福建日本進口架橋劑怎麼用
㈠ 硅灰石（Wollastonite）
一、概述
硅灰石是一種天然產出的偏硅酸鈣（Ca3[Si3O9]），理論化學成分CaO48.3%、SiO251.7%。其中的Ca2+離子易被少量的Fe2+、Mn2+、Mg2+、Sr2+等離子呈類質同象形式替代。硅灰石有三種同質多象變體：兩種低溫相變體，即三斜晶系硅灰石和單斜晶系副硅灰石；一種高溫相即假硅灰石。硅灰石與假硅灰石的轉化溫度為（1120±20）℃，轉化較緩慢，隨著溫度升高，轉化時間將明顯縮短。自然界常見的硅灰石主要是低溫三斜硅灰石，其他兩種象變體很少見。
硅灰石晶體沿b軸多發育為柱狀、針狀，其長度與直徑比值即長徑比為（10～7）:1，比值高的可達（15～13）:1。硅灰石熱膨脹特點是沿b軸膨脹系數（25～800℃為6.5×10-6℃-1）低，膨脹隨溫度改變呈線性變化。假硅灰石的熱膨脹系數為11.8×10-6℃-1，明顯高於硅灰石的熱膨脹系數。因此在硅灰石質陶瓷的燒成過程中應避免硅灰石向假硅灰石的轉變。硅灰石的物理－化學性質見表3-6-1。
表3-6-1硅灰石的主要物化性質
在高溫加熱條件下，硅灰石的化學性質活潑，可與高嶺石等礦物發生固相反應，與陶瓷工業有關的反應包括：
河南省非金屬礦產開發利用指南
河南省非金屬礦產開發利用指南
由於硅灰石具有針狀晶體、低熱膨脹系數、低吸油率、色白、絕緣性好、高溫化學性質活潑等特點，使其應用在陶瓷工業、填料工業等領域中。
二、資源概況和礦石類型
1.資源概況
硅灰石的成因類型有五種，其中有工業價值的是接觸變質類型和區域變質作用類型。接觸變質生成的硅灰石產於岩漿侵入體與碳酸鹽岩的接觸帶，由SiO2和CaCO3反應而成。區域變質作用生成的硅灰石是由含鈣質的岩層如石灰岩、大理岩經區域變質作用形成。
目前世界各國已查明的硅灰石儲量約2億噸，遠景儲量約4億噸。在20多個硅灰石產出國中，美國、印度和墨西哥三國硅灰石礦總儲量約佔世界已探明總儲量（不包括中國）的三分之二。
美國紐約州阿迪龍朗克山北東側是世界硅灰石重要產地，在該州的威爾斯博羅地區有福克斯諾爾、劉易斯和狄爾赫德三個主要礦床。
墨西哥的硅灰石礦床主要產在薩卡特卡斯和恰帕斯兩個州。
印度的硅灰石主要產在拉賈斯坦邦和中央邦，其中有的礦床礦石品位高達96%～97%。
我國的硅灰石礦資源豐富，遠景儲量為0.5億～1.0億噸，探明儲量僅次於印度，居世界第二位。我國硅灰石產地比較集中，主要分布在吉林省，佔全國總儲量44.7%，江西省佔17%，青海佔13.4%，遼寧佔10.3%，其他主要分布在湖北、安徽、浙江、江蘇、雲南、福建等省。我國硅灰石礦成礦條件好，礦體規模大，成分簡單，較富。吉林梨樹大頂山硅灰石礦床是我國目前規模最大的礦床。此外，吉林磐石長崴子硅灰石礦床，湖北大冶小箕鋪硅灰石礦床規模也較大。
硅灰石礦床的一般工業要求見表3-6-2，開采技術條件見表3-6-3。
表3-6-2硅灰石礦床一般工業指標
註：①視礦石質量優、差取上、下限；②手選礦石塊度要求，暫按直徑≥4cm計。
表3-6-3硅灰石礦床開采技術條件
2.礦石類型
