李 敏，劉金河，何孔高

（1.池州學(xué)院 材料與化學(xué)工程系，安徽 池州 247000；2.貴港市金地礦業(yè)有限公司，廣西 貴港 537100；3.安徽金潤(rùn)銅業(yè)有限公司，安徽 池州 247000）

1 前言

近年來(lái)我國(guó)生產(chǎn)的碳化硅粉體在細(xì)度與純度上都有了迅速的發(fā)展，價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)激烈，而粉體的表面處理能大大提高其附加值，因此，對(duì)碳化硅粉體的表面改性具有極大的研究意義。文獻(xiàn)[1-3]都采用硅烷偶聯(lián)劑KH－550預(yù)處理，再包覆其它有機(jī)物，降低表面活性，以改善碳化硅粉體的相容性、分散性和流動(dòng)性。目前大都對(duì)α-SiC粉體進(jìn)行改姓，對(duì)β-SiC粉體改姓較少。

為此，本文采用硅烷偶聯(lián)劑和硬脂酸為改性劑，研究其對(duì)β-SiC粉體有機(jī)化、疏水性及流動(dòng)性的影響。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

β-SiC （平均粒徑3.5um，純度99.7%）、KH-550硅烷偶聯(lián)劑、硬脂酸、乙醚、無(wú)水乙醇等。

2.2 實(shí)驗(yàn)方案

依據(jù)硅烷偶聯(lián)劑在與礦物表面發(fā)生偶聯(lián)作用時(shí)，烷氧基首先水解形成硅醇，再與礦物表面上的羥基反應(yīng)，使體系中的兩組分產(chǎn)生很強(qiáng)的接口結(jié)合，實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)礦物表面有機(jī)化；以及脂肪酸中的羥基與超細(xì)顆粒表面的羥基發(fā)生類(lèi)似于酸與醇的脂化反應(yīng)，使粉體表面由原來(lái)的極性變?yōu)榉菢O性。其實(shí)驗(yàn)工藝如圖1所示。

2.3 性能測(cè)試

用WQF-310傅立葉變換紅外光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試，采用BT-1000型粉體綜合特性測(cè)試儀分析粉體的流動(dòng)性。

親油化度測(cè)試：在100ml燒杯中加入20ml蒸餾水，加入0.2g粉體（粉體浮于水面，攪拌少量沉于水底，剩余的浮于水面），將燒杯置于磁力攪拌器上，邊加熱邊用滴定管加入乙醇，浮于水面的粉體慢慢分散于水中，溶液變渾濁，至水面粉末全部分散于乙醇水溶液中，讀取乙醇用量V，則親油化度=V/(V+60)*100%。

水性測(cè)試：在100ml燒杯中加入60ml蒸餾水，加入0.2g粉體，攪拌5分鐘，粉體浮于表面，沒(méi)有沉淀，溶液不渾濁則疏水。

圖1 β-SiC粉體改性實(shí)驗(yàn)工藝

3 結(jié)果與討論

3.1 紅外分析

從圖2中可以看出，原料在800-900 cm-1之間存在一個(gè)明顯的寬縫，即-Si-C鍵伸縮振動(dòng)峰。

從圖3中可知，3017cm-1處存在-NH的伸縮振動(dòng)，2926cm-1、2861cm-1處存在-CH2的伸縮振動(dòng)，1606cm-1處存在-NH2的面內(nèi)彎曲振動(dòng)，1049cm-1處存在-Si-O-C的伸縮振動(dòng)，進(jìn)一步說(shuō)明硅烷偶聯(lián)劑KH-550已吸附在β-SiC顆粒的表面。

1535 cm-1、1493 cm-1處存在-NH的彎曲振動(dòng)，1402 cm-1處存在-CH3的彎曲振動(dòng)，1732cm-1處存在-C=O的伸縮振動(dòng)，說(shuō)明硬脂酸吸附在碳化硅表面。1691cm-1處存在-CN的伸縮振動(dòng)，1264cm-1處存在游離態(tài)的-CN的伸縮振動(dòng)都很弱，說(shuō)明KH-550中的-NH2與硬脂酸中的-COOH發(fā)生酰胺化反應(yīng)的可能性較小。

圖2 β-SiC粉體紅外吸收光譜

圖3 改性β-SiC粉體的紅外吸收光譜疏水性分析

圖4 改性β-SiC粉體的疏水性照片

采用不同改性劑包覆的β-SiC粉體疏水照片如圖4所示，在相同改性條件下，KH-550改性時(shí)部分疏水，有較少沉淀，而硬脂酸改性時(shí)較少部分疏水，沉淀很多，有渾濁現(xiàn)象，KH-550與硬脂酸改性時(shí)基本疏水，最少量沉淀，改性效果最好，這是因?yàn)閮煞N改性劑起到互補(bǔ)的作用，較為密實(shí)的包覆在β-SiC顆粒的表面。

3.2 親油化度分析

以偶聯(lián)劑和硬脂酸1：1為改性劑時(shí)固含量、溫度、時(shí)間對(duì)β-SiC粉體改性效果的影響，測(cè)試結(jié)果如表1，結(jié)果顯示隨著改性劑固含量增加，在SiC粉體表面包覆的硅烷偶聯(lián)劑和硬脂酸增多，因此親油化度值也就增大，疏水性更好；改性溫度并非越高越好，溫度低改性劑未能充分包覆在顆粒表面，包覆效果不好；過(guò)高的溫度會(huì)使改性劑之間進(jìn)行反應(yīng)，導(dǎo)致包覆量低；實(shí)驗(yàn)表明，在70℃時(shí)效果較好。加熱1.5h后改性效果最好，可能是因?yàn)楦男詣┰诜垠w表面吸附達(dá)到平衡狀態(tài)；本實(shí)驗(yàn)得到的最佳實(shí)驗(yàn)工藝條件為溫度70℃、加熱時(shí)間1.5h、硅烷偶聯(lián)劑和硬脂酸固含量1.5%時(shí)改性效果最好。

表1 改性β-SiC粉體的親油化度值

3.3 流動(dòng)性分析

表2為β-SiC粉體經(jīng)最佳實(shí)驗(yàn)工藝條件表面改性后流動(dòng)性的測(cè)試結(jié)果，從表中看出流動(dòng)性指數(shù)有所提高，說(shuō)明流動(dòng)性變好，這是因?yàn)榉肿幽Σ亮τ煞肿恿蜋C(jī)械膠合力組成，改性后的粉體其表面吸附分子膜后降低了粉體間的相互作用力，即降低了粉體流動(dòng)時(shí)的摩擦阻力，從而提高粉體流動(dòng)性。

表2 β-SiC粉體改性前與改性后流動(dòng)性測(cè)試

4 結(jié)論

在實(shí)驗(yàn)條件范圍內(nèi)，硅烷偶聯(lián)劑和硬脂酸固含量1.5%、溫度70℃、保溫1.5h時(shí)改性效果最好；改性粉基本完全疏水；粉體流動(dòng)性有所提高，但提高幅度不大。

[1]魏明坤,等.聚甲基丙烯酸甲酯對(duì)碳化硅表面改性的研究[J].現(xiàn)代技術(shù)陶瓷,2001(1)：6-7.

[2]吉曉莉,李美娟,武七德.有機(jī)包覆改性SiC粉體表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的表征[J].中國(guó)粉體技術(shù),2004(6)：20-23.

[3]李亞萍,華勇,蔣登高,等.碳化硅微粉的接枝聚合改性[J].金剛石與磨料磨具工程,2007,159（3）：80-84.