實際生產工藝中降低硅微粉吸油值的方法研究

洪　鋼，劉會臣

(江西中節能高新材料有限公司，江西修水 332400)

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實際生產工藝中降低硅微粉吸油值的方法研究

洪鋼，劉會臣

(江西中節能高新材料有限公司，江西修水 332400)

摘要：根據粉體吸油值的影響因素，研究采用合適的研磨分級系統、工藝參數及添加改性劑等方式降低硅微粉的吸油值。結果表明，振動磨分級系統、平均粒徑20μm±0.5μm硅微粉與其產生的布袋除塵微粉比例控制在96∶4、生產過程中添加硅烷類偶聯劑等方式可有效降低硅微粉的吸油值。

關鍵詞：吸油值，硅微粉，研磨分級系統，微粉比例，硅烷偶聯劑

由于硅微粉具備耐溫性好、耐酸堿腐蝕、高絕緣、低膨脹、化學性能穩定、硬度大等優良性能，其被廣泛用于塑料、橡膠、油漆、涂料等行業作為填充料。在高聚物基料中添加硅微粉填料，不僅可以降低高分子材料的成本，更重要的是能提高材料的尺寸穩定性，并賦予材料某些特殊的物理化學性能，如抗壓、抗沖擊、耐腐蝕、阻燃、絕緣性等[1]。

如何提高硅微粉在高聚物中的流動性，降低其粘度，提高整體填充率也一直是行業內比較熱門的研究方向，而硅微粉的這些性能，很大程度上取決于它的吸油值。

吸油值也稱樹脂吸附量，表示填充劑對樹脂吸收量的一種指數。在實際應用中，大多數填料用吸油值這個指標來大致預測填料對樹脂的需求量。吸油值不同，則粉體填料的粒度、比表面積、分散性、潤濕程度、吸附性能不同，從而影響粉體與高聚物作用的相容性，所以吸油值直接影響材料質量、性能及用途。

粉體吸油值的檢測滴定終點為：當試樣與亞麻籽油粘結成一團呈膏狀，恰好不碎不裂，玻璃板上又無油漬時，即為終點。具體微觀圖如圖1所示[2]。

圖1　粉體吸收油的兩種主要形態

吸油值與粉體的大小、形狀、分散與凝聚程度、比表面積及顆粒的表面性質有關。但由于硅微粉主要作為填充料用于相關行業，對粒徑的要求很高，故通過增大粒徑來降低比表面積從而降低吸油值的方式有一定的局限性。由圖1可知，如何減少粒子表面的和空隙的油(樹脂)成為關鍵[3]。本文主要研究通過生產過程中不同研磨設備改變粉體的粒徑分布；通過調節分級機頻率和風門使旋風收集的成品和布袋除塵的微粉控制在合適的比例最大限度填充粒子空隙的工藝方法；利用助劑改變粉體表面活性和分散性來改變產品的吸油值。

1實驗部分

1.1實驗原料及設備

某地天然石英原礦分別通過球磨、振動磨、氣流磨分級系統制作的平均粒徑在2.5μm～3μm的超細硅微粉；平均粒徑為20μm±0.5μm硅微粉成品及其產生的布袋除塵粉；三種平均粒徑為20μm±0.5μm的硅微粉(普通硅微粉、鋁酸酯改性劑改性后的硅微粉、硅烷偶聯劑改性后的硅微粉)。

實驗設備：馬爾文2000激光粒度分析儀；粉體振實密度儀；電子顯微鏡；調墨刀；天平；滴定管；精制亞麻油等。

1.2實驗方法

根據實驗需求選取或配比硅微粉按GB/T 5211.15-2014的規定方法進行吸油值檢測[4]。

1.3樣品表征

用電子顯微鏡觀察微粉的分散性。

2結果與討論

2.1研磨設備對粉體吸油值的影響

A、 B、C分別為球磨機、振動磨、氣流磨生產的同款產品。表1為三個樣品的粒徑分布及吸油值對比，從表中可以看到，A的粒徑分布最寬，B次之，C最窄。而三個樣品的平均粒徑差別不大，故可以認為三者因粒徑引起的吸油值變化不大。但三者的吸油值檢測結果為：C>A>B。這是因為由于三種研磨設備的研磨方式不一樣(球磨機主要依靠球磨介質拋落過程中形成強大的沖擊力和擠壓力而破碎的，極易出現過磨現象，故其粒徑分布較寬；振動磨主要依靠研磨介質與物料產生相對位移的剪應力和摩擦力破碎，其研磨較均勻，還具有部分整形功效；氣流磨主要利用高速氣流帶動微粉之間進行相互撞擊，自身粉碎的方式破碎，研磨效果充分，粒徑分布較窄)，造成了三種不同的粒徑分布。而B樣品由于在整個體系中粗細微粉分布較好，細顆粒較好的填充中粗顆粒之間，增大了整個體系的填充性，使得分布在顆粒空隙中的油減少，從而整體降低了整個系統的吸油值。

表1　不同研磨分級設備生產產品粒徑分布及吸油值

為進一步驗證該實驗，我們對三者進行了振實密度檢測，檢測結果如表2。從表2我們可以看到，B樣品振實密度最高，進一步驗證良好的粒徑分布可以有效降低粉體間的空隙率，提高粉體填充性。

