專利名稱：一種石英砂的表面改性制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用硅烷偶聯(lián)劑對石英砂進行表面改性工藝制備方法。是以石英砂為原料，以硅烷偶聯(lián)劑為表面改性劑，利用表面改性設(shè)備，制備高品質(zhì)的表面改性石英砂，本發(fā)明屬于無機材料領(lǐng)域。本發(fā)明制備的表面改性石英砂產(chǎn)品主要適用于人造石英石板材制品行業(yè)中，能賦予或提高石英砂在人造石英石板材制品中的加入量，提高其制品的物理化學(xué)性質(zhì)及其功能性，減少樹脂的加入量，降低人造石英石板材的生產(chǎn)成本。
背景技術(shù)：
人造石英石板材用石英砂中的二氧化硅含量高(Si02>99%)，白度高 (彡88% )，粒度為-20-+40目、-40-+60目、-60-+120目，-120-+200目顆粒分布均勻，經(jīng)過特殊工藝加工后，外形結(jié)構(gòu)為無棱角狀，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，抗酸堿、抗紫外線。人造石英石板材用石英砂的化學(xué)成分為=SiO2 彡99% ；Al2O3 ^ 0,2% ；Fe2O3 (0,1% ；PH :6、5-7、0。在人造石英石板材行業(yè)中，石英砂占有很重要的地位。石英砂的加入不僅可以降低其制品的生產(chǎn)成本，更重要的是可以提高人造石英石板材制品的功能性，以及賦予其制品的某些特殊的物理化學(xué)性能。但由于石英砂與有機高分子樹脂材料的界面性質(zhì)不同，相容性差，因而難以在其中均勻分散，也會使其制品的某些物理化學(xué)性質(zhì)有所下降等缺點。因此，為了提高石英砂在其制品中的加入量，達到其應(yīng)有的功能效果，就必須對石英砂表面進行改性，以改善其表面的物理化學(xué)特性，增強其與樹脂之間的相容性，提高產(chǎn)品在生產(chǎn)配料過程中的分散性，增強與有機高分子樹脂的結(jié)合性、功能性和力學(xué)強度等綜合性能。用于人造石英石板材中的改性石英砂，主要是以石英為原料，以硅烷偶聯(lián)劑為表面改性劑，利用石英砂專用表面改性設(shè)備，制備高品質(zhì)的表面改性石英砂。表面改性劑分子一端為極性基團，能與石英砂表面發(fā)生物理吸附或化學(xué)反應(yīng)而連接在一起，而另一端的親油性基團與基體形成物理纏繞或化學(xué)反應(yīng)，結(jié)果表面改性劑在石英砂和有機高分子樹脂之間架起一座“分子橋”，將極性不同、相溶性差的兩種物質(zhì)偶聯(lián)起來，從而增強了高分子樹脂材料基體和石英砂之間的相互作用，改善制品的物理化學(xué)性能。本專利采用的是化學(xué)表面改性法對石英砂進行表面改性。用于石英砂表面改性的改性劑為Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑。通過改變石英砂表面性質(zhì)，使其與有機高分子樹脂材料的親合性、相容性以及加工流動性、分散性得到改變，增強石英砂與高分子樹脂材料界面間的結(jié)合力，提高其力學(xué)性能，增強其與有機高分子樹脂材料間的相容性，提高產(chǎn)品的功能效果，提高其工業(yè)價值和經(jīng)濟價值。

發(fā)明內(nèi)容
1.硅烷偶聯(lián)劑與用量硅烷偶聯(lián)劑是非金屬材料表面改性中應(yīng)用較廣、發(fā)展較快的一種表面改性劑，其品種繁多，類型復(fù)雜。典型的硅烷偶聯(lián)劑為含硅原子的有機化合物，其分子結(jié)構(gòu)以硅原子為中心，兩類基團分別與中心原子相連結(jié)。硅烷偶聯(lián)劑系列品種較多，應(yīng)用也較廣。硅烷偶聯(lián)劑種類的選擇，除考慮硅烷偶聯(lián)劑本身的改性效果外，還要考慮樹脂聚合物體系，表面改性產(chǎn)品的工業(yè)應(yīng)用和經(jīng)濟成本，以及操作方便等綜合因素。本發(fā)明專利采用硅烷偶聯(lián)劑對石英砂進行表面改性，通過硅烷偶聯(lián)劑基團與石英砂的反應(yīng)，從而發(fā)生纏繞與交聯(lián)作用對石英砂進行表面改性，在石英砂表面形成緊密的結(jié)合。