硅灰石礦石類型主要有大理岩型和夕卡岩型兩大類。美國的威爾斯鮑羅、劉易斯、格爾赫德硅灰石礦，印度別爾卡巴赫硅灰石礦等是夕卡岩型。墨西哥拉布蘭卡硅灰石礦，芬蘭拉彭蘭塔硅灰石礦等是大理岩型。我國主要硅灰石礦石類型見表3-6-4。國內外部分硅灰石的化學成分分析見表3-6-5。
表3-6-4我國主要硅灰石礦石類型
三、硅灰石的主要用途及質量標准
由於硅灰石具有許多優異的物化性質，使其被廣泛應用於陶瓷工業、化學工業、冶金工業等各工業部門（見表3-6-6）。
迄今為止，硅灰石主要應用於陶瓷工業。其中又以作釉面磚為主，以及生產特種的無線電陶瓷和低介電損耗絕緣體陶瓷等。硅灰石之所以成為陶瓷的重要原料，是由下列因素決定的。
在傳統生產陶瓷工藝中，是以鋁硅為主要體系的原料，生成的物相以莫來石為主。需採用高溫（1250～1300℃）、長周期（30h以上）的燒成工藝。在坯體中加入一定量的硅灰石，構成了以硅－鋁－鈣為主要成分的低共熔體系，生成的物相主要是鈣長石。硅灰石同時是助熔劑，降低了坯體的老化點，整個坯體的快速燒結物均勻一致。因此，硅灰石降低了陶瓷生產的燒成溫度，縮短了燒成時間。
表3-6-5國內外部分硅灰石的化學成分分析
表3-6-6硅灰石的主要用途
硅灰石的針狀晶體為生坯提供水分快速排出的通道，乾燥速度加快，從而易壓製成型，不分層。焙燒時，硅灰石針狀體的不熔殘渣構成了阻止坯體體積變化的緻密骨架，冷卻時，燒結料結晶將它們之間的針狀體牢固粘接。坯體具有多孔和網狀結構。硅灰石低的熱膨脹系數和線性膨脹的特點，有利於坯體抗熱沖擊。
美國、原蘇聯等國都已對硅灰石在釉面磚上的應用進行了大量的研究工作。美國年產硅灰石約6萬～7萬t，其中一半用於釉面磚生產。以硅灰石為主要原料的釉面磚，實現低耗能低溫快燒的新工藝，可節省燃料約30%～50%，被譽為節能原料。
在冶金工業中，硅灰石主要用作生產模鑄硅鋼保護渣和板坯連鑄保護渣。武漢鋼鐵公司鋼鐵研究所等單位研製的以硅灰石為主要原料的保護渣，可替代從日本進口的「浮光40」保護渣。以天然硅灰石為基料板坯連鑄粉狀和顆粒狀保護渣，具有化學性質十分穩定，含Al2O3很低的特徵，能起到穩定連鑄操作和改善連鑄坯質量的作用。
硅灰石作為電焊條葯皮配料，在電焊工業中得到應用，特別適合用來製造高鈦型低炭鋼電焊條。硅灰石微粉和超細微粉被用於塑料、橡膠、造紙、油漆工業中作填料和塗料，不僅降低了產品成本，而且明顯改善了產品的物理－化學性能，尤其是機械力學性能。預計今後作工業填料和塗料用的硅灰石微粉和超細微粉用量將以每年10%的速度增加。
目前我國僅國家建材局於1994年頒布了硅灰石產品質量標准，標准號為JC/T535-94。一些主要的硅灰石產區或企業根據用戶要求制定了一些地方或企業標准。
陶瓷、油漆、塗料、冶金、電焊條等應用領域對硅灰石產品質量要求分別見表3-6-7～表3-6-10。
吉林梨樹硅灰石礦業公司出口硅灰石塊礦和針狀硅灰石粉質量標准見表3-6-11和表3-6-12。
表3-6-7陶瓷工業用硅灰石產品的質量要求
註：建築陶瓷用硅灰石，一般要求硅灰石礦物含量＞60%。
表3-6-8油漆、塗料用硅灰石產品質量要求
表3-6-9冶金保護渣用硅灰石產品質量要求
表3-6-10電焊條工業對硅灰石產品質量要求
