硅灰石表面改性研究

    硅灰石是一种钙的偏硅酸盐类矿物，天然产出的硅灰石通常呈纤维状、针状或放射状集合体。由于其无毒，具有低吸油性、低吸水性、热稳定性和化学稳定性、白度高等物化性质，硅灰石被广泛应用在建筑陶瓷、涂料、塑料、橡胶、冶金和耐火材料等工业部门，尤其是它与有机高分子材料的复合更为引人注目。我国硅灰石的储量居世界首位，年开采量为23万吨，占世界总量的54.7%，年出口量为12万吨，占世界贸易量的55%。本文以大冶是锦鹏摩擦材料有限公司矿业的硅灰石为原料，初步探讨了不同的偶联剂对硅灰石进行表面改性的效果。

实验部分

     原料所用湖北大冶锦鹏摩擦材料有限公司硅灰石矿的针状硅灰石，长径比为1:15。试验用乙烯基三乙氧基硅烷作偶联剂。方法：将填料分散到水中得到淤泥状混合物。然后将一定比例的硅烷偶联剂加入快速搅拌的淤浆中，充分搅拌10-15min，然后放入 100℃的干燥箱中干燥30-60min后粉碎待用，其用量为1%wt左右。试验选用NT-105酞酸酯偶联剂。方法：按1：2的比例将NT-105溶于甲苯中，然后将NT-105甲苯溶液喷洒到充分搅拌经硅烷偶联剂处理的填料表面，搅拌10-15min，放入80℃的干燥箱中干燥30-60min待用。采用上海中晨数字技术设备公司的JF99A粉体接触角测量仪测量粉体接触角。其中以未处理的硅灰石对水的接触角设为零度作为计算基准。

结果与讨论

      粒子表面形态用扫描电镜观察偶联剂改性处理前后硅灰石粒子表面形态的变化情况。未改性硅灰石粉体与改性硅灰石粉体均呈针状或柱状结构。但未经处理的硅灰石粒子表面上存着很多不平的硅灰石微粒,而经偶联剂处理的硅灰石粒子表面相对平整、光滑。经复合处理的表面光滑和平整程度要强于经硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂单一处理的硅灰石表面。

      硅灰石微粒经各种不同的偶联剂作表面改性后，硅灰石表面具有高度的憎水性。粉体接触角是矿物表面润湿性的直接表征方式，接触角小，润湿性强；接触角大，润湿性差。显然,改性粉体在水中的接触角越大，说明改性效果越好。从测定出的接触角结果可以看出，表面处理后的硅灰石微粒与水的接触角较表面处理以前的接触角显著变大。天然硅灰石表面有亲水性基因,因此具有明显的亲水性和疏油性，并显极性。而经偶联剂处理后,偶联剂首先接触空气中的水分而发生水解反应，然后脱水缩合而形成低聚物，这种低聚物与硅灰石表面的羟基形成氢键，通过加热干燥发生脱水反应产生部分共价键，最终偶联剂包覆在硅灰石表面，使硅灰石表面由亲水性变为憎水性，导致接触角增大。

结论

      硅灰石表面经偶联剂处理后，硅灰石表面由亲水性变为憎水性，处理效果为硅烷+钛酸酯偶联剂复合处理>硅烷偶联剂处理>钛酸酯偶联剂处理。

湖北省大冶市曹家晚硅灰石粉厂拥有自己的矿山和加工厂，湖北大冶是我国国内最早开发硅灰石用于工业生产的地区,其蕴藏丰富的硅灰石矿。通过与中国地质大学知名硅灰石专家组沈上越和李珍教授的试验。我处的硅灰石完全可以做为陶瓷。摩擦。冶金的原材料。硅灰石的主要成分是SiO2和CaO ，主要产品为硅灰石粉 针状硅灰石
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普通和针状硅灰石的理化指标

Sio2             45-55

Cao              38-45

Fe2o3            0.2-1.0

Al2o3            0.5-0.8

Mgo              0.3-0.5

Tio2             0.1-0.3

S                0.002

P                0.003

白度             85-90

烧失量           0.5-1.0

     其中针状硅灰石的具体指标是

               60                        80

L/D参数     16  :1                   20-22  :  1

沉降值>        45                       57

30min

2Hrs          43                         54

容重>         140                      150