表2　三款產品的振實密度

2.2原有粉體系統中添加微粉對粉體吸油值的影響

表3為公司平均粒徑20μm±0.5μm硅微粉成品B321和其生產過程中布袋產生的除塵粉G505粒徑分布，由表可知G505粉體粒徑較細，可作為微粉進行填充。

表3　兩款產品粒徑分布

圖2　微粉添加不同比例對應的系統吸油值

圖2為B321中按不同比例添加微粉(G505)引起的吸油值變化(此舉為模擬生產過程中調節風門和分級頻率控制旋風收集和布袋除塵出料比)。從圖中可以看出，當微粉添加量控制在4%左右時，能夠有效填充原系統中顆粒與顆粒產生的空隙，從而降低系統吸油值。但隨著微粉的持續增加，系統吸油值迅速升高，這是因為在原有系統顆粒填充飽和后，新的微粉之間又形成新的顆粒間隙，同時微粉粒徑較小，比表面積較大，表面能升高，其表面也具有較高的吸油能力，造成系統吸油值升高[5]。故該實驗說明如何有效控制微粉比例，減小顆粒間空隙成為關鍵，在實際生產中，我們往往可以通過調節分級頻率和風門大小來控制微粉比例。但不同粒徑粉體所需填充微粉比例是不同的，我們必須找到合適的填充比例，方可調節出恰當的分級頻率和風門大小，從而降低系統的吸油值。

2.3改性劑對粉體吸油值的影響

圖3中x、y、z分別為平均粒徑20μm±0.5μm硅微粉、鋁酸酯改性劑改性后的硅微粉、硅烷偶聯劑改性后的硅微粉在電子顯微鏡下的照片，由圖可知，粉體分散性為z>y>x；表4為三者吸油值對比：x>y>z。這是因為改性劑可以降低粉體表面能，減少微粉之間的團聚現象，故一可以降低粉體表面吸附油脂的能力，二可以減少粉體團聚產生的粒子間空隙，從而降低粉體吸油值。從圖像和數據上來看，顯然硅烷偶聯劑對硅微粉的改性效果更加明顯。鋁酸酯偶聯劑一般在碳酸鈣、滑石粉等粉體改性上較為明顯。另外在不同行業中由于使用樹脂類型不同，所用硅烷偶聯劑也有一定差別。比如：聚氨酯、丙烯酸類，其一般用環氧基類的KH560改性劑，而不飽和聚酯、丁基類，其一般用甲基丙烯酰氧基類的KH570改性劑。當然，有時候我們也會選擇將不同偶聯劑進行混合使用，也取得了較好的改性效果。

圖3　三種粉體在顯微鏡下的分散狀況

表4　x、y、z三者吸油值

3結論

(1)不同研磨分級系統生產的粉體粒徑分布有差異，而其中以振動磨分級系統生產的粉體粒徑分布對粉體的填充性最高，從而相同平均粒徑的粉體，采用振動磨研磨其吸油值最低。

(2)粉體中添加一定比例的微粉可以有效減少粉體系統顆粒間隙，從而降低產品吸油值。在實際生產中，我們可以根據生產不同粒徑的粉體，調節分級頻率和風門大小，有效改變所產生布袋除塵粉的量，從而提高旋風收集產品的吸油值。比如：當我們生產平均粒徑20μm±0.5μm硅微粉，控制微粉含量為4%左右時，其產品的吸油值較低。

(3)改性劑對粉體吸油值影響明顯，其中又以硅烷偶聯劑對硅微粉改性效果最佳。在實際生產過程中，我們根據不同行業需求，選擇不同的硅烷偶聯劑。

(4)以上三種方式均能改變粉體的吸油值，但根據效果來看，添加合適改性劑>選擇不同研磨分級系統>改變分級頻率和風門參數。

參考文獻

[1] 蘇憲君.超細硅微粉在塑料、橡膠及涂料中的應用[J].中國粉體技術，2003(5)：43-46.

[2] 李暉，張娥，陳峰，等.高純硅微粉吸油值的測定[J].西南民族大學學報：自然科學版，2005，31(3)：377-379.

[3] 祝大同.含無機填料覆銅板研發中吸油量測試的應用[J].覆銅板資訊，2013(5)：30-37.

[4] 中國國家標準化管理委員會. GB/T 5211.15-2014顏料和體質顏料通用試驗方法 第15部分：吸油量的測定[S].

[5] 趙柄國，郭鍇，謝小平.白炭黑制備工藝對比表面積和吸油值的影響[J].無機鹽工業，2006，38(5)：23-26.

中圖分類號：TQ 320.4

Study on the Methods of Reducing Oil Absorption of Silica Powders in the Production Process

HONG Gang，LIU Hui-chen

(Jiangxi CECEP High-Tech Materials Co.，Ltd.，Xiushui 332400，Jiangxi，China)

Abstract：According to the factors affecting oil absorption，the appropriate grinding and classification system，technological parameter and the use of additives were studied to reduce the oil-absorbed value of silica powders. Results showed that the oil absorption of silica powders was lowered by adopting vibration milling and classification system，keeping the silica powders(the average particle size is 20μm±0.5μm) to fine powders conducted by bag filter ratio to 96∶4 and adding silane coupling agent in the manufacturing process.

Key words：oil absorption，silica powders，grinding and classification system，proportion of powders，silane coupling agent