通過化學(xué)鍵結(jié)合、物理吸附、硅烷偶聯(lián)劑之間鏈聯(lián)接，極性逐漸過渡的處理層，增大石英砂與有機高分子樹脂材料間的相容性，進一步提高制品的性能。本發(fā)明專利確定了 Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑水解后的用量， 其占石英砂重量百分比分別為-20-+40目石英砂的硅烷偶聯(lián)劑用量為水解后的0、2%_0、 5%；-40-+60目石英砂的硅烷偶聯(lián)劑用量為水解后的0、3-0、6%;-60-+120目石英的硅烷偶聯(lián)劑用量為水解后的0、4-0、7% ；-120-+200目石英的硅烷偶聯(lián)劑用量為水解后的0、6_0、9%。2.用硅烷偶聯(lián)劑對粉體表面改性的工藝方法本發(fā)明采用的是Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑對石英砂表面改性的工藝方法，有如下工藝步驟(1)、配制Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑的稀釋劑溶液，稀釋劑包括乙醇(95% )與水，其體積比是乙醇(95% )水=9 1-6 1，用乙酸調(diào)節(jié)稀釋劑的 PH值至3-4。O)、取一定比例的硅烷偶聯(lián)劑，按一定比例加入配制好的稀釋劑溶液，充分?jǐn)嚢瑁?使之水解完全，待用。(3)、將石英砂加入到專用高速加熱混合機中進行動態(tài)加熱、打散等，并加熱到 100°C，此時以霧化法加入水解后的Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑。(4)、在硅烷偶聯(lián)劑與石英砂反應(yīng)過程中應(yīng)保持一定的反應(yīng)時間，因不同的反應(yīng)時間其表面改性的效果是不同的。這一加熱反應(yīng)過程是脫水、縮合與固化過程，以使硅烷偶聯(lián)劑與石英砂形成穩(wěn)定和牢固的共價鍵結(jié)合。
具體實施例方式以下實施例進一步說明本發(fā)明專利，但并不限制本發(fā)明。實施例1 本發(fā)明采用Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑對石英砂O0-40目) 進行表面改性的工藝方法，其工藝步驟如下(1)、配制Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑的稀釋劑溶液，稀釋劑包括乙醇(95% )與水，其體積比是乙醇(95% )水=9 1-6 1，用乙酸調(diào)節(jié)稀釋劑的 PH值至3-4。O)、取一定量Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑，按一定比例加入配制好的稀釋劑溶液，充分?jǐn)嚢?，使之水解完全，待用?3)、稱取一定量的-20-+40目石英砂，加入到專用高速加熱混合機中進行動態(tài)加熱、打散等，并且加熱到100°C。0)、此時取-20-+40目石英砂占重量百分比水解后的硅烷偶聯(lián)劑0、2% _0、5%，以霧化法加入到專用高速加熱混合機中進行反應(yīng)(此過程是脫水、縮合與固化過程)，以使硅烷偶聯(lián)劑與石英砂形成穩(wěn)定和牢固的共價鍵結(jié)合。此反應(yīng)時間要求在5-10分鐘。改性溫度 100_130°C。(5)、經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑表面改性后方石英粉體的活化率為》96、0%。實施例2 本發(fā)明采用一種硅烷偶聯(lián)劑對(-40-+60目)進行表面改性的的工藝方法，其原料、稀釋劑的配比和用量、偶聯(lián)劑品種、制備石英砂方法類似于本專利實施例1，但改性的石英砂為-40-+60目，硅烷偶聯(lián)劑(水解后的)用量為石英砂重量百分比的0、3-0、6%。制備的改性石英砂產(chǎn)品(-40-+60目)的活化率為彡96、5%。