产品品牌：天函

产品型号：硅灰石粉

天函矿纤 专业橡塑

硅灰石是一种钙的偏硅酸盐矿物，化学分子式为CaSiO3，理论化学成分为CaO4 8 . 3％，SiO251.7％。常呈白色和灰白色，玻璃光泽到珍珠光泽；密度2.78～2.9lg／cm3；硬度4.5～5.0；熔点1544℃，溶于酸，加盐酸煮沸可产生絮状硅、热膨胀小、烧失量低、有良好的助熔性。因其无毒、耐化学腐蚀、热稳定性及尺寸稳定性良好、力学性能及电性能优良以及具有补强作用等优点，广泛用作高聚物基复合材料的增强填料。但是硅灰石粉体与高聚物基料的相容性差，因而直接加分散性不好，经过表面处理后，可改进与高聚物基料的相容性，增强其补强作用，使填充的高聚物基复合材料的力学性能更佳[1,2]。
美国早在1 9 3 3年在纽约州的威尔斯鲍罗(Willsboro)就已开采利用。而中国的硅灰石矿是于1975年发现，1980年正式开采试用，1981年由梨树大顶山硅灰石填补了出口空白。据不完全统计，到2005年末，仅用二十多年的时间，中国的硅灰石年产量已达到595385t，出口量近20万吨，成为世界上硅灰石生产量第一，出口量第一的国家[3]。
1硅灰石的表面改性研究现状
根据应用的需要有目的的改变硅灰石的表面物理性质或赋予其新的功能，以满足现代新材料、新工艺和新技术发展的需要。硅灰石的表面改性可以使用硅烷、铝酸酯、钛酸酯等偶联剂和硬脂酸等表面活性剂以及不饱和脂肪酸等表面活性剂和有机低聚物或将两种以上的表面活性剂混合使用。
硅灰石的表面改性主要有4种方法：机械力化学改性、包膜法、偶联剂法和无机纳米包覆改性法。
机械力化学改性是利用超细粉碎及其他强烈机械作用有目的的对粉体表面进行激活，在一定程度上改变颗粒表面的晶体结构、溶解性能(表面无定形化)、化学吸附和反应活性(增加表面活性点或活性基团)等。 显然仅仅依靠机械激活作用进行表面改性目前还难以满足应用领域对粉体表面物理化学性质的要求。但是，机械化学作用激活了粉体表面，可以提高颗粒与其他无机物或有机物的作用活性，新生表面产生的游离基或离子可以引发苯乙烯、烯烃类进行聚合，形成聚合物接枝的填料。因此，如果在无机粉体粉碎过程中的某个阶段或环节添加适量的表面改性剂，那么机械激活作用可以促进表面改性剂分子在无机粉体表面的化学吸附或化学反应，达到在粉碎过程中使无机粉体表面改性的目的[2]。
以机械化学吸附法对上海天函硅灰石进行了表面改性，效果较好。将硅灰石矿加工成1250目粉，以硬脂酸、WD-50硅烷、KH-792硅烷等为改性剂，利用振动磨对硅灰石进行表面改性。振动磨等粉碎设备可以对矿物超细粉碎的同时进行表面改性，利用粉碎机械化学效应，强化了改性效果。这种方法实现了非金属矿物超细粉碎和表面改性技术同步进行，提高了产品加工效率。工艺原理为：在硅灰石粉体中分别加入一定量的硬脂酸(或WD50硅烷、或KH-792硅烷)，混匀后经超音速气流磨粉碎活化。硅灰石、硬脂酸在超音速气流粉碎腔中，受来自不同方向喷嘴所产生的高压高速气流的作用，硅灰石沿结合力较弱的解理裂开，由于键的断裂，新鲜表面出现离子键或反应活性点。同样，硬脂酸沿羧基断开，形成羧酸根离子和氢离子。由于硅灰石、硬脂酸同时置于气流磨粉碎腔内，其新鲜表面自由基彼此间产生机械力化学反应或机械力化学吸附，超细粉碎表面改性在同一时间完成。
利用气流磨对硅灰石进行机械力化学改性，并用IR分析对改性效果进行了预评价；对比了用改性前后的硅灰石填充聚丙烯(PP)的性能。结果表明：改性后硅灰石分别为由亲水疏油性变为亲油疏水性；硬脂酸质量分数为1.5％时，改性硅灰石／PP复合材料的拉伸强度和冲击强度最好。
根据硅灰石晶体结构所制约的力学性质，借鉴机械力化学原理，以超音速气流为机械力，对硅灰石进行超细粉碎表面改性。扫描电子显微镜、红外吸收光谱分析结果表明：超细硅灰石粉体表面具有微细的硬脂酸接枝物，活性硅灰石／橡胶复合材料界面粘结强度明显高于未改性硅灰石／橡胶复合材料界面粘结强度。
选取三种不同粒径的硅灰石，混入不同比例的硬脂酸，分别采用机械力化学法对其进行表面改性，并借助显微镜和红外光谱，用活化率这一评价方法对硅灰石的改性效果进行验证与评价。结果表明：机械力化学法改性行之有效，既达到了化学改性的目的，又保护了硅灰石的晶型结构，同时也对硅灰石粉进行了超细粉碎；活化率的实验表明硬脂酸2％的用量可使硅灰石达到最佳改性效果；改性前后硅灰石粉的粒度分析及活化率的实验表明改性前硅灰石粉的粒度越小，改性后的粒度相对增大，改性效果越差，说明采用机械力化学的方法改性，并不要求初始粉体具有很高的细度，从而节约了成本。
