中国粉体网讯 粉石英是一种天然的粉状石英质矿物，是一种以 SiO2 为主要成分的非金属矿物资源，被广泛用于陶瓷、电瓷、化工、铸造、建材等领域。
粉石英的物理化学性能
粉石英的化学成分依产地而异。一般SiO2含量都在98%以上，杂质有Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2等。采用一定提纯工艺，其SiO2含量可达99.95%，Fe2O3可降至0.001%。
（粉石英化学成分表）
天然粉石英外观为白色、灰白色或淡黄白色，呈疏松粉状，受铁及其他杂质污染时，颜色呈黄色或棕红色。白度为50~70。能吸水分，饱和吸水率为30%左右，吸水后，呈疏松状而不具粘性和可塑性。在水中形成混浊，静置时发生重力沉降。天然含水量为7%-10%。熔点为1770-790℃，小于75μm的粉石英其比表面积为1635cm2/g，莫氏硬度为7，折光率为1.55，pH值为7。
粉石英表面改性剂
粉石英常用的表面改性试剂主要为偶联剂。用硅烷偶联剂（KH-550，KH-560，KH-570等）能获得较好的效果，也可用钛酸酯、铝酸酯或磷酸酯偶联剂等。
在使用偶联剂前需要预先稀释，这样可以获得更好的改性效果。在改性过程中会产生一些聚合颗粒，必须除去，否则会影响改性产品的质量和应用效果。
粉石英表面改性方法
粉石英表面改性的方法主要有湿法和干法两种。湿法工艺较复杂，成本高，工业化生产很少采用；干法工艺不需后处理，成本低，是矿物填料表面改性的主要方法。
干法工艺是先将粉石英填料加入到改性设备中进行预热干燥，在预热过程中加入改性助剂，调整粉石英表面电位，使偶联剂能更好地与粉石英表面产生化学键合，然后加入偶联剂在一定的工艺条件下进行改性。
粉石英表面改性工艺条件
（1）改性剂用量
偶联剂用量低于1.2%时，偶联剂在表面不能形成完全包用铝酸酯。铝酸酯用量达1.2%时，其粘度几乎不随偶联覆。超过1.2%用量时，偶联剂在粉石英填料表面形成多分子层包覆，影响改性效果。
只要偶联剂能在填料颗粒表面形成单分子层包覆，就能获得理想的改性效果。随偶联剂用量的增加，活性粉石英的粘度逐渐降低，且粘度变化逐渐趋于平缓。
（2）改性温度
100～140℃，改性效果最好，适当的改性温度可以促进二氧化硅表面的硅醇基与硅烷偶联剂表面的硅醇基发生较强的化学键合反应，提高粉石英的改性效果。但温度过高易使硅烷偶联剂产生分解、挥发或炭化，且对设备要求较高，增加成本。温度过低不仅反应时间较长，而且影响包覆率。
（3）改性时间
延长20min，效果最佳，适当延长改性时间对提高改性效果是有利的。一般说来，改性温度越高，搅拌速度越快，所需的时间较短。当改性时间延长到20min时，改性效果最佳，但再延长时间，因强烈机械作用（如摩擦、剪切力等会导致局部解吸），其效果变化不大，甚至有可能降低。
改性时间一定时，提高搅拌速度有利于改善偶联剂的分散效果，使其在粉石英表面充分包覆，提高改性效果。搅拌速度增加到900r/min时，改性效果最佳，但搅拌速度达到1400r/min时，改性效果反而降低。其原因是由于过度的搅拌速度，强烈的摩擦和剪切作用力使包覆在粉石英表面的偶联剂脱附，从而使改性效果变差。
粉石英改性效果评价
粉石英改性主要通过改变填料对有机聚合物的相容性，以达到降低填料-聚合物混合体系的粘度，增加填充量，改善填料在聚合物中的浸润性和分散性，消除化学和机械破坏点及提高制品物理力学性能的目的。因此，通常把粘度和浸润性作为粉石英改性效果的主要技术指标。另外，还可用活化指数、红外光谱等方法来评价粉石英的改性效果。
（1）粘度
改性填料添加到聚合物后，与未改性填料所得到的混合物相比，其粘度会显著降低。在相同试验条件下，与未改性粉石英相比，当填料量∶环氧树脂量≥2.0:1时，混合体系的粘度明显下降，且对不同偶联剂改性的粉石英，粘度下降幅度不同。
（2）浸润性
浸润性包括渗透时间、浸润角、浸润点（吸油率）等指标，是衡量填料与聚合物之间相容性好坏的主要指标之一。浸润性好的填料，在聚合物中的流动性好，易于分散，混料容易且均匀，不易出现聚合颗粒。通常改性后的粉石英对水滴的渗透时间变长，浸润角变大，由亲水性变为疏水性，由极性变为非极性；对油滴的渗透时间变短，浸润角变小，浸润点变小，由疏油性变为亲油性。但有些含有极性基团（如氨基、羟基、环氧基等）的硅烷偶联剂（如KH-550，KH-560）对粉石英改性，其表面能较高，仍具有亲水性。
（3）活化指数
无机粉体一般相对密度较大，且表面呈极性状态，在水中自然沉降，有机表面改性剂是非水溶性的表面活性剂。经表面改性处理后的无机粉体，表面由极性变为非极性，对水呈现出较强的非浸润性。非浸润性的小颗粒在水中时，巨大的表面张力使其如同油膜一样漂浮不沉。
活化指数H可表示为：H=样品中漂浮部分质量（g）/样品总质量（g）。根据该原理，可以用活化指数来评价粉石英的改性效果。
（4）红外光谱
红外光谱较普遍的用途，是根据谱的吸收频率的位置和形状判定未知物，并按吸收的强度来测定其含量。因此可以利用红外光谱来分析改性粉石英表面新键的生成覆盖情况，以此评价粘石英的改性效果。
粉石英应用
农药业：可湿性粉剂、旱地除草剂、水田除草剂、六麦隆、一偏净，各种生活农药。
复合肥料业：果木、蔬菜、花草、各种农作物的复合肥。
橡胶业：可做车辆用轮胎、橡胶管、三角皮带、橡胶滚动、输送带、车子垫皮等各种橡胶制品中的填料。
建筑保温业：可做屋顶隔热层、保温砖、硅酸钙保温材料、多孔性煤饼炉、保温材料、隔音保温防火装饰板等保温、隔热、隔音建筑材料。
塑料业：可添加在生活塑料制品、建筑塑料制、农用塑料、窗门塑料、各种塑料管道、其它轻重工业塑料制品中。
油漆涂料业：可做家具、办公用油漆、建筑涂料、机械、家电油漆、油印墨、沥表、汽车油漆等各种油漆涂料填料。
饲料业：加工成为禽类、畜类、鱼类、鸟类、水产等各种饲料的添加剂。
抛光磨擦业：打磨车辆中的刹车片抛光、机械钢板、木才家具、玻璃、镜子。
人造革业：可填加在各种人造皮革和革制品中。
粉石英的表面改性是对矿物填料性质进行优化，开拓新的应用领域，提高工业价值和附加值的最有效途径和最重要的技术之一。随着改性技术及其他相关技术的发展，粉石英将会获得更为广泛和更为重要的用途。
参考资料：
郝保红·天然粉石英的开发利用及深加工
林金辉·粉石英表面改性及效果评价
粉石英如何精深加工
（中国粉体网编辑整理/小虎）
