专利名称：一种铝酸酯与甲基丙烯酰氧基硅烷复合改性粉石英的方法
技术领域：
本发明涉及采用铝酸酯偶联剂与一种甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂复合改性粉石英的工艺方法。利用干法机械力化学改性，制备高品质的功能填料活性粉石英，属于矿物材料领域。本发明制备的改性粉石英产品适宜作环氧树脂封装材料及橡胶、塑料、涂料和尼龙等复合材料的中、高档填料和增白剂，使复合材料的综合性能得到显著提高。
二、技术背景粉石英矿是一种天然产出的粉状石英矿床，由微晶质的石英岩风化形成的一种新型硅原料余志伟，漆小鹏，胡小萍等.西部粉石英矿开发利用研究[J].中国非金属矿工业导，2002，(3)。我国粉石英矿资源丰富，据不完全统计，仅江西、湖南和贵州等地粉石英矿远景储量就达1.5亿吨牟国栋，施倪承，马喆生等.粉石英在不同养护条件下的反应活性研究[J].硅酸盐通报，2002，(1)。粉石英具有一系列优良的物理化学性质，在许多工业领域有着广阔的应用前景。粉石英结构式为SiO2，呈白色、灰白色或淡黄白色，粒度一般2～10um，白度50～75°，呈中性，莫氏硬度为7，密度2.55～2.65g/cm3，容重1.96g/ml，pH为6.3，耐火度1730℃余志伟，邓惠宇.一种新型工业矿物原料—粉石英[J].中国非金属矿工业刊，1999，(1)。其化学成分依产地略有差异，一般SiO2含量都在98％以上，杂质有Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2等，不含Mn、Cu等致老化元素和Pb、As、Hg等有毒元素，其它微量元素含量均接近或低于检出极限，不含结晶水余志伟.粉石英填料在硬质橡胶制品中的应用[J].非金属矿，2001，24(2)。
天然粉石英直接作为有机物填料时，在许多情况下并不理想，主要是因为粉石英与高分子材料之间亲和性差，作填料时分散不均，甚至成团，对产品质量有较大影响，因而有必要对粉石英进行表面改性，使之成为具有反应活性的填料。表面改性是通过改变矿物填料原有的表面性质(亲油性、吸油率、浸润性、混合物粘度等)，达到改善矿物填料与有机聚合物的亲和性、相容性以及加工流动性和分散性，提高填料与聚合物相界面之间的结合力，使复合材料的综合性能以得到显著提高，并且增加填充量，降低生产成本的目的，从而使非功能的矿物填料转变为功能填料余志伟.矿物填料改性工艺研究[J].化工矿物与加工，2001(4)；杨华明.活性粉石英的制备及应用[J].非金属矿，2002，25(5)；余志伟.粉石英表面改性研究[J].无机盐工业，1999，31(1)。
粉石英表面改性是对粉石英性质进行优化，开拓新的应用领域，提高新的工业价值和附加值的最有效途径和最重要技术之一。改性粉石英作为优质功能填料，对改善粉石英填料与有机聚合物的亲和性、相容性以及加工流动性和分散性，提高粉石英填料与聚合物相界面之间的结合力，增加填充量，降低生产成本，以及发挥粉石英矿产资源的优势，提高产品的经济技术价值等都具有重要意义。改性粉石英在环氧树脂封装材料及橡胶、塑料和涂料等工业领域具有广阔的应用前景余志伟.粉石英改性及效果研究[J].非金属矿，1999，22(4)。
按改性作用的性质、手段和目的不同，目前用于非金属矿物填料表面改性的方法可分为表面化学改性、机械力化学改性、表面活化及涂层处理四类。表面化学改性方法是利用表面改性剂与矿物表面发生化学反应，或者在矿物表面发生化学吸附，使高分子物质或其它有机物覆盖在矿物表面，从而改变矿物或矿物粉体的表面化学性质。机械力化学改性，包括经过粉碎、磨碎、摩擦等作用增强粉体粒子的表面活性，使分子晶格发生位移、内能增大，粒子温度升高、局部熔解或热分解，所产生的活性粉体表面易于与其它物质发生反应或附着作用，亦即在一定程度上改变了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，从而达到改变表面性质的目的。实际上，机械力化学改性有两层含义首先，在矿物的超细粉碎过程中，机械应力的作用能激活矿物颗粒表面，使矿物的表面晶体结构与物理化学性质发生变化，从而实现改性；其二，利用机械应力对矿物颗粒表面的激活和由此产生的离子及游离基，引发高聚物单体在颗粒表面聚合，或使脂肪酸及其它表面改性剂在颗粒表面发生高效反应附着而实现改性。显然，机械力化学改性方法为改性过程提供了更有益的条件，因此改性效率高、效果好。机械力化学改性既是一种独立的改性方法，也可看作是表面化学改性方法的实现与促进手段郑水林.粉体表面改性[M].北京中国建材工业出版社，2003。表面活化是使用化学反应或高能量物理作用改变矿物界面层次的组分，赋予矿物表面以新的功能基，过程中矿物的基本晶体结构未被触动，经表面活化后的粉体会表现出新的功能。涂层处理是采用涂刷、喷涂、电镀化学气相沉积、化学沉淀反应及离子膜涂层等多种手段，使矿物表面涂敷上一层或数层新物质，包覆在矿物表面的他种物质膜会改变矿物的表面特性，从而赋予矿物以新的技术物理性能或装饰功能许泽胜，杨巧文，王新国等.江西萍乡粉石英特性及用作橡胶填料的研究[J].矿产综合利用，1998，(1)。对比上述四种改性方法，表面化学改性是目前粉石英矿物粉体表面改性的主要方法陈泉水.粉石英表面改性及其作用研究[J].非金属矿，2001，24(2)；余志伟.粉石英改性及效果研究[J].非金属矿，1999，22(4)。而机械力化学改性综合了机械应力作用及表面改性剂在粉体表面的化学作用，因而比表面化学改性具有一定的优势；另外，相对表面活化法及涂层处理法而言，机械力化学改性技术简便，成本较低，对粉石英更具针对性。因此，本专利利用机械力化学改性方法对于粉石英矿物粉体进行表面改性。
