Kuvars tozunun hidrofilik yüzey özellikleri, organik polimer matrislerle uyumluluk zorlukları yaratır. Sonuç olarak, tozun özelliklerini hidrofilikten hidrofobiğe dönüştürmek için yüzey modifikasyonu esastır, böylece parçacık ıslanabilirliği artar ve organik sistemler içinde düzgün dağılım teşvik edilir.
Kuvars Yüzey Modifikasyonunun Prensibi
Genellikle, kuvars tozu parçacıkları ne kadar ince olursa, özgül yüzey alanı o kadar büyük olur ve daha fazla yüzey aktif hidroksil grubu olur ve bu da onu daha reaktif hale getirir. Modifikasyondan sonra etki iyileşir. Kuvars gibi silikat mineralleri, mekanik olarak ezildiğinde, yeni oluşan yüzeyde serbest radikaller veya iyonlar üretir. Dış koşullar altında, yüzeyde Si-OH, Si-O-Si ve Si-OH···H gibi gruplar oluşur. Bu gruplar yabancı fonksiyonel gruplarla kolayca bağ kurabilir, modifikasyon hedefine ulaşabilir ve yüzey modifikasyonu için bir temel sağlayabilir. Modifikasyon sürecinde, sıcaklık, modifikatörün seçimi ve miktarı, işlem yöntemi ve modifikasyon süreci gibi faktörler modifikasyon etkisini etkileyen ana faktörlerdir.
Değişiklik yöntemi
Kuvars tozunun organik yüzey modifikasyonu için birçok yöntem vardır, ancak yalnızca kuvars tozunun yüzeyine fiziksel adsorpsiyona güvenmek zayıf modifikasyon etkileriyle sonuçlanır. Karıştırma ve yıkama gibi işlemler sırasında kolayca ayrılabilir ve uygulamada ürün performansını önemli ölçüde iyileştiremez.
Yüksek enerjili modifikasyonun maliyeti yüksektir, teknik olarak karmaşıktır ve endüstriyel üretimde gerçekleştirilmesi zordur.
Mekanik kimyasal modifikasyon, tozun mekanik olarak öğütülmesiyle yüzeyde geçici aktif noktalar oluşturulmasını ve yüzey modifikasyonu için aktivasyon enerjisinin azaltılmasını içerir.
Kimyasal kaplama modifikasyonu, kuvars tozunun yüzey modifikasyonu için en yaygın kullanılan yöntemdir. Bu, bağlayıcı madde modifikasyonu ve polimer aşılamayı içerir. Bağlama mekanizması, kuvars tozunun yüzeyiyle kovalent bağlar oluşturmayı içerir. Bağlayıcı madde modifikasyonunda, bağlayıcı maddenin hidrolizi silanol grupları oluşturur.
Bu gruplar, kovalent bağlar oluşturmak için kuvars tozu yüzeyindeki silika hidroksil gruplarıyla dehidratasyon yoğunlaşmasına uğrar. Bu yöntem maliyet açısından etkilidir, yüksek modifikasyon etkileri sağlar ve modifiye edilmiş ürün daha uzun süre stabil performansını korur.
Değişiklik süreci
Endüstriyel üretimde çoğunlukla mekanik kuru modifikasyon kullanılır. Modifier öğütme sırasında püskürtülür, bu da endüstriyel süreci kısaltır. Bu yöntem geçici aktif bölgeler ve yüksek sıcaklıklar oluşturarak yüzey modifikasyonunu kolaylaştırır. Ürünün dehidratasyon ve kurutmaya ihtiyacı yoktur. Ancak modifikasyon etkisi ıslak yöntemlere kıyasla önemli ölçüde daha kötüdür. Modifikasyonun tekdüze bir şekilde elde edilmesi zordur ve yerel yüksek sıcaklıklar modifiere zarar verebilir.