實施例3 本發(fā)明采用一種硅烷偶聯(lián)劑對石英砂(-60-+120目)進行表面改性的的工藝方法，其原料、稀釋劑的配比和用量、偶聯(lián)劑品種、制備方法類似于本專利實施例1，但改性的石英砂為-60-+120目，硅烷偶聯(lián)劑(水解后的)用量為石英砂重量百分比的0、4-0、7%。 制備的改性石英砂產(chǎn)品(-60-+120目)的活化率為彡97、0%。實施例4 本發(fā)明采用一種硅烷偶聯(lián)劑對(-120-+200目)進行表面改性的的工藝方法，其原料、稀釋劑的配比和用量、偶聯(lián)劑品種、制備石英砂方法類似于本專利實施例1，但改性的石英砂為-120-+200目，硅烷偶聯(lián)劑(水解后的)用量為石英砂重量百分比的0、6-0、9%。制備的改性石英砂產(chǎn)品(-120-+200目)的活化率為彡97、0%。
權(quán)利要求
1.一種石英砂的表面改性制備方法(1)Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑的稀釋劑溶液，稀釋劑包括無水乙醇與水，其體積比是無水乙醇水=9 1-6 1，用草酸調(diào)節(jié)稀釋劑的PH值至3-4;(2)占石英砂重量百分比的0.2-1.0%的硅烷偶聯(lián)劑，按硅烷偶聯(lián)劑與步驟(1)配制的稀釋劑溶液9 1-6 1的比例配制，充分?jǐn)嚢?，水解完全?3)步驟( 配制的硅烷偶聯(lián)劑溶液以霧化法加入到高速加熱混合機中，石英砂與其進行反應(yīng)，以使硅烷偶聯(lián)劑與石英砂形成穩(wěn)定和牢固的共價鍵結(jié)合。此反應(yīng)時間要求在 5-10分鐘，改性溫度為100-130°C。(4)按以上步驟制備出的表面改性石英砂，因會產(chǎn)生少量的假結(jié)顆粒和縮合后產(chǎn)生的微量硬顆粒，進行有效的分級。
2.根據(jù)以上權(quán)利要求1所述內(nèi)容，其特征在于Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑對石英砂進行表面改性時，不同粒度的石英砂，所需硅烷偶聯(lián)劑用量占石英砂總重量的重量百分比分別為-20-+40目目石英砂，水解后的Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑用量為 0,2% -0,5% ；產(chǎn)品活化率為≥96、0%。-40-+60目石英砂，水解后的Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑用量為0、3-0,6%；產(chǎn)品活化率為≥96、5%。-60-+120目石英砂，水解后的Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑用量為0、4-0,7%；產(chǎn)品活化率為≥97、0%。-120-+200目，水解后的Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑用量為0、6-0、 9% ；產(chǎn)品活化率為≥97、0%。
全文摘要
本發(fā)明涉及采用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑對石英砂進行表面改性的工藝方法。以石英砂為原料，以其硅烷偶聯(lián)劑為表面改性劑，利用高速加熱混合機，通過其硅烷偶聯(lián)劑對石英砂進行表面改性。在反應(yīng)的過程中使之產(chǎn)生縮合、脫水及固化反應(yīng)，達到其硅烷偶聯(lián)劑與石英砂形成牢固的共價鍵結(jié)合。經(jīng)表面改性后的石英砂與有機高分子樹脂材料的相容性、加工流動性和分散性等得到明顯改善，增加石英砂在其制品中的加入量，減少樹脂的加入量，降低人造石英石板材的生產(chǎn)成本。提高其人造石英石板材制品的物理化學(xué)性質(zhì)及其功能性。
文檔編號C04B14/06GK102206053SQ20111006252
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者巴音巴圖, 李寶智 申請人:內(nèi)蒙古金邁特建筑材料有限責(zé)任公司