表3-6-11吉林梨樹硅灰石礦業公司出口硅灰石塊礦質量標准
表3-6-12H-G系列針狀硅灰石粉
吉林四平市硅灰石企業標准（吉Q/SS124-85）適用於油漆塗料、塑料、橡膠、陶瓷等行業，見表3-6-13～表3-6-15。
表3-6-13吉林四平市硅灰石產品規格
表3-6-14吉林四平市硅灰石的技術要求
表3-6-15吉林四平市塗料級硅灰石粉的技術要求
註：以上產品指標，可根據用戶特殊要求，雙方協商。
湖北大冶非金屬礦公司的硅灰石產品質量標准見表3-6-16。國外硅灰石一般工業要求見表3-6-17。美國出售硅灰石的粒度要求見表3-6-18。
表3-6-16湖北大冶非金屬礦公司硅灰石產品質量標准
表3-6-17國外硅灰石一般工業要求
表3-6-18美國出售硅灰石的粒度要求
四、硅灰石礦石的選礦和超細粉碎
1.硅灰石礦石的選礦提純
硅灰石屬接觸變質礦物，與其共生的主要礦物有方解石、透輝石、石榴子石、透閃石、符山石、石英、黃銅礦、斑銅礦等，硅灰石的選礦方法隨著礦石類型不同而有所不同。手選、光電揀選、磁選、浮選、重選等方法廣泛應用於硅灰石的加工工藝中。硅灰石的主要選礦方法和原則流程見表3-6-19和表3-6-20。
列舉兩個實例說明硅灰石礦石的選礦。
表3-6-19硅灰石的主要選礦加工方法
表3-6-20硅灰石的主要選礦工藝原則流程
例1梨樹硅灰石礦的選礦工藝
該礦位於吉林省梨樹縣內。礦石中硅灰石含量為46.50%，方解石41.23%，透輝石3.49%，石英6.67%。在礦石中，硅灰石晶體內有透輝石和石英包體，方解石則呈不規則狀分布於硅灰石顆粒及其裂隙之間。根據原礦性質，採用單一浮選流程選別硅灰石。根據硅灰石與方解石、石英的可浮性不同，採用反浮選方法對硅灰石進行選別，選礦流程見圖3-6-1。
圖3-6-1梨樹硅灰石礦連選試驗流程
方解石精礦含方解石95.71%，產率38.78%；硅灰石精礦含硅灰石87.20%，產率44.48%。
例2威爾斯鮑羅硅灰石選礦廠
選礦廠位於美國紐約州威爾斯鮑羅。礦石主要礦物組成為硅灰石、鈣鐵石榴子石、透輝石、少量方解石。礦石中硅灰石含量為55%～65%，鈣鐵石榴子石和透輝石的含量為10%～20%。根據礦石性質，採用單一強磁選工藝流程使硅灰石和鈣鐵榴石及透輝石分離。工藝流程見圖3-6-2。
2.硅灰石的超細粉碎
圖3-6-2威爾斯鮑羅硅灰石選礦流程
硅灰石作為高檔無機工業填料，必須深加工成針狀超細粉料。國外多採用氣流磨對硅灰石精礦進行超細粉碎，產品中高長徑比、高比表面的粉量增多。80年代末，吉林梨樹硅灰石礦業公司從Alpine公司引進兩台630AFG流化床式氣流粉碎機，用於生產-10μm的硅灰石超細微粉。隨後，該公司與武漢工業大學合作，實現了這種設備國產化，研製成與630AFG性能相同的LPM-680氣流磨，並建成了年產200t的超細硅灰石粉生產線，生產線工藝流程見圖3-6-3。給料粒度325目，產量280.6kg/h,10μm通過率97.7%。
硅灰石超細粉碎產品有800、1250、2500目等。也可以根據用戶的需要加工出平均粒度為10、5、2、1μm級的產品。
五、硅灰石粉料的表面改性
圖3-6-3超細硅灰石生產線工藝流程
