실리카 분말의 표면 개질 효과가 좋은지 아닌지는 이러한 점에 달려 있습니다!
실리카 분말 자체는 극성이며 친수성 물질입니다. 이는 폴리머 매트릭스와의 인터페이스 특성이 다르며 호환성이 좋지 않습니다. 기재에 분산시키기 어려운 경우가 많습니다. 따라서 일반적으로 실리카 분말의 표면 개질이 필요합니다. 응용 분야의 필요에 따라 실리카 분말 표면의 물리적, 화학적 특성을 의도적으로 변경하여 유기 고분자 재료와의 상용성을 향상시키고 고분자 재료의 분산 및 유동성 요구 사항을 충족합니다.
실리카 분말의 원료 품질, 개질 공정, 표면 개질 방법 및 개질제, 개질제 투여량, 개질 공정 조건(개질 온도, 시간, pH 및 교반 속도)과 같은 요소는 모두 실리카 분말의 표면 개질 효과에 영향을 미칩니다. 그 중 표면 개질 방법과 개질제는 개질 효과에 영향을 미치는 주요 요인입니다.
1. 실리카 분말 원료의 품질
실리카 분말의 유형, 입자 크기, 비표면적, 표면 작용기 및 기타 특성은 표면 개질제와의 조합에 직접적인 영향을 미칩니다. 다양한 유형의 실리카 분말의 변형 효과도 다릅니다. 그 중 구형 실리카 분말은 유동성이 좋고 개질 과정에서 개질제와 결합하기 쉽고 유기 고분자 시스템에 더 잘 분산될 수 있습니다. 밀도, 경도, 유전 상수 및 기타 특성은 각진 실리카 분말보다 훨씬 우수합니다.
2. 표면 개질 방법 및 개질제
현재 실리카 분말의 표면 개질 방법은 주로 유기 개질, 무기 개질, 기계화학적 개질이 있으며, 그 중 가장 일반적으로 사용되는 개질 방법은 유기 개질이다. 단일 변형 효과가 좋지 않은 경우 복합 변형을 위해 유기 변형과 다른 변형 방법을 결합하는 것을 고려할 수 있습니다.
(1) 유기적 변형
유기 개질은 유기물의 관능기를 사용하여 실리카 분말 표면에 물리적 흡착, 화학적 흡착 및 화학 반응을 수행하여 실리카 분말의 표면 특성을 변화시키는 방법입니다.
(2) 무기변형
무기개질이란 실리카분말의 표면에 금속, 무기산화물, 수산화물 등을 코팅하거나 배합하여 재료에 새로운 기능을 부여하는 것을 말한다. 예를 들어, Oyama et al. 침전 방법을 사용하여 SiO2 표면을 Al(OH)3로 덮은 다음 변형된 SiO2를 폴리디비닐벤젠으로 감싸 특정 특수 응용 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
(3) 기계화학적 변형
기계적 화학적 변형은 먼저 초미세 분쇄 및 기타 강한 기계적 힘을 사용하여 분말 입자의 표면을 활성화하여 실리카 분말 표면의 활성점 또는 활성 그룹을 증가시킨 다음 변형제를 결합하여 실리카 분말의 복합 변형을 달성하는 것을 의미합니다.
3. 조절제 투여량
개질제의 양은 일반적으로 실리카 분말 표면의 활성점(예: Si-OH) 수와 표면을 덮고 있는 개질제의 단분자 층 및 이분자 두께와 관련됩니다.
개질제의 양이 너무 적으면 개질된 실리카 분말 표면의 활성화 정도가 높지 않습니다. 개질제의 양이 너무 많으면 개질 비용이 증가할 뿐만 아니라 개질된 실리카 분말 표면에 다층 물리적 층이 형성됩니다. 흡착으로 인해 실리카 분말과 유기 고분자 사이의 계면이 약한 층을 형성하게 되어 단일 분자 가교 역할을 할 수 없게 됩니다.
4. 수정 프로세스 및 조건 최적화
실리카 분말에 일반적으로 사용되는 개질 공정에는 주로 건식 개질, 습식 개질 및 복합 개질이 포함됩니다.
건식개질은 실리카 분말을 개질장치에서 상대적으로 건조한 상태로 분산시킨 뒤 일정량의 표면개질제를 일정 온도에서 배합하는 개질입니다. 건식개질 공정이 간단하고 생산원가가 저렴하다. 현재 국내 실리카 분말의 주요 표면 개질 방법이며 미크론 수준의 실리카 분말에 적합합니다.
또한, 실리카 분말의 우수한 개질 효과를 얻기 위해서는 개질 공정 중 온도, pH, 시간, 교반 속도 및 기타 공정 조건을 제어해야 합니다.
개질 온도는 개질제와 실리카 분말 사이의 응축, 탈수 및 강한 공유 결합 형성에 중요한 조건입니다. 수정 온도는 너무 높거나 낮아서는 안됩니다. 온도가 너무 높으면 개질제가 분해되거나 휘발되고, 온도가 너무 낮으면 개질제가 분해되거나 휘발됩니다. 이는 개질제와 실리카 분말 사이의 반응 속도를 감소시켜 개질 효과에 영향을 미칩니다.