Oberflächenmodifikationstechnologie für Quarzsand

Aufgrund der hydrophilen Natur der Oberflächen von Quarzpulver ist es schwierig, eine Kompatibilität mit organischen Polymeren herzustellen. Daher ist Oberflächenmodifikation von Quarzpulver erforderlich, um seine Eigenschaften von hydrophil zu hydrophob zu ändern. Dies verbessert die Benetzbarkeit der Quarzpartikel, wodurch sie leichter in organischen Verbindungen dispergiert werden können.

Prinzip der Oberflächenmodifikation von Quarz

Im Allgemeinen gilt: Je feiner die Quarzpulverpartikel, desto größer die spezifische Oberfläche und die mehr surface-aktive Hydroxylgruppen, was sie reaktiver macht. Nach der Modifikation wird die Wirkung verbessert. Silikatmineralien wie Quarz erzeugen beim mechanischen Zerkleinern freie Radikale oder Ionen auf der neu gebildeten Oberfläche. Unter äußeren Bedingungen entstehen Gruppen wie Si-OH, Si-O-Si und Si-OH···H auf der Oberfläche. Diese Gruppen können leicht mit fremden funktionellen Gruppen binden, wodurch das Ziel der Modifikation erreicht wird und eine Grundlage für die Oberflächenmodifikation geschaffen wird. Im Modifikation Prozess sind Faktoren wie Temperatur, Wahl und Menge des Modifikators, Behandlungsmethode und Modifikationsprozess die Hauptfaktoren, die die Modifikation beeinflussen.

Modifikationsmethode

Es gibt viele Methoden für organische Oberflächenmodifikation von Quarzpulver, aber die ausschließliche physikalische Adsorption auf der Oberfläche des Quarzpulvers führt zu schlechten Modifikationseffekten. Es kann während Prozessen wie Rühren und Waschen leicht abgelöst werden und kann die Produktleistung in der Anwendung nicht wesentlich verbessern.
Hochenergie-Modifikation ist kostenintensiv, technisch komplex und in der industriellen Produktion schwer umzusetzen.

Mechanisch-chemische Modifikation beinhaltet das mechanische Mahlen des Pulvers, um temporäre aktive Stellen auf der Oberfläche zu schaffen, wodurch die Aktivierungsenergie für die Oberflächenmodifikation reduziert wird.

Chemische Beschichtungsmodifikation ist die am häufigsten verwendete Methode zur Oberflächenmodifikation von Quarzpulver. Dazu gehören Kopplermittelmodifikation und Polymer-Grafting. Der Bindungsmechanismus umfasst die Bildung kovalenter Bindungen mit der Oberfläche des Quarzpulvers. Bei der Kopplermittelmodifikation führt die Hydrolyse des Kopplermittels zur Bildung von Silanolgruppen.

Diese Gruppen durchlaufen Dehydratisierungs-Kondensation mit den Silicohydroxygruppen auf der Oberfläche des Quarzpulvers, um kovalente Bindungen zu bilden. Diese Methode ist kostengünstig, bietet hohe Modifikationseffekte, und das modifizierte Produkt behält eine stabile Leistung über längere Zeit bei.

Modifikationsprozess

In der industriellen Produktion wird hauptsächlich die mechanische Trocknungsmodifikation verwendet. Der Modifikator wird während des Mahlens eingespritzt, was den industriellen Prozess verkürzt. Diese Methode erzeugt temporäre aktive Stellen und hohe Temperaturen, was die Oberflächenmodifikation erleichtert. Das Produkt muss nicht dehydriert oder getrocknet werden. Allerdings ist der Modifikationseffekt deutlich schlechter im Vergleich zu Nassverfahren. Die Modifikation ist schwer gleichmäßig zu erreichen, und lokale hohe Temperaturen können den Modifikator beschädigen.
Die Kontrolle des Prozesses ist ebenfalls schwierig. Nach der Trocknung wird das Quarzpulver in industriellen Anwendungen als grobes Produkt betrachtet. Es wird häufig in der Kunststoff-, Bau- und Gummiindustrie eingesetzt. Die Nassmodifikation umfasst das Einweichen, Erhitzen, Rühren und Dehydratisieren des Quarzpulvers mit Reagenzien. Es ist komplexer als Trocknungsverfahren, bietet jedoch bessere Modifikationseffekte. Es wird in der Regel in hochwertigen Industrien wie Folien und Beschichtungen eingesetzt.