1—顎式破碎機；2—傳送帶；3—顎式破碎機；4—除塵器；5—提升機；6—料倉；7—風機；8—提升機；9—料倉；10—磨機；11—旋流分級機；12一風機；13—提升機；14—料倉；15—風送系統；16—料倉；17—螺旋輸送機；18—空壓機；19—冷凝器；20—儲氣罐；21—LPM氣流磨；22—收集器；23—風機
粉體表面改性（Surface modification or Surface treatment）是指用物理、化學、機械等方法對粉體物料表面進行處理，根據應用的需要有目的地改善或完全改變物料的物理技術性能或表面物理化學性質，如表面晶體結構和官能團、表面能、表面潤濕性、表面吸附和反應特性等，以滿足現代新工藝和新技術發展對新材料的需要。粉體的表面處理改性既是一門新技術，又是一門新學科。對於非金屬礦物，表面改性能提高其使用價值和開拓應用領域，是最重要的深加工技術之一。
在塑料、橡膠、膠粘劑等高分子材料工業及復合材料領域中，無機礦物填料佔有很重要的地位，不僅可以降低生產成本，而且明顯改善產品的物理化學性能，如機械力學性能、阻燃性、絕緣性等。但是由於無機礦物與基質，即有機高聚物或樹脂等具有不同的膨脹系數、表面張力、抗彎模數等性質，在二者接觸處，明顯表現出不相容性，因此接觸界面是最薄弱的部位，易發生分離。由於相容性差，無機礦物填料難以在基質中均勻分散，直接或過多地填充往往容易導致產品的某些力學性能下降以及易脆化等缺點。因此，用無機礦物作填料，除了對其粒度、粒度分布、顆粒形狀有要求外，還必須對礦物填料表面進行改性，提高其與基質，即有機高聚物或樹脂的相容性和分散性，以增強產品的機械強度和綜合性能。
用來對礦物表面進行改性的化學試劑稱為表面改性劑。表面改性劑分為無機試劑和有機試劑兩大類。無機試劑主要是一些無機顏料，如鐵、鈦、鉻等的氧化物或含氧鹽等。有機表面改性劑的種類較多，主要包括偶聯劑類、脂肪酸（或胺）類、烯烴低聚物類以及各種樹脂類等。由於礦物填料的種類不同，改性目的不同，所選用的表面改性劑亦不同。
1.礦物填料的有機表面改性劑
1）偶聯劑
又稱為架橋劑，是一種具有兩性結構的物質。它們分子中的一部分基團可與礦物填料表面的各種化學基團反應，形成強有力的化學鍵合；另一部分基團則有親有機物的性質，可與有機高分子發生化學反應或形成物理纏繞，在無機礦物與有機高分子之間形成具有特殊功能的「分子橋」，從而把兩種性質差異很大的材料牢固結合起來，形成新型的復合材料。
偶聯劑是目前應用最廣泛的表面改性劑，它適用於各種不同的有機高分子和無機礦物填料的復合材料體系。經偶聯劑進行表面處理的無機礦物填料，抑制了填充體系「相」的分離，即使增加填充量，仍可較好地均勻分散，從而改善了製品的綜合性能，特別是抗張強度、沖擊強度、柔韌性和撓曲強度等。按偶聯劑的化學結構可分為硅烷類、鈦酸酯類、鋯類和有機鉻絡合物四大類。下面簡要介紹前三類。
（1）硅烷偶聯劑硅烷偶聯劑是研究得最早應用最廣的偶聯劑，是由美國聯合碳化物公司為發展玻璃纖維增強塑料而開發出來的，至今已有40年的歷史。
