En raison de la nature hydrophile des surfaces de la poudre de quartz, il est difficile de la compatibiliser avec les polymères organiques. Par conséquent, modification de la surface de la poudre de quartz est nécessaire pour changer ses propriétés de hydrophile à hydrophobe. Cela améliore l'aptitude à l'adhérence des particules de poudre de quartz, facilitant leur dispersion dans les composés organiques.
Principe de la modification de la surface du quartz
En général, plus les particules de poudre de quartz sont fines, plus la surface spécifique est grande et plus il y a de groupes hydroxyles actifs à la surface, ce qui les rend plus réactives. Après modification, l'effet est amélioré. Les minéraux silicatés comme le quartz, lorsqu'ils sont broyés mécaniquement, génèrent des radicaux libres ou des ions sur la surface nouvellement formée. Dans des conditions extérieures, des groupes comme Si-OH, Si-O-Si, et Si-OH···H se forment à la surface. Ces groupes peuvent facilement se lier avec des groupes fonctionnels étrangers, réalisant ainsi l'objectif de modification et fournissant une base pour la modification de surface. Dans le modification processus, des facteurs tels que la température, le choix et la quantité de modificateur, la méthode de traitement et le processus de modification sont les principaux facteurs influençant l'effet de la modification.
Méthode de modification
Il existe de nombreuses méthodes pour la modification organique la modification de surface de la poudre de quartz, mais se fier uniquement à l'adsorption physique à la surface de la poudre de quartz entraîne de faibles effets de modification. Elle peut facilement se détacher lors de processus tels que le mélange et le lavage, et ne peut pas améliorer significativement la performance du produit en application.
La modification par haute énergie a des coûts élevés, est techniquement complexe, et est difficile à réaliser en production industrielle.
La modification chimico-mécanique consiste à broyer mécaniquement la poudre pour créer des sites actifs temporaires à la surface, réduisant ainsi l'énergie d'activation pour la modification de surface.
La modification par revêtement chimique est la méthode la plus couramment utilisée pour la modification de surface de la poudre de quartz. Cela inclut la modification par agent de couplage et la greffe de polymère. Le mécanisme de liaison implique la formation de liaisons covalentes avec la surface de la poudre de quartz. Lors de la modification par agent de couplage, l'hydrolyse de l'agent de couplage génère des groupes silanol.
Ces groupes subissent une condensation par déshydratation avec les groupes hydroxyles de la silice à la surface du quartz pour former des liaisons covalentes. Cette méthode est économique, offre des effets de modification élevés, et le produit modifié conserve une performance stable plus longtemps.
Processus de modification
En production industrielle, la modification mécanique à sec est principalement utilisée. Le modificateur est pulvérisé lors du broyage, ce qui raccourcit le processus industriel. Cette méthode génère des sites actifs temporaires et des températures élevées, facilitant la modification de surface. Le produit n'a pas besoin de déshydratation ni de séchage. Cependant, l'effet de modification est nettement moins bon comparé aux méthodes humides. La modification est difficile à réaliser uniformément, et des températures localisées élevées peuvent endommager le modificateur.
Le contrôle du processus est également difficile. Après modification à sec, la poudre de quartz est considérée comme un produit grossier dans les applications industrielles. Elle est largement utilisée dans les industries des plastiques, des matériaux de construction et du caoutchouc. La modification humide implique un trempage, un chauffage, un mélange et une déshydratation de la poudre de quartz avec des réactifs. Elle est plus complexe que les méthodes à sec mais offre de meilleurs effets de modification. Elle est généralement utilisée dans des industries haut de gamme comme les films et les revêtements.
Le processus de modification composite par mécanochimie et revêtement chimique consiste à ajouter des modificateurs lors du broyage. Le processus combine un broyage fin et un broyage ultrafin. À mesure que la taille des particules de sable de quartz diminue, la modification de surface se produit. Ce processus de modification composite est simple. Certains modificateurs assistent également le broyage, améliorant l'efficacité de la fragmentation. Cependant, le contrôle de la température est difficile. Les particules sont continuellement broyées, générant de nouvelles surfaces. Le revêtement du modificateur peut ne pas être uniforme. De plus, les températures élevées générées par l'équipement peuvent décomposer les modificateurs ou endommager leur structure moléculaire.
Le processus de modification composite par séchage et revêtement chimique consiste à ajouter des modificateurs lors du processus de séchage de la poudre humide. Il s'agit d'un processus composite où la déshydratation et la modification de surface se produisent simultanément. Le processus de séchage fonctionne à une température élevée (au-dessus de 200°C).
Modificateur
Les principaux modificateurs pour la modification de la poudre de quartz incluent les agents de couplage à base de silane, les agents de couplage à base d'aluminate, et les agents de couplage à base de titanate. Les acides gras et certains tensioactifs cationiques (tels que le bromure de hexadécyltriméthylammonium) sont couramment utilisés pour la modification de surface dans l'industrie. Ces modificateurs sont peu coûteux et simples à appliquer, mais l'effet de modification est généralement moyen, produisant des produits de grade grossier. Les agents de couplage à base de silane offrent le meilleur effet de modification de surface pour la poudre de quartz mais sont plus coûteux. Les agents de couplage à base d'aluminate et de titanate sont moins chers et plus faciles à appliquer, mais leur effet de modification n'est pas aussi bon que celui des agents de couplage à base de silane.
La modification de la surface de la poudre de quartz avec du polysiloxane modifié peut efficacement changer ses propriétés de surface. Cela réduit l'utilisation de résine dans le traitement de la pierre de quartz artificielle. En conséquence, le coût de production des plaques de quartz artificiel est considérablement réduit.
L'utilisation du broyage mécanique par boule augmente les opportunités de contact et de collision entre le polysiloxane modifié et la poudre de quartz. Cela favorise la réaction de modification et obtient d'excellents résultats.
En tenant compte de la valeur d'absorption d'huile, de la viscosité, du temps de pénétration et des facteurs de coût économique, la dose optimale de polysiloxane modifié est de 3,5‰.
Conclusion
Actuellement, la demande de poudre de quartz modifiée se tourne vers des tailles de particules ultrafines. La poudre de quartz nano possède une structure en réseau tridimensionnel. Cela lui confère des propriétés uniques, la rendant irremplaçable dans de nombreuses applications. Elle a un avenir de développement prometteur. Avec des mises à jour continues des équipements de production, les technologies de modification haut de gamme deviendront industrialisées. Cela élargira considérablement son champ d'application.
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