目前，用于粉石英矿物粉体表面改性的改性剂有硅烷系列偶联剂、铝酸酯系列偶联剂、钛酸酯系列偶联剂等陈泉水.粉石英表面改性及其作用研究[J].非金属矿，2001，24(2)；杨华明，谭定桥，陈德良等.活性粉石英的制备及应用[J].非金属矿，2002，25(5)；李金涛，林金辉.粉石英表面改性及其效果的表征[J].非金属矿，2004，27(3)。经检索，未发现采用铝酸酯偶联剂与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂复合改性粉石英工艺方法的专利申请或文献报道。
发明内容
本发明的目的是，提供一种综合利用铝酸酯偶联剂和一种甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂的结构特点，通过铝酸酯偶联剂与甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂之间相互缠绕和交联作用对粉石英进行复合改性的工艺方法，制备高品质的功能填料活性粉石英。由于铝酸酯偶联剂与甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂之间的相互作用，解决了单纯用甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂时体系内与聚合物大分子链缠绕的基团少的情况，因而能在降低甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂用量的情况下，保证填充体系的力学性能和加工性能。本专利技术方案所涉及的关键技术有(1)偶联剂品种与用量；(2)复合偶联剂改性粉石英的工艺方法。
1.偶联剂品种与用量偶联剂是非金属矿物填料表面改性中应用最广、发展最快的一种表面改性剂，品种繁多，类型复杂。其中以硅烷、铝酸酯、钛酸酯三种偶联剂系列的品种较多，应用也最广。
偶联剂品种的选择，除考虑偶联剂本身的改性效果外，还要考虑改性产品的工业应用和经济成本，以及操作方便等综合因素。目前，用于粉石英矿物粉体表面改性的改性剂有单一硅烷偶联剂、单一铝酸酯偶联剂、单一钛酸酯偶联剂、硅烷系列偶联剂与钛酸酯偶联剂组合。由于甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂可应用于多种热塑性和热固性树脂，能大幅度提高塑料的干湿态抗弯强度、抗压强度、剪切强度等力学性能和湿态电气性能，并改善填料在聚合物中的浸润性和分散性，以及甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂在聚酯树脂、环氧树脂及PE薄膜中的适用性和针对性，本专利采用一种甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂-γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷作为对粉石英矿物填料表面改性的改性剂之一。考虑到γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂价格较高，使得改性成本提高。因此，本专利采用价格较低廉的铝酸酯偶联剂作为对粉石英矿物填料表面改性的第二种改性剂，与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂复合使用。与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂相比，铝酸酯偶联剂除了具有价格优势外，对粉石英矿物粉体填料/有机物分散体系有明显的降粘作用。通过铝酸酯偶联剂与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂之间相互缠绕和交联作用，即通过铝酸酯偶联剂中的C3H7O-基团与水解后γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂中的-OH基团反应，从而发生缠绕与交联作用机理对粉石英进行表面改性，在降低改性成本的基础上，制备高品质的功能填料活性粉石英，使其在有机聚合物中的填充综合性能有明显改善。