颜料包膜是近年来兴起的表面处理技术，包括气相包膜、液相包膜和干法包膜。液相包膜存在工艺复杂、设备投资大、能耗高等缺点。气相包膜、固相包膜具有流程短、操作简便、设备投资少、成本低等优点。但气相包膜对于处理剂的选择有一定的局限性。研究表明[8]，选择合适的无机、有机表面处理剂，对改善硅灰石粉的分散性和流动性有显著的效果。有机物是无色油状液体，沸点269.1℃，溶于水和其他有机溶剂。用它处理硅灰石粉，需先将硅灰石粉放人烘箱中烘烤，除去硅灰石粉表面的水和其他吸附物。由表面吸附理论可知，NH基团比OH基团活泼，硅灰石粉表面容易吸附，经过胺包膜后的硅灰石粉，在水相和油相中，其分散性、流动性均有明显改善。这是由于包膜后的硅灰石粉带有亲水基团和亲油基团的缘故。无机物无水是一种白色晶体，露置于空气中强烈吸水，产生氯化氢气体，形成白雾。无水三氯化铝升温到183℃升华，遇水强烈水解，生成和盐酸溶液，并放出大量热。利用这些特性，先将升华为气体和水蒸气结合反应生成，被硅灰石粉吸附于表面，再经高温煅烧，在800℃高温下失去水，变成三氧化。包膜后的硅灰石粉经高温煅烧生成更致密地包覆于硅灰石粉的表面。硅灰石粉经包膜以后，其分散性、流动性也有明显改善，且白度也有提高。固相包膜是通过固体微粒与固体微粒接触混合、研磨达到改性的目的。其特点是灵活多变、容易控制、操作简便、能耗低、无环境污染。只要包膜剂选择合适，对硅灰石粉的消色率、白度等重要指标的提高十分显著。
偶联剂(或化学浸渍)法是一种常用的表面改性方法，工艺简单，操作方便[9]。例如以MMA对硅灰石表面改性处理：称取一定量的硅灰石粉置于三口烧瓶中，按比例加入水和MMA，剧烈搅拌，慢慢升温至70～75℃，按单体量加入0.6％～0.7％的水溶性引发剂，反应一段时间后过滤。在120℃烘箱中干燥至恒质量后备用。研究表明，硅灰石粒子表面包覆了聚甲基丙烯酸甲酯后，对基体树脂的力学性能改善明显，尤其是小粒径改性的刚性硅灰石对性能提高更明显。利用硅烷溶液对硅灰石进行了表面改性。首先将硅灰石磨至2～3mm，反复用石油醚清洗后烘干，然后在PH值=3～5的硅烷溶液中浸渍3～5h，在150～180℃烘干。处理后硅灰石的电性能、化学性能均有明显的变化。
采用四种方法对硅灰石进行改性。方法A：将改性剂研磨成细粉与硅灰石粉均匀混合在气流粉碎机中进行改性；方法B：将填料制成泥浆，再添加改性剂溶液，经强力搅拌后静置、分离干燥；方法C：直接将改性剂加热成液体喷雾到在强力搅拌下的高温填料表面，并控制温度在90～100℃下继续强力搅拌一定时间；方法D：混合填料和改性剂，用球磨机进行球磨。以相同的改性剂用量(1.5％)和相同的改性方法(方法C)分别用油酸钠、铝钛酸酯和硬脂酸作为改性剂，对硅灰石粉进行表面改性。结果表明：以铝钛酸酯和硬脂酸为改性剂的改性效果较好；方法C最为理想，此法在工业上可以采用高速捏合机，处理量大，操作简单；改性剂用量为1.2％～1.5％，改性后硅灰石的白度仍然在85％以上，改性剂用量在2％以下时不影响硅灰石的白度；搅拌时间为15min时改性效果最好。
采用多元醇脂肪酸酯类物质为助剂对硅灰石粉体进行涂覆改性，得到最佳条件为：改性剂最佳用量为硅灰石粉用量的0.7％；最佳涂覆温度为160±10℃；涂覆时问以10～15min最佳；在涂覆时间为10～15min时，转子转速为2500r／min较为适宜。
研究了DL-411-A型铝酸酯偶联剂改性硅灰石及其在白油分散介质中的粘度行为，结果表明：用0.2％铝酸酯偶联剂改性的硅灰石粉在白油中降粘性大幅下降，在水中沉降体积增大，吸油量随偶联剂用量增加而下降；而使体系粘度剧增的填充量，改性硅灰石粉比未改性硅灰石粉高1倍；吸水率随铝酸酯偶联剂用量增大而下降，且在85～93℃温度范围内改性对硅灰石粉的白度无明显影响。
以硬脂酸为改性剂，得到的最佳条件为硬脂酸加入量为1.0％～1.2％，搅拌速度为900r／min时的改性温度为80～120℃、改性时间为20～30min。探讨了硅灰石改性机理，在一定的温度和时问条件下，经过强烈的机械力的作用，硬脂酸首先解离形成羧酸根离子[R-COO]－，羧酸根离子再与硅灰石表面的活性点产生化学吸附和化学键合作用，使硅灰石表面实现改性。其工艺流程为：硅灰石粉→预热干燥→改性处理→冷却→除粒→活性硅灰石粉。
在硅灰石搅拌磨湿法超细磨矿中，采用硬脂胺盐对硅灰石进行表面改性。结果表明：药剂用量、矿浆条件和磨矿条件均影响改性效果，当硬脂胺盐用量为1.0％～1.2％时，活化率达90％以上，改性效果最佳；影响改性效果的矿浆条件有PH值、温度、浓度。随矿浆pH值增大，硅灰石的改性效果逐渐增强，在pH值