As características hidrofílicas da superfície do pó de quartzo criam desafios de compatibilidade com matrizes poliméricas orgânicas. Consequentemente, a modificação da superfície é essencial para transformar as propriedades do pó de hidrofílicas em hidrofóbicas, aumentando assim a molhabilidade das partículas e promovendo uma dispersão uniforme em sistemas orgânicos.
Princípio da modificação da superfície de quartzo
Geralmente, quanto mais finas as partículas de pó de quartzo, maior a área superficial específica e maior a quantidade de grupos hidroxila ativos na superfície, tornando-as mais reativas. Após a modificação, o efeito é aprimorado. Minerais de silicato como o quartzo, quando triturados mecanicamente, geram radicais livres ou íons na superfície recém-formada. Sob condições externas, grupos como Si-OH, Si-O-Si e Si-OH···H são formados na superfície. Esses grupos podem se ligar facilmente a grupos funcionais estranhos, atingindo o objetivo da modificação e fornecendo a base para a modificação da superfície. No processo de modificação, fatores como temperatura, escolha e quantidade do modificador, método de tratamento e processo de modificação são os principais fatores que afetam o efeito da modificação.
Método de modificação
Existem muitos métodos para modificação orgânica da superfície do pó de quartzo, mas confiar apenas na adsorção física na superfície do pó de quartzo resulta em efeitos de modificação insatisfatórios. Ele pode se desprender facilmente durante processos como agitação e lavagem, e não pode melhorar significativamente o desempenho do produto na aplicação.
A modificação de alta energia tem altos custos, é tecnicamente complexa e difícil de ser alcançada na produção industrial.
A modificação química mecânica envolve a moagem mecânica do pó para criar locais ativos temporários na superfície, reduzindo a energia de ativação para modificação da superfície.
A modificação química do revestimento é o método mais comumente utilizado para a modificação da superfície do pó de quartzo. Isso inclui a modificação do agente de acoplamento e a enxertia de polímeros. O mecanismo de ligação envolve a formação de ligações covalentes com a superfície do pó de quartzo. Na modificação do agente de acoplamento, a hidrólise do agente de acoplamento gera grupos silanol.
Esses grupos sofrem condensação por desidratação com os grupos hidroxila de sílica na superfície do pó de quartzo para formar ligações covalentes. Esse método é econômico, proporciona altos efeitos de modificação e o produto modificado mantém um desempenho estável por mais tempo.
Processo de modificação
Na produção industrial, a modificação mecânica a seco é a mais utilizada. O modificador é pulverizado durante a moagem, o que encurta o processo industrial. Este método gera sítios ativos temporários e altas temperaturas, facilitando a modificação da superfície. O produto não necessita de desidratação e secagem. No entanto, o efeito da modificação é significativamente pior em comparação com os métodos a úmido. A modificação é difícil de ser realizada uniformemente e altas temperaturas localizadas podem danificar o modificador.
O controle do processo também é desafiador. Após a modificação a seco, o pó de quartzo é considerado um produto grosseiro em aplicações industriais. É amplamente utilizado nas indústrias de plásticos, materiais de construção e borracha. A modificação a úmido envolve a imersão, aquecimento, agitação e desidratação do pó de quartzo com reagentes. É mais complexo do que os métodos a seco, mas oferece melhores efeitos de modificação. É geralmente utilizado em indústrias de ponta, como filmes e revestimentos.
O processo de modificação de compósitos por revestimento químico e mecanoquímico envolve a adição de modificadores durante a moagem. O processo combina moagem fina e moagem superfina. À medida que o tamanho das partículas de areia de quartzo diminui, ocorre a modificação da superfície. Este processo de modificação do compósito é simples. Alguns modificadores também auxiliam na moagem, melhorando a eficiência da britagem. No entanto, o controle da temperatura é difícil. As partículas são continuamente britadas, gerando novas superfícies. O revestimento do modificador pode não ser uniforme. Além disso, as altas temperaturas geradas pelo equipamento podem decompor os modificadores ou danificar sua estrutura molecular.
O processo de secagem e modificação química de compósitos envolve a adição de modificadores durante o processo de secagem do pó úmido. Trata-se de um processo de compósitos em que a desidratação e a modificação da superfície ocorrem simultaneamente. O processo de secagem opera em alta temperatura (acima de 200 °C).
Modificador
Os principais modificadores para modificação de pó de quartzo incluem agentes de acoplamento de silano, agentes de acoplamento de aluminato e agentes de acoplamento de titanato. Ácidos graxos e alguns surfactantes catiônicos (como o brometo de hexadeciltrimetilamônio) são comumente usados para modificação de superfície na indústria. Esses modificadores são de baixo custo e simples de aplicar, mas o efeito de modificação é geralmente médio, resultando em produtos de grau grosseiro. Os agentes de acoplamento de silano proporcionam o melhor efeito de modificação de superfície para pó de quartzo, mas são mais caros. Os agentes de acoplamento de aluminato e titanato são mais baratos e mais fáceis de aplicar, mas seu efeito de modificação não é tão bom quanto o dos agentes de acoplamento de silano.
A modificação da superfície do pó de quartzo com polissiloxano modificado pode alterar efetivamente suas propriedades superficiais. Isso reduz o uso de resina no processamento de pedras de quartzo artificiais. Como resultado, o custo de produção de placas de pedra de quartzo artificial é significativamente reduzido.
O uso de moagem mecânica de esferas aumenta as chances de contato e colisão entre o polissiloxano modificado e o pó de quartzo. Isso promove a reação de modificação e alcança excelentes resultados.
Considerando o valor de absorção de óleo, viscosidade, tempo de penetração e fatores de custo econômico, a dosagem ideal de polissiloxano modificado é 3,5‰.
Conclusão
Atualmente, a demanda por pó de quartzo modificado está se voltando para partículas ultrafinas. O pó de quartzo nano possui uma estrutura de rede tridimensional, o que lhe confere propriedades únicas, tornando-o insubstituível em diversas aplicações. Sua perspectiva de desenvolvimento é promissora. Com a constante atualização dos equipamentos de produção, tecnologias de modificação de ponta serão industrializadas, o que ampliará significativamente sua gama de aplicações.