硅烷偶聯劑是一類具有特殊結構的低分子有機硅化合物。其通式為RSiX3，式中R代表與聚合物分子有親和力或反應能力的活性官能團，如氨基、巰基、乙烯基、環氧基、氰基、甲基、丙烯醯氧基等；X代表能夠水解的烷氧基（如甲氧基、乙氧基）或氯。在進行偶聯時，X基首先水解形成硅醇，然後再與礦物表面上的羥基反應，形成氫鍵並縮合成—SiO—M共價鍵（M表示無機礦物填料表面）。同時，硅烷各分子的硅醇又相互締合齊聚，形成網狀結構的膜覆蓋在填料表面，使無機填料有機化。現以甲氨基硅烷偶聯劑為例，其偶聯作用過程為：
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偶聯劑的另一端的R可與聚合物發生反應形成牢固的化學鍵合。這種化學反應取決於R基的性質和樹脂的種類。以環氧硅烷為例，與環氧樹脂反應
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硅烷偶聯劑可用於許多無機礦物填料的表面改性，其中對含硅酸成分較多的石英粉、玻璃纖維、白碳黑等的效果最好，對高嶺土、水合氧化鋁效果也較好，對不含游離酸的碳酸鈣效果欠佳。硅烷偶聯劑產品牌號和品種分類見表3-6-21。
表3-6-21硅烷偶聯劑產品牌號和品種分類
續表
續表
（2）鈦酸酯偶聯劑鈦酸酯偶聯劑是美國肯里奇（Kenrich）石油化學公司70年代開發成功的一類新型偶聯劑。它有獨特的結構，對熱塑性聚合物與乾燥填料有良好的偶聯效能。
鈦酸酯偶聯劑的分子結構分為6個功能區，每個功能區都有其特點，在偶聯過程中發揮各自的作用。
鈦酸酯偶聯劑的通式和6個功能區：
偶聯無機相·親有機相
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式中：1≤M≤4,M+N≤6；R—短碳鏈烷烴基；R′—長碳鏈烷烴基；X—C、N、P、S等元素；Y—羥基、氨基、環氧基、雙鍵等機團。
各功能區說明如下：功能區1[（RO）M—]—與無機填、顏料偶聯作用的基團；
功能區2（Ti—O……—）—酯基轉移和交聯功能；
功能區3（X—）—聯結鈦中心帶有功能性的基團；
功能區4（R—）—長鏈的糾纏基團——適用於熱塑性樹脂；
功能區5（Y—）一固化反應基團——適用於熱固性樹脂；
功能區6（N—）—非水解基團數。
（RO）M為鈦酸酯與礦物填料進行化學鍵合的官能團，它可與礦物表面結構水和H+作用，形成包圍礦物的單分子層。Ti—O部分為鈦酸酯的有機骨架，可與聚合物的羧基之間進行相互交換，起酯基和烷基轉移和交聯作用。X部分是和分子核心鈦結合的基團，對鈦酸酯的性質有重要影響，具體可分為磷酸酯、五磷酸酯、羧基酸、磺酸基等。
鈦酸酯偶聯劑按其化學結構可分為三種類型：單烷氧基型、螯合型和配位型。
單烷氧基型這一類品種最多，價格適中，廣泛應用於塑料、橡膠、塗料、膠粘劑工業。這類偶聯劑的典型是三異硬脂醯基鈦酸異丙酯（TTS）。除含乙醇胺基和焦磷酸酯基的單烷氧基型外，大多數品種耐水性差，適用於不含游離水，僅含化學鍵合水和物理鍵合水的乾燥礦物填料體系，如碳酸鈣、水合氧化鋁等。單烷氧基鈦酸酯與無機填料的作用機理見圖3-6-4。
圖3-6-4單烷氧基鈦酸酯與無機填料的作用機理
