅烷偶联剂改性处理后，样品的平衡沉降体积为21.3ml。

硅烷化处理及其在金属表面处理中的应用分析作者：汪洋包英俊来源：《科学与信息化》2020年第21期摘要工业生产中，将耐腐蚀的有机物涂覆在金属表面，经固化成膜后制备的有机涂层具有屏蔽、缓蚀及电化学保护三方面的作用，防腐效果好。

由于涂料具有选择性宽、可用范围广、节约能源、应用施工方便等优点，是现今最有效、最经济和研究最多的表面防护方法之一。

对工作表面进行强化热处理，可在不改变零件内部组织和性能的前提下，达到工作心部与表层在组织结构、性能等的最佳配合。

本文结合硅烷化处理剂的制备及金属表面处理方法的对比，来分析硅烷化处理方法的优势和应用情况。

关键词硅烷化;金属表面;处理工艺;应用分析金属表面镀层具有防腐蚀，提高耐磨性、导电性及增加美观等作用。

钢结构经热镀锌处理后，在室外环境下，标准厚度的锌层可保持年不必修补，广泛应用于铁塔、铁路、公路保护、船用构件、建筑钢结构的防腐处理。

表面处理是指在基体材料表面上人工制备一层与基体的机械、物理和化学性能不同的表层的工艺[1]。

磷化和钝化工艺是目前最典型、广泛应用的表面处理工艺。

表面处理技术对金属保护起到了明显的作用，但也存在不少问题。

例如，有机涂层中毒性挥发成分对人体有严重危害，喷砂处理会产生大量粉尘，铬酸盐处理和磷化工艺均存在较为严重的环境污染等问题。

因此，开展硅烷化处理剂的制备研究并将其应用在金属表面的处理过程中会改变当前传统的处理模式，更加环保节能。

1 硅烷化处理的原理硅烷化处理是以有机硅烷为主要原料对金属或非金属材料进行表面处理的过程，该过程通过引入硅烷基与基材形成共价键连接，在金属表面形成高致密的保护膜。

硅烷是一类含硅基的有机/无机杂化物，其基本分子式为X-R-SiY3，其中的Y指的是与硅原子连接的可水解基团，其中R则是指非水解脂肪族链，其中的X指的是可以和有机材料实现反应的基团，例如乙烯基以及氨基等[2]。

金属表面硅烷化试剂可以在极难融合的环境下，将有机物以及材料进行连接，要想将这一过程实现全面的分析和研究，仅凭单一的理论内容很难完整，因此要将各理论有机统一，并对金属处理技术的作用进行分析，这样才能使技术分析更为科学合理。

硅烷偶联剂KH570对石英砂的表面改性工艺研究
李建强;汪本高
【期刊名称】《非金属矿》
【年(卷),期】2013(036)002
【摘要】以石英矿为改性原料,选用硅烷偶联剂KH570为改性剂,分别采用干法工艺和湿法工艺对石英砂粉体进行表面改性.得出干法改性最优条件为:硅烷偶联剂KH570水解配比为KH570、乙醇与水质量比1∶10∶1,改性剂用量1.2％,改性时间80 min;湿法改性最优工艺条件为:改性剂用量5.0％,改性温度70℃,改性时间100 min.红外光谱和扫描电镜分析表明,硅烷偶联剂KH570包覆在石英砂表面,改性后石英砂分散性得到了很好改善,湿法改性效果优于干法改性.
【总页数】4页(P26-29)
【作者】李建强;汪本高
【作者单位】成都理工大学材料与化学化工学院,四川成都610059;成都理工大学材料与化学化工学院,四川成都610059
【正文语种】中文
【中图分类】TD973+.3
【相关文献】
1.硅烷偶联剂对石英砂滤料的表面改性 [J], 包彩霞;未碧贵;常青
2.硅烷偶联剂KH570对纳米SiO2的表面改性及其分散稳定性 [J], 苏瑞彩;李文芳;彭继华;杜军
3.二元协同体系(KH570和正硅酸乙酯)对纳米片状铝粉表面改性及性能研究 [J], 陈祥迎;许冬;陈颖;韩夏
4.硅烷偶联剂对集料表面改性的制备及性能表征 [J], 吕松涛; 樊现鹏; 鲁巍巍; 刘泓霖
5.硅烷偶联剂KH 570对电气石表面改性条件优化与表征 [J], 安文峰;胡应模;张丹丹;李苗苗
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

