Debido a la naturaleza hidrofílica de las superficies de polvo de cuarzo, es difícil compatibilizarlo con polímeros orgánicos. Por lo tanto, modificación de la superficie del polvo de cuarzo es necesaria para cambiar sus propiedades de hidrofílica a hidrofóbica. Esto mejora la humectabilidad de las partículas de polvo de cuarzo, facilitando su dispersión en compuestos orgánicos.
Principio de la modificación de la superficie del cuarzo
En general, cuanto más finas sean las partículas de polvo de cuarzo, mayor será la superficie específica y más grupos hidroxilo activos en la superficie, haciéndolo más reactivo. Después de la modificación, el efecto se mejora. Los minerales silicatados como el cuarzo, cuando se trituran mecánicamente, generan radicales libres o iones en la superficie recién formada. Bajo condiciones externas, en la superficie se forman grupos como Si-OH, Si-O-Si y Si-OH···H. Estos grupos pueden unirse fácilmente con grupos funcionales extraños, logrando el objetivo de la modificación y proporcionando una base para la modificación superficial. En el la modificación proceso, factores como la temperatura, la elección y cantidad del modificador, el método de tratamiento y el proceso de modificación son los principales factores que afectan el efecto de la modificación.
Método de modificación
Existen muchos métodos para la modificación orgánica modificación superficial del polvo de cuarzo, pero confiar únicamente en la adsorción física en la superficie del polvo de cuarzo resulta en efectos de modificación pobres. Puede desprenderse fácilmente durante procesos como agitación y lavado, y no puede mejorar significativamente el rendimiento del producto en la aplicación.
La modificación por energía alta tiene costos elevados, es técnicamente compleja y difícil de lograr en la producción industrial.
La modificación química mecánica implica moler mecánicamente el polvo para crear sitios activos temporales en la superficie, reduciendo la energía de activación para la modificación superficial.
La modificación por recubrimiento químico es el método más utilizado para la modificación superficial del polvo de cuarzo. Esto incluye la modificación con agentes acoplantes y el injerto de polímeros. El mecanismo de unión implica formar enlaces covalentes con la superficie del polvo de cuarzo. En la modificación con agentes acoplantes, la hidrólisis del agente genera grupos silanol.
Estos grupos sufren condensación por deshidratación con los grupos hidroxilo de la sílice en la superficie del polvo de cuarzo para formar enlaces covalentes. Este método es rentable, proporciona efectos de modificación altos y el producto modificado mantiene un rendimiento estable durante más tiempo.
Proceso de modificación
En la producción industrial, se utiliza principalmente la modificación mecánica en seco. El modificador se rocía durante el molido, lo que acorta el proceso industrial. Este método genera sitios activos temporales y altas temperaturas, facilitando la modificación superficial. El producto no necesita deshidratación ni secado. Sin embargo, el efecto de la modificación es significativamente peor en comparación con los métodos húmedos. La modificación es difícil de lograr de manera uniforme, y las temperaturas altas localizadas pueden dañar el modificador.
El control del proceso también es desafiante. Después de la modificación en seco, el polvo de cuarzo se considera un producto grueso en aplicaciones industriales. Se usa ampliamente en plásticos, materiales de construcción y la industria del caucho. La modificación húmeda implica remojar, calentar, agitar y deshidratar el polvo de cuarzo con reactivos. Es más complejo que los métodos en seco, pero ofrece mejores efectos de modificación. Generalmente se usa en industrias de alta gama como películas y recubrimientos.
El proceso de modificación compuesta mecanoquímica y de recubrimiento químico implica agregar modificadores durante el molido. El proceso combina molido fino y superfino. A medida que disminuye el tamaño de partícula de la arena de cuarzo, ocurre la modificación superficial. Este proceso de modificación compuesta es simple. Algunos modificadores también ayudan en el molido, mejorando la eficiencia de trituración. Sin embargo, el control de temperatura es difícil. Las partículas se trituran continuamente, generando nuevas superficies. El recubrimiento del modificador puede no ser uniforme. Además, las altas temperaturas generadas por el equipo pueden descomponer los modificadores o dañar su estructura molecular.
El proceso de modificación compuesta por secado y recubrimiento químico implica agregar modificadores durante el proceso de secado en polvo húmedo. Este es un proceso compuesto donde la deshidratación y la modificación superficial ocurren simultáneamente. El proceso de secado opera a altas temperaturas (por encima de 200°C).
Modificador
Los principales modificadores para la modificación del polvo de cuarzo incluyen agentes acoplantes de silano, agentes acoplantes de aluminato y agentes acoplantes de titanato. Ácidos grasos y algunos tensioactivos catiónicos (como el bromuro de hexadeciltrimetilamonio) son comúnmente utilizados para la modificación superficial en la industria. Estos modificadores son de bajo costo y fáciles de aplicar, pero el efecto de modificación es generalmente promedio, resultando en productos de grado grueso. Los agentes acoplantes de silano proporcionan el mejor efecto de modificación superficial para el polvo de cuarzo, pero son más caros. Los agentes acoplantes de aluminato y titanato son de menor costo y más fáciles de aplicar, pero su efecto de modificación no es tan bueno como el de los agentes de silano.
La modificación de la superficie del polvo de cuarzo con polisiloxano modificado puede alterar eficazmente sus propiedades superficiales. Esto reduce el uso de resina en el procesamiento de piedra de cuarzo artificial. Como resultado, el costo de producción de losas de piedra de cuarzo artificial se reduce significativamente.
El uso de molienda mecánica en molino de bolas aumenta las oportunidades de contacto y colisión entre el polisiloxano modificado y el polvo de cuarzo. Esto promueve la reacción de modificación y logra resultados excelentes.
Considerando el valor de absorción de aceite, viscosidad, tiempo de penetración y factores de costo económico, la dosis óptima de polisiloxano modificado es de 3.5‰.
Conclusión
Actualmente, la demanda de polvo de cuarzo modificado se está desplazando hacia tamaños de partícula ultrafinos. El polvo de cuarzo nano tiene una estructura de red tridimensional. Esto le confiere propiedades únicas, haciéndolo insustituible en muchas aplicaciones. Tiene un pronóstico de desarrollo prometedor. Con actualizaciones continuas en el equipo de producción, las tecnologías de modificación de alta gama se industrializarán. Esto ampliará en gran medida su rango de aplicaciones.
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