焦磷酸型鈦酸酯偶聯劑耐水性好，適用於中等含水的無機填料，如高嶺土、滑石粉等。焦磷酸型鈦酸酯處理濕填料的吸濕機理見圖3-6-5。
圖3-6-5焦磷酸型鈦酸酯處理濕填料的吸濕機理
螯合型這類偶聯劑適用於高濕無機填料和含水聚合物體系，如高嶺土、滑石粉、水處理玻璃纖維、炭黑等。一般的單烷氧基型鈦酸酯水解穩定性差，在高濕體系中偶聯效果差。螯合型鈦酸酯偶聯劑具有極好的水解穩定性，適於在高濕狀態下使用。根據螯合環的不同，這類偶聯劑分為兩種基本類型：螯合100型和螯合200型。前者螯合基為氧代乙醯氧基；後者螯合基為二氧乙撐基。它們的偶聯機理見圖3-6-6和圖3-6-7。
圖3-6-6螯合100型與填料的偶聯機理
圖3-6-7螯合200型與填料的偶聯機理
配位體型四價鈦酸酯在一些體系中存在副反應，如在環氧樹脂中與羥基反應，在聚酯中的酯交換反應等。配位體型鈦酸酯中的鈦原子由4價鍵轉變為6價鍵，降低了鈦酸酯的反應活性，提高了耐水性。因此，配位體型鈦酸酯偶聯劑可在溶劑型塗料或水性塗料中使用。配位體型鈦酸酯偶聯劑與填料的偶聯機理見圖3-6-8。
圖3-6-8配位型偶聯劑與填料的作用機理
國內外鈦酸酯偶聯劑主要品種見表3-6-22。
表3-6-22國內外鈦酸酯偶聯劑主要品種對照
（3）鋯鋁酸鹽偶聯劑鋯類偶聯劑是美國Cavedon化學公司於80年代開發的一類新型偶聯劑，其商品名稱為「CavcoMod」，它是以水合氯化氧鋯（ZrOCl2·8H2O）、氯醇鋁（Al2OH5Cl）、丙烯醇、羧酸等為原料合成的。鋯鋁酸鹽偶聯劑分子中含有兩個無機部分和一個有機功能配位體。由於分子中無機特性部分的比重大，因此具有更多的無機反應點，使偶聯劑有良好的羥基穩定性和水解穩定性。根據分子中的金屬含量（即無機特性部分的比重）和有機配位基的性質，將已商品化的鋯鋁酸鹽偶聯劑分為7類（見表3-6-23），分別適用於聚烯烴、聚酯、環氧樹脂、尼龍、丙烯酸類樹脂、聚氨酯、合成橡膠等不同的聚合物，對於礦物填料，可用於碳酸鈣、二氧化硅、高嶺土、三水合氧化鋁、氧化鈦等的偶聯改性。鋯鋁偶聯劑性能較好，價格較便宜，在很多情況下可代替硅烷偶聯劑。
表3-6-23鋯類偶聯劑（Cavco Mod）的品種
2）高級脂肪酸及其鹽類改性劑
（1）高級脂肪酸及其鹽類高級脂肪酸屬於陰離子表面活性劑，其分子通式為RCOOH。分子的一端為長鏈烷基（C16～C18），這種結構與聚合物分子結構相近似，尤其是與聚烯烴分子結構相近，因而與聚合物基料有一定的相容性。分子的另一端為羧基或其金屬鹽，可與礦物填料表面發生一定的化學反應和物理吸附。因此，用高級脂肪酸及其金屬鹽處理礦物填料時，具有類似於偶聯劑的作用。
常用的高級脂肪酸及其金屬鹽類的表面改性劑有硬脂酸、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅等。高級脂肪酸的胺類、酯類與其金屬鹽類近似，亦可作表面改性劑。
（2）不飽和有機酸類不飽和有機酸分子具有一個或多個不飽和雙鍵及一個或多個羥基，碳原子數一般在10個以上。常見的不飽和有機酸有丙烯酸、馬來酸、衣康酸、醋酸乙烯、醋酸丙烯等。帶有不飽和雙鍵的有機酸，對含鹼金屬離子的礦物填料進行表面改性，具有良好的處理效果。由於分子中存在不飽和雙鍵，在和基體樹脂復合時，在殘余引發劑或熱能、機械能作用下，雙鍵打開，與基體樹脂發生「接枝」、交聯等一系列化學反應，使礦物填料與樹脂較好地結合在一起，提高了產品的物理機械性能。