偶联剂用量的确定，可以通过如下公式计算得到其理论用量W＝(W1×S1)/S2(公式1)式中W-偶联剂用量(g)；W1-欲改性的矿物填料重量(g)；S1-矿物填料的比表面积(m2/g)；S2-偶联剂的最小包裹面积(m2/g)；但是，由上述公式(公式1)计算得到的只是其理论用量。实际应用时，由于受矿物填料晶体形态、表面特征、晶体化学等因素的影响，偶联剂的实际用量与理论用量有一定的差别。偶联剂的实际用量一般为矿物填料重量的0.50～3.0％。本专利确定偶联剂实际用量的方法是先通过利用上述公式(公式1)计算得到其理论用量，再通过实验观察和测试分析对理论用量进行验证和修正，最后筛选出的偶联剂的实际用量，即不同粒度粉石英的铝酸酯偶联剂和甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂总用量占粉石英用量的重量百分比分别为400目粉石英的0.7～1.0％、600目粉石英的0.9～1.3％、800目粉石英的1.1～1.5％、1250目粉石英的1.8～2.6％。
2.复合偶联剂改性粉石英的工艺方法本发明采用铝酸酯与甲基丙烯酰氧基硅烷复合改性粉石英的工艺方法，有如下工艺步骤(1)将粉石英进行预热干燥，干燥时间60min，干燥温度90～110℃。
(2)按氨水用量为粉石英用量的1.0‰，氨水∶水＝1∶3的比例配制改性助剂。
(3)按铝酸酯偶联剂和甲基丙烯酰氧基硅烷复合偶联剂总用量占粉石英的重量百分比的0.7～2.6％称取偶联剂，并按铝酸酯偶联剂∶甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂＝1∶1，偶联剂∶无水乙醇∶水＝1∶2∶1的比例配制偶联剂稀释液。
(4)将按步骤(1)制备的粉石英放入球磨机中，加入按步骤(2)配制的改性助剂氨水溶液，同时加入按步骤(3)稀释配制的偶联剂稀释液进行机械力化学改性，改性时间60min，改性温度100～120℃。
(5)将按步骤(4)制备的改性粉石英出料，并用分样筛除去改性粉体中的聚合颗粒。
上述工艺步骤(3)所说的铝酸酯偶联剂的化学通式为(RO)xAl(Dn)(OCOR′)，其中Dn代表配位基团，RO为与无机粉体表面活泼质子或官能团作用的基团，COR′为与高聚物基料作用的基团。所说的一种甲基丙烯酰氧基硅烷为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，其分子式为CH2＝C(CH3)COO(CH2)3Si(OCH3)3。
以上述工艺方法，制得的改性粉石英产品经粘度、活化指数、力学性能、红外吸收光谱测试，结果为，将占体系重量百分比为65％的改性粉石英掺在环氧树脂E-44中形成的体系粘度为3370～5720mPa·s，活化指数为96.2～99.8％，按改性粉石英∶聚乙烯∶聚乙烯蜡＝20g∶20g∶0.5g比例制备的制品的力学性能为最大拉伸强度9.746～11.070MPa，断裂强度7.746～11.000MPa，屈服强度9.746～10.270MPa，断裂伸长率8.617～23.110％。而将占体系重量百分比为65％的未改性粉石英掺在环氧树脂E-44中形成的体系粘度为12720mPa·s，活化指数为0.0％，按未改性粉石英∶聚乙烯∶聚乙烯蜡＝20g∶20g∶0.5g比例制备的制品的力学性能为最大拉伸强度7.542～8.181MPa，断裂强度7.507～8.038MPa，屈服强度7.507～8.818MPa，断裂伸长率9.369～12.240％；将占体系重量百分比为65％的用单一铝酸酯偶联剂(偶联剂用量0.5～2.0％)改性的粉石英掺在环氧树脂E-44中形成的体系粘度为4410～7780mPa·s，活化指数为80.5～99.0％，按单一铝酸酯偶联剂改性粉石英∶聚乙烯∶聚乙烯蜡＝20g∶20g∶0.5g比例制备的制品的力学性能为最大拉伸强度7.577～8.582MPa，断裂强度7.577～8.115MPa，屈服强度7.865～8.118MPa，断裂伸长率8.886～11.970％；将占体系重量百分比为65％的用单一γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂(偶联剂用量0.5～2.0％)改性的粉石英掺在环氧树脂E-44中形成的体系粘度为3000～4200mPa·s，活化指数为95.4～99.7％，按单一γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂改性粉石英∶聚乙烯∶聚乙烯蜡＝20g∶20g∶0.5g比例制备的制品的力学性能为最大拉伸强度9.847～10.480MPa，断裂强度9.847～10.440MPa，屈服强度9.847～10.480MPa，断裂伸长率13.100～25.050％。与未改性粉石英原料相比，本发明制备的改性粉石英产品与有机聚合物的亲和性、相容性以及加工流动性和分散性得到了明显的改善，填充制品的力学性能也有明显的提高。