纳米金刚石应用及分散方法简介金刚石粉体在工业上作为一种超硬材料，被广泛应用于切削、磨削、耐磨涂层、抛光等领域。

本文将重点介绍纳米金刚石微粉在抛光领域的应用及其分散方法。

欧美俄等国开展纳米金刚石研究较早，具备了纳米金刚石抛光液、抛光膏的生产能力，国内在纳米金刚石抛光液制备领域的研究刚起步。

技术水平与国外相比还有一定的差距。

一、纳米金刚石在抛光领域应用简介纳米金刚石抛光液以其优异的性能广泛应用于半导体硅片抛光、计算机硬盘基片、计算机顶头抛光、精密陶瓷、人造晶体、硬质合金、宝石抛光等领域。

俄罗斯用纳米金刚石抛光石英、光学玻璃等，其抛光表面粗糙度达到1nm.纳米金刚石的应用显示出很多优点。

由于超细、超硬，使得光学抛光中的难题迎刃而解。

精细抛光是光学抛光中的难题，原工艺方法是把磨料反复使用，需要几十小时，效率很低。

现在使用了纳米金刚石，使抛光速度大大提高。

抛光相同的工件所需的时间仅需十几小时至几十分钟，效率提高数十倍至数百倍。

二、纳米金刚石分散问题探讨纳米金刚石颗粒表面的大量原子悬空键使其化学活性大大提高，非常大的表面积，使其有巨大的表面能，容易形成硬的难以解聚的团聚体是不可避免的。

所以纳米金刚石在介质中散稳定性差，容易发生团聚，使其在应用过程中受到严重制约。

也就是说，纳米金刚石抛光液制备的关键技术是纳米金刚石在介质中的长期稳定分散及粒度的均一性、这是一道世界性技术难题。

纳米金刚石干粉团粒度平均达2μm.纳米金刚石表而含有大量有机官能团，主要为一OH（羟基）、一C=O（羰基）、一COOH（羧基）以及一些含氮的基团，所占面积可达颗粒表面的10%~25%.这些含氧活性基团和含氮活性物质可与许多有机化合物反应或吸附。

为纳米金刚石在油或水介质中的分散提供了基础。

纳米金刚石的分散技术一般分物理分散和化学分散。

物理分散又可分为超声分散、机械搅拌分散和机械研磨分散。

化学分散又可分为化学改性分散、分散剂分散。

纳米金刚石抛光液的分散过程就是使纳米金刚石聚集体在抛光液中呈原始单体状态弥散分布于液相的过程。

硅烷偶联剂用于非金属粉体表面改性的机理及应用中应注意的
问题
李宝智;王文利
【期刊名称】《中国粉体工业》
【年(卷),期】2006(000)004
【摘要】非金属粉体的表面改性,一定要以表面改性的机理为依据,同时考虑下游有机高分子制品的基材、主体配方及技术要求,经综合考虑选择合理的改性剂,并在此基础上确定表面改性工艺,选择和配套表面改性设备。

本文主要阐述了硅烷偶联剂的结构、作用机理及选择的原则。

还对表面改性的工艺及改性设备的确定与选择进行了较详细的介绍。

【总页数】3页(P)
【作者】李宝智;王文利
【作者单位】包头瑞智表面改性剂厂;建筑材料工业技术情报研究所;100024
【正文语种】中文
【中图分类】TB44
【相关文献】
1.硅烷偶联剂在硅酸盐矿物粉体表面改性中的应用 [J], 李宝智
2.填料塔应用于烟道气治理时设计中应注意的问题探讨 [J], 王家德;陈建孟
3.硅烷偶联剂用于非金属粉体表面改性的机理及应用中应注意的问题 [J], 李宝智
4.在非匀质波动中应用拉格朗日函数平均法应注意的问题 [J], 朱飙;王振会
5.多媒体技术应用于英语教学中应注意的问题 [J], 高玉香
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。