3）有機低聚物
（1）聚烯烴低聚物聚烯烴低聚物主要品種有無規聚丙烯和聚乙烯蠟。聚烯烴低聚物有較高的粘附性能，可以和無機填料較好地浸潤、粘附、包裹。同時因為基本結構和聚烯烴相似，能與聚烯烴很好地相容結合。因此，聚烯烴低聚物廣泛應用於聚烯烴類復合材料中無機填料的表面處理。
（2）聚乙二醇用聚乙二醇包覆處理硅灰石可顯著改善聚丙烯（PP）缺口的沖擊強度和低溫性能。
2.表面改性劑的選擇及用量
目前市場上已有幾百種表面改性劑供選擇，其選擇過程是一個復雜的過程。對於同一種無機礦物填料，影響其填充效果的主要因素有顆粒的形狀、粒徑大小和粒度分布、填料表面性質等。填料的粒徑越小，其補強效果越好。如用325目和2500目碳酸鈣作半硬質PVC填料，後者比前者強度提高30%。纖維狀、片狀填料有助於提高製品的機械強度。在填料粒徑、形狀確定的情況下，考查填料表面改性效果的主要判據是填料與有機聚合物基體結合的牢固程度、填加量的多少，產品的各種物理－化學性能是否提高了等。這些與表面改性劑的選擇和表面改性工藝過程有關。表3-6-24列出了各種表面改性劑的適用范圍。
表3-6-24表面改性劑的適用范圍
表面改性劑的用量一般為無機填料量的0.5%～3%。對於某些偶聯劑類，可通過計算得到理論加入量。以硅烷偶聯劑為例，計算公式為：
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式中：W為硅烷偶聯劑用量（g）；W1為欲改性的礦物填料重量（g）；S1為礦物填料的比表面積（m2/g），可實測獲得；S2為偶聯劑的最小包裹面積（m2/g），由生產廠家提供。
表3-6-25給出了KH系列硅烷偶聯劑的最小包覆面積。
表3-6-25KH系列硅烷偶聯劑最小包覆面積
在生產和試驗中主要採用「活化指數」來表徵表面處理的效果。無機礦物填料或顏料粉體相對密度較大，而且表面呈極性狀態，在水中自然沉降。經表面改性處理後的無機填料粉體表面由極性變為非極性，對水呈現出較強的非浸潤性，不沉降。根據上述現象，提出「活性指數」，用H表示，其含義為：
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由上式可見：未經表面活化處理的無機粉體，H=0，活化處理最徹底時，H=1.0,H變化范圍為0～1.0。將改性樣品放入清水中攪拌10min，然後觀察是否有沉澱和沉澱多少，如果在2天內無沉澱或沉澱很少，說明改性成功。改性劑的用量可根據「活化指數」來確定。最佳用量應是表面改性劑在顆粒表面上覆蓋單分子層的用量。大於此量，則將形成多層物理吸附的界面薄弱層，從而導致填充物的強度下降；低於最佳用量，則填料顆粒表面改性處理不完全。
液態表面改性劑使用前應稀釋，固態表面改性劑應配製成溶液。由於硅烷偶聯劑與水的作用是偶聯作用的基礎，大部分硅烷經水解後成為水溶液。因此，常用水作稀釋劑配成溶液使用。一般採用酸性溶液水解硅烷，常用的酸有鹽酸、醋酸、月桂酸等。對於水解產物易縮合的硅烷，其水溶液應在使用前臨時配製。