Der mechanochemische und chemische Beschichtungs-Composite-Modifikationsprozess umfasst die Zugabe von Modifikatoren während des Mahlens. Der Prozess kombiniert Fein- und Superfeinmahlung. Mit abnehmender Korngröße des Quarzsandes erfolgt die Oberflächenmodifikation. Dieser Composite-Modifikationsprozess ist einfach. Einige Modifikatoren unterstützen auch das Mahlen und verbessern die Zerkleinerungseffizienz. Allerdings ist die Temperaturkontrolle schwierig. Die Partikel werden kontinuierlich zerkleinert, wodurch neue Oberflächen entstehen. Die Beschichtung des Modifikators ist möglicherweise nicht gleichmäßig. Zudem können durch die hohe Temperatur, die die Ausrüstung erzeugt, Modifikatoren zersetzt oder ihre Molekularstruktur beschädigt werden.

Der Trocknungs- und chemische Beschichtungs-Composite-Modifikationsprozess umfasst die Zugabe von Modifikatoren während des Nasspulvertrocknungsprozesses. Dies ist ein Composite-Prozess, bei dem Dehydratisierung und Oberflächenmodifikation gleichzeitig stattfinden. Der Trocknungsprozess arbeitet bei hohen Temperaturen (über 200°C).

Modifikator

Die wichtigsten Modifikatoren für die Quarzpulvermodifikation umfassen Silan-Kopplermittel, Aluminat-Kopplermittel und Titanat-Kopplermittel. Fettsäuren und einige kationische Tenside (wie Hexadecyltrimethylammoniumbromid) werden in der Industrie häufig für die Oberflächenmodifikation verwendet. Diese Modifikatoren sind kostengünstig und einfach anzuwenden, aber der Modifikationseffekt ist im Allgemeinen durchschnittlich, was zu grobkörnigen Produkten führt. Silan-Kopplermittel bieten den besten Oberflächenmodifikationseffekt für Quarzpulver, sind jedoch teurer. Aluminat- und Titanat-Kopplermittel sind kostengünstiger und einfacher anzuwenden, aber ihr Modifikationseffekt ist nicht so gut wie der von Silan-Kopplermitteln.

Die Oberflächenmodifizierung von Quarzpulver mit modifiziertem Polysiloxan kann dessen Oberflächeneigenschaften effektiv verändern. Dies reduziert den Harzverbrauch bei der Verarbeitung von künstlichem Quarzstein. Infolgedessen werden die Produktionskosten von künstlichen Quarzsteinplatten erheblich gesenkt.

Die Verwendung von mechanischer Kugelmühle erhöht die Kontakt- und Kollisionsmöglichkeiten zwischen modifiziertem Polysiloxan und Quarzpulver. Dies fördert die Modifikationsreaktion und erzielt hervorragende Ergebnisse.

Unter Berücksichtigung des Ölabsorptionswertes, der Viskosität, der Penetrationszeit und der Wirtschaftlichkeitsfaktoren beträgt die optimale Dosierung von modifiziertem Polysiloxan 3,5 ‰.

Fazit

Derzeit verlagert sich die Nachfrage nach modifiziertem Quarzpulver hin zu ultrafeinen Partikelgrößen. Nano-Quarzpulver hat eine dreidimensionale Netzwerkstruktur. Dies verleiht ihm einzigartige Eigenschaften, die es in vielen Anwendungen unersetzlich machen. Es hat eine vielversprechende Entwicklungsperspektive. Mit kontinuierlichen Aktualisierungen der Produktionsanlagen werden High-End-Modifikationstechnologien industrialisiert. Dies wird seinen Anwendungsbereich erheblich erweitern.

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