本发明制备的改性粉石英产品的粘度、活化指数、力学性能明显优于利用单一铝酸酯偶联剂改性的粉石英产品，而与利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂改性的粉石英相当。利用铝酸酯偶联剂和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂复合改性粉石英，由于铝酸酯偶联剂与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂之间相互缠绕和交联作用，解决了单纯用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂时体系内与聚合物大分子链缠绕的基团少的情况，因而能在降低γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂用量的情况下，保证填充体系的力学性能和加工性能。同时，本发明制备的改性粉石英产品的红外吸收光谱中，1090cm-1～1125cm-1及1682cm-1～1689cm-1波数范围内出现了新的吸收峰，表明铝酸酯与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂已经以一定的方式与粉石英粉体物料发生偶联活化作用。
具体实施例方式
以下实施例进一步说明本发明，但并不限制本发明。
实施例1本发明采用一种铝酸酯偶联剂与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂复合改性粉石英(400目)的工艺方法，其工艺步骤如下(1)将400目粉石英进行预热干燥，干燥时间60min，干燥温度100℃。
(2)按氨水用量为粉石英用量的1.0‰，氨水∶水＝1∶3的比例配制改性助剂。
(3)按铝酸酯偶联剂和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂总用量按占粉石英用量的重量百分比为0.7％称取偶联剂，并按铝酸酯∶γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷＝1∶1，偶联剂∶无水乙醇∶水＝1∶2∶1的比例配制偶联剂稀释液。
(4)将按步骤(1)制备的粉石英放入球磨机中，加入按步骤(2)配制的改性助剂氨水溶液，以调整粉石英的表面电位。同时加入按步骤(3)配制的偶联剂稀释液进行机械力化学改性，改性时间60min，改性温度110℃。
(5)将按步骤(4)制备的改性粉石英出料，并用分样筛除去改性粉体中的聚合颗粒。
以上述工艺步骤，制得的改性粉石英产品(400目)经粘度、浸润性、活化指数、力学性能、红外吸收光谱测试，结果表明，将占体系重量百分比为65％的改性粉石英掺在环氧树脂E-44中形成的体系粘度为3370mPa·s，活化指数为97.5％，按改性粉石英∶聚乙烯∶聚乙烯蜡＝20g∶20g∶0.5g比例制备的制品的力学性能为最大拉伸强度10.220MPa，断裂强度10.210MPa，屈服强度10.008MPa，断裂伸长率15.000％。而将占体系重量百分比为65％的未改性粉石英(400目)掺在环氧树脂E-44中形成的体系粘度为12720mPa·s，活化指数为0.0％，按未改性粉石英∶聚乙烯∶聚乙烯蜡＝20g∶20g∶0.5g比例制备的制品的力学性能为最大拉伸强度7.944MPa，断裂强度7.858MPa，屈服强度7.929MPa，断裂伸长率10.830％。将占体系重量百分比为65％的利用单一铝酸酯偶联剂(偶联剂最佳用量1.2％)改性的粉石英(400目)产品掺在环氧树脂E-44中形成的体系粘度为4720mPa·s，活化指数为89.5％，按利用单一铝酸酯偶联剂改性粉石英∶聚乙烯∶聚乙烯蜡＝20g∶20g∶0.5g比例制备的制品的力学性能为最大拉伸强度7.961MPa，断裂强度7.894MPa，屈服强度8.077MPa，断裂伸长率10.250％。将占体系重量百分比为65％的利用单一γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂(偶联剂最佳用量1.5％)改性的粉石英(400目)产品掺在环氧树脂E-44中形成的体系粘度为3870mPa·s，活化指数为96.6％，按利用单一γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂改性粉石英∶聚乙烯∶聚乙烯蜡＝20g∶20g∶0.5g比例制备的制品的力学性能为最大拉伸强度10.260MPa，断裂强度10.250MPa，屈服强度10.250MPa，断裂伸长率22.380％。与未改性粉石英原料相比，本发明制备的改性粉石英产品与有机聚合物的亲和性、相容性以及加工流动性和分散性得到了明显的改善，填充制品的力学性能也有明显的提高。本发明制备的改性粉石英产品的粘度、活化指数、力学性能明显优于利用单一铝酸酯偶联剂(偶联剂最佳用量1.2％)改性的粉石英产品，而与利用单一γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂(偶联剂最佳用量1.5％)改性的粉石英相当。同时，红外吸收光谱中，1090cm-1～1125cm-1及1682cm-1～1689cm-1波数范围内出现了新的吸收峰，表明铝酸酯与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂已经以一定的方式与粉石英粉体物料发生偶联活化作用。