鈦酸酯偶聯劑用惰性溶劑，如白油、石油醚、變壓器油等稀釋，配成一定濃度的溶液。
鋯類偶聯劑的溶劑見表3-6-23。
用丙酮溶解硬脂酸製成溶液。
3.礦物填料表面改性工藝及設備
對礦物填料表面進行改性的方式有兩種。一種是礦物填料預先塗敷處理改性工藝，在填料與樹脂基料混合之前，先對礦物填料表面改性。另一種是所謂的整體處理工藝，將礦物填料和改性劑一起加入到樹脂基料中進行混合處理。
預先塗敷處理改性工藝所用的主要設備是高速混合（捏合）機（圖3-6-9）。
圖3-6-9高速混合（捏合）機結構
1—回轉蓋；2—混合鍋；3—折流板；4—攪拌葉輪；5—排料裝置；6—驅動電機；7—機座
高速混合機工作時，高速旋轉的葉輪使物料連續地螺旋狀上、下運動，物料運動速度很快。快速運動著的顆粒之間相互碰撞、摩擦，使團塊破碎，物料溫度相應升高，使物料均勻分散和對改性劑均勻吸附。工作原理見圖3-6-10。
高速混合機的改性效果主要與葉輪的形狀和回轉速度、物料的溫度、物料在混合室內的充滿程度（即填充率）、混合時間、改性劑的加入方式和用量等因素有關。
填充率一般為0.5～0.7，對於高位式葉輪，填充率可達0.90
溫度是影響最終改性效果的重要因素之一，對於不同的礦物填料和所用的表面改性劑，加熱溫度高低也不同。
圖3-6-10高速混合（捏合）機的工作原理
1—回轉蓋；2—外套；3—折流板；4—葉輪；5—驅動軸；6—排料口；7—排料氣缸；8—夾套
部分國產高速混合機主要技術參數見表3-6-26。
表3-6-26部分國產高速加熱混合（捏合）機主要技術參數及生產廠家
4.硅灰石填料
重碳酸鈣、重晶石、滑石、硅灰石等被稱為白色非金屬礦物顏料、填料。其中，由於硅灰石具高長徑比和色澤白的特點，使其成為白色非金屬礦物填料的佼佼者。用經硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑表面改性的硅灰石粉料作填料，可明顯改善產品的性能。如作聚碳酸脂填料，其彈性模量是未填充時的3倍，強度大約增加15%，填充到聚乙烯、聚丙烯中，產品的拉伸強度、彎曲強度等機械力學性能明顯提高。表3-6-27和表3-6-28列出了硅灰石充填PVC硬板和尼龍1010的性能。
表3-6-27硅灰石充填PVC硬板性能
表3-6-28不同礦物填充尼龍1010性能對比
西北油漆廠用硅灰石粉代替部分鈦白粉或滑石粉，成功地應用到塗料中。
主要參考文獻
[1]《非金屬礦工業手冊》編輯委員會，非金屬礦工業手冊（上、下冊），冶金工業出版社，1992。
[2]鄭水林，粉體表面改性.中國建材工業出版社，1995。
[3]李英堂等，應用礦物學，科學出版社，1995。
[4]孫寶岐等，非金屬礦深加工，冶金工業出版社，1995。
[5]《礦產資源綜合利用手冊》編輯委員會，礦產資源綜合利用手冊，科學出版社，2000。
[6]劉伯元，硅灰石深加工及其產品在塑料中的應用，非金屬礦，1997.3期，P21～24。
[7]李曉琴等，硅灰石質瓷質坯體焙燒過程物相變化研究，非金屬礦，1999.1期，P12～13。