İşlem üzerindeki kontrol de zordur. Kuru modifikasyondan sonra kuvars tozu endüstriyel uygulamalarda kaba bir ürün olarak kabul edilir. Plastik, yapı malzemeleri ve kauçuk endüstrilerinde yaygın olarak kullanılır. Islak modifikasyon, kuvars tozunun reaktiflerle ıslatılmasını, ısıtılmasını, karıştırılmasını ve susuzlaştırılmasını içerir. Kuru yöntemlerden daha karmaşıktır ancak daha iyi modifikasyon etkileri sunar. Genellikle filmler ve kaplamalar gibi üst düzey endüstrilerde kullanılır.
Mekanokimyasal ve kimyasal kaplama kompozit modifikasyon işlemi, öğütme sırasında modifikatörlerin eklenmesini içerir. İşlem, ince öğütme ve süper ince öğütmeyi birleştirir. Kuvars kumu parçacık boyutu azaldıkça, yüzey modifikasyonu gerçekleşir. Bu kompozit modifikasyon işlemi basittir. Bazı modifikatörler ayrıca öğütmeye yardımcı olarak kırma verimliliğini artırır. Ancak, sıcaklık kontrolü zordur. Parçacıklar sürekli olarak ezilir ve yeni yüzeyler oluşturulur. Modifikatör kaplaması düzgün olmayabilir. Ek olarak, ekipman tarafından üretilen yüksek sıcaklıklar modifikatörleri parçalayabilir veya moleküler yapılarına zarar verebilir.
Kurutma ve kimyasal kaplama kompozit modifikasyon işlemi, ıslak toz kurutma işlemi sırasında modifikatörlerin eklenmesini içerir. Bu, dehidratasyon ve yüzey modifikasyonunun aynı anda gerçekleştiği bir kompozit işlemdir. Kurutma işlemi yüksek bir sıcaklıkta (200°C'nin üzerinde) çalışır.
Değiştirici
Kuvars tozu modifikasyonu için ana değiştiriciler arasında silan bağlayıcı ajanlar, alüminat bağlayıcı ajanlar ve titanat bağlayıcı ajanlar bulunur. Yağ asitleri ve bazı katyonik yüzey aktif maddeler (örneğin heksadesiltrimetilamonyum bromür) endüstride yüzey modifikasyonu için yaygın olarak kullanılır. Bu değiştiriciler düşük maliyetli ve uygulaması kolaydır, ancak modifikasyon etkisi genellikle ortalama olup kaba dereceli ürünlerle sonuçlanır. Silan bağlayıcı ajanlar kuvars tozu için en iyi yüzey modifikasyon etkisini sağlar ancak daha pahalıdır. Alüminat ve titanat bağlayıcı ajanlar daha düşük maliyetlidir ve uygulanması daha kolaydır, ancak modifikasyon etkileri silan bağlayıcı ajanlar kadar iyi değildir.
Kuvars tozunun modifiye edilmiş polisiloksan ile yüzey modifikasyonu, yüzey özelliklerini etkili bir şekilde değiştirebilir. Bu, yapay kuvars taşı işlemede reçine kullanımını azaltır. Sonuç olarak, yapay kuvars taşı levhalarının üretim maliyeti önemli ölçüde düşürülür.
Mekanik bilyalı öğütme kullanımı, modifiye edilmiş polisiloksan ve kuvars tozu arasındaki temas ve çarpışma fırsatlarını artırır. Bu, modifikasyon reaksiyonunu destekler ve mükemmel sonuçlar elde edilir.
Yağ emilim değeri, viskozite, penetrasyon süresi ve ekonomik maliyet faktörleri göz önüne alındığında modifiye polisiloksanın optimum dozajı ‰3,5’tir.
Çözüm
Günümüzde, modifiye edilmiş kuvars tozuna olan talep ultra ince parçacık boyutlarına doğru kaymaktadır. Nano kuvars tozu üç boyutlu bir ağ yapısına sahiptir. Bu ona benzersiz özellikler kazandırır ve onu birçok uygulamada yeri doldurulamaz hale getirir. Umut vadeden bir geliştirme görünümüne sahiptir. Üretim ekipmanlarında sürekli güncellemelerle, üst düzey modifikasyon teknolojileri endüstriyel hale gelecektir. Bu, uygulama aralığını büyük ölçüde genişletecektir.