该改性粉石英产品可用作环氧树脂封装材料及橡胶、塑料、涂料和尼龙等复合材料的中、高档填料和增白剂。
实施例2本发明是一种采用铝酸酯偶联剂与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷复合改性粉石英(600目)的工艺方法，其原料、偶联剂品种与配比、改性助剂类型与配比、制备方法类似于实施例1，但改性的粉石英为600目，铝酸酯偶联剂和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂总用量为粉石英用量的1.0％。制得的改性粉石英产品(600目)经粘度、浸润性、活化指数、力学性能、红外吸收光谱测试，结果表明，将占体系重量百分比为65％的改性粉石英掺在环氧树脂E-44中形成的体系粘度为3880mPa·s，活化指数达98.8％，按改性粉石英∶聚乙烯∶聚乙烯蜡＝20g∶20g∶0.5g比例制备的制品的力学性能为最大拉伸强度10.270MPa，断裂强度10.270MPa，屈服强度10.270MPa，断裂伸长率18.470％。而将占体系重量百分比为65％的未改性粉石英(600目)掺在环氧树脂E-44中形成的体系粘度为12720mPa·s，活化指数为0.0％，按未改性粉石英∶聚乙烯∶聚乙烯蜡＝20g∶20g∶0.5g比例制备的制品的力学性能为最大拉伸强度8.181MPa，断裂强度7.971MPa，屈服强度8.181MPa，断裂伸长率12.240％。将占体系重量百分比为65％的利用单一铝酸酯偶联剂(偶联剂最佳用量1.4％)改性的粉石英(600目)产品掺在环氧树脂E-44中形成的体系粘度为4410mPa·s，活化指数为98.5％，按利用单一铝酸酯偶联剂改性粉石英∶聚乙烯∶聚乙烯蜡＝20g∶20g∶0.5g比例制备的制品的力学性能为最大拉伸强度8.282MPa，断裂强度8.115MPa，屈服强度8.248MPa，断裂伸长率10.740％。将占体系重量百分比为65％的利用单一γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂(偶联剂最佳用量1.8％)改性的粉石英(600目)产品掺在环氧树脂E-44中形成的体系粘度为3820mPa·s，活化指数为98.8％，按利用单一γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂改性粉石英∶聚乙烯∶聚乙烯蜡＝20g∶20g∶0.5g比例制备的制品的力学性能为最大拉伸强度10.360MPa，断裂强度10.320MPa，屈服强度10.320MPa，断裂伸长率21.150％。与未改性粉石英原料相比，本发明制备的改性粉石英产品与有机聚合物的亲和性、相容性以及加工流动性和分散性得到了明显的改善，填充制品的力学性能也有明显的提高。本发明制备的改性粉石英产品的粘度、活化指数、力学性能明显优于利用单一铝酸酯偶联剂(偶联剂最佳用量1.4％)改性的粉石英产品，而与利用单一γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂(偶联剂最佳用量1.8％)改性的粉石英相当。同时，红外吸收光谱中，1090cm-1～1125cm-1及1682cm-1～1689cm-1波数范围内出现了新的吸收峰，表明铝酸酯与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂已经以一定的方式与粉石英粉体物料发生偶联活化作用。
该改性粉石英产品可用作环氧树脂封装材料及橡胶、塑料、涂料和尼龙等复合材料的中、高档填料和增白剂。
权利要求
1.一种铝酸酯偶联剂与一种甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂复合改性粉石英的工艺方法，其特征在于综合利用铝酸酯偶联剂和甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂的结构特点，通过铝酸酯偶联剂与甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂之间相互缠绕和交联作用，采用干法机械力化学方法对粉石英进行复合改性。在降低甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂用量的情况下，保证其填充体系的力学性能和加工性能。
