维普资讯 http://www.cqvip.com 电子显微学报Ｊ．Ｃｈｉｎ．Ｅｌｅｃｔｒ．Ｍｉｃｒｏｓｃ．Ｓｏｃ ２００２年 ７４９ ２１（５）：７４９～７５０ 硅灰石表面改性研究 马云海，佟金 （吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室，吉林长春１３００２５） 硅灰石是一种钙的偏硅酸盐类矿物，理论化学 成分（质量分数，ｗ）ＣａＯ ４８．３％、ＳｉＯ，５１．７％。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 大连石顶山硅灰石为原料，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 原料所用大连石顶山生产的硅灰石，长径比为 １：１５。试验用哈尔滨化工研究所生产的乙烯基三乙 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，然后放人 １００ｏＣ的干燥箱中干燥３０～６０ｍｉｎ后粉碎待用，其用 量为１％ｗｔ．左右。试验选用南京建业化工所生产 的ＮＴ一１０５酞酸酯偶联剂。方法：按１：２的比例将 ＮＴ一１０５溶于甲苯中，然后将ＮＴ一１０５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ｌ０ ～１５ｍｉｎ，放人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（ＳＥＭ）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（图 １）。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。比较可以看出，未经处理的硅灰石粒 基金项目：国家杰出青年科学基金资助项目（编号５００２５５１６） 子表面上存着很多不平的硅灰石微粒（图１ａ），而经 偶联剂处理的硅灰石粒子表面相对平整、光滑（图 １ｂ～１ｄ）。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，相应的接触角测试结果列于表１。从表１中可 以看出，经偶联剂处理后，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。 参考文献： ［１］孙洪流，邵长生，褚翠英，沈钟．无机填料硅灰石对几种 塑料的增强改性研究［Ｊ］．江苏化工，１９９４，４：１５—１９． ［２］吴伟端，潘兆橹，赵煌，郭建斌．硅灰石橡胶复合材料界 面微观结构［Ｊ］．电子显微学报，２００１，２：６８—７１． ［３］杜仕国．复合材料用硅烷偶联剂的研究进展［Ｊ］．玻璃 钢／复合材料．１９９６，４：３２—３６． 维普资讯 http://www.cqvip.com 电子显微学报Ｊ．Ｃｈｉｎ．Ｅｌｅｃｔｒ．Ｍｉｃｒｏｓｃ．Ｓｏｃ ７５０ ２１（５）：７４９～７５０ ２００２年 图ｌ 硅灰石表面形态的ＳＥＭ显微照片。Ｂａｒ＝ｌ０＂ｍ （ａ）未处理；（ｂ）钛酸酯偶联剂处理；（ｃ）硅烷偶联剂处理；（ｄ）硅烷＋钛酸酯偶联剂复合处理。