2.一种铝酸酯偶联剂与一种甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂复合改性粉石英的工艺，其特征有如下工艺步骤(1)将粉石英进行预热干燥，干燥时间60min，干燥温度90～110℃。(2)按氨水用量为粉石英用量的1.0‰，氨水∶水＝1∶3的比例配制改性助剂。(3)按铝酸酯偶联剂和甲基丙烯酰氧基硅烷复合偶联剂总用量占粉石英的重量百分比的0.7～2.6％称取偶联剂，并按铝酸酯偶联剂∶甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂＝1∶1，偶联剂∶无水乙醇∶水＝1∶2∶1的比例配制偶联剂稀释液。(4)将按步骤(1)制备的粉石英放入球磨机中，加入按步骤(2)配制的改性助剂氨水溶液，同时加入按步骤(3)配制的偶联剂稀释液进行机械力化学改性，改性时间60min，改性温度100～120℃。(5)将按步骤(4)制备的改性粉石英出料，并用分样筛除去改性粉体中的聚合颗粒。
3.根据权利要求1所述的粉石英改性方法及权利要求2所述的粉石英改性工艺，其特征在于所说的铝酸酯偶联剂的化学通式为(RO)xAl(Dn)(OCOR′)，其中Dn代表配位基团，RO为与无机粉体表面活泼质子或官能团作用的基团，COR＇为与高聚物基料作用的基团。所述的一种甲基丙烯酰氧基硅烷为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，其分子式为CH2＝C(CH3)COO(CH2)3Si(OCH3)3。
4.根据权利要求1所述的粉石英改性方法及权利要求2所述的粉石英改性工艺，其特征在于铝酸酯偶联剂与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂复合改性粉石英时，不同粒度粉石英的铝酸酯偶联剂与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂总用量占粉石英总用量的重量百分比分别为400目粉石英的0.7～1.0％、600目粉石英的0.9～1.3％、800目粉石英的1.1～1.5％、1250目的粉石英1.8～2.6％。
5.根据权利要求1所述的粉石英改性方法及权利要求2所述的粉石英改性工艺，其特征在于铝酸酯偶联剂与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂复合改性粉石英后，改性粉石英产品与有机聚合物的亲和性、相容性以及加工流动性和分散性得到了明显的改善，填充制品的力学性能有很大的提高。将占体系重量百分比为65％的改性粉石英掺在环氧树脂E-44中形成的体系粘度为3370～5720mPa·s，活化指数为96.2～99.8％，按改性粉石英∶聚乙烯∶聚乙烯蜡＝20g∶20g∶0.5g比例所制备的制品的力学性能为最大拉伸强度9.746～11.070MPa，断裂强度7.746～11.000MPa，屈服强度9.746～10.270MPa，断裂伸长率8.617～23.110％。
6.根据权利要求1所述的粉石英改性方法及权利要求2所述的粉石英改性工艺，其特征在于铝酸酯偶联剂与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂复合改性粉石英后，改性粉石英产品的红外吸收光谱中，1090cm-1～1125cm-1及1682cm-1～1689cm-1波数范围内出现了新的吸收峰，表明铝酸酯与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂已经以一定的方式与粉石英粉体物料发生偶联活化作用。
全文摘要
本发明涉及采用一种铝酸酯偶联剂与γ－甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂复合改性粉石英的工艺方法，属矿物材料领域。采用适合粉石英矿物特点的铝酸酯偶联剂和γ－甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂作为改性剂，通过铝酸酯偶联剂及γ－甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂之间相互缠绕和交联作用对粉石英进行复合改性。复合改性后的粉石英与用单一铝酸酯偶联剂改性或用单一γ－甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂改性后的粉石英相比，改性粉石英产品与有机聚合物的亲和性、相容性以及加工流动性和分散性得到了明显的改善，填充制品的力学性能有很大的提高。同时改性粉石英产品的红外吸收光谱表明铝酸酯与γ－甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂已经以一定的方式与粉石英粉体物料发生偶联活化作用。
文档编号C09C1/28GK1831049SQ20051002167
公开日2006年9月13日 申请日期2005年9月15日 优先权日2005年9月15日
发明者林金辉, 叶巧明, 汪灵, 刘菁, 李金涛, 常嗣和, 范良明 申请人:成都理工大学