本发明专利技术涉及一种采用硼酸酯偶联剂和γ－甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（简称甲基丙烯酰氧基硅烷）偶联剂复合改性微晶白云母粉的工艺方法，属于矿物材料领域。以微晶白云母粉为原料，选用硼酸酯偶联剂和甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂为改性剂，综合利用硼酸酯偶联剂和甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂之优势，通过两种偶联剂共同使用时产生的协同效应对微晶白云母进行改性。复合改性后的微晶白云母粉与有机聚合物的亲和性、相容性以及加工流动性和分散性都有明显改善。复合改性后的微晶白云母经红外吸收光谱分析表明，硼酸酯与甲基丙烯酰氧基硅烷已经以一定的方式与微晶白云母粉体物料发生偶联活化作用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种改性微晶白云母粉的工艺方法。采用硼酸酯偶联剂和甲基丙烯酰 氧基硅烷偶联剂为改性剂，以微晶白云母粉为原料，利用干法机械力化学改性，制备高品质 的微晶白云母活性填料。本专利技术属于矿物材料领域，制备的改性微晶白云母产品可用作塑 料、橡胶、涂料和胶粘剂等高聚物基复合材料的填料，能使复合材料的综合性能显著提高。
技术介绍
白云母是一种富K、A1的2 1型二八面体层状构造硅酸盐矿物，其理想晶体化学 式为KAl2[AlSi3010) 2，主要化学成份组成(重量百分比)为Si0245 . 2%，Al203 38.5%, H204.5%,K20 11.8%。白云母的组成和晶体结构决定了其具有许多优异的物理化学性质， 如良好的电绝缘、耐热、耐磨、耐腐蚀、防辐射及防水等性能，因此在工业上有广泛的用途。 白云母晶形通常呈片状或板状，晶体细小者呈鳞片状。大片白云母(有效面积24cm2者) 主要用于电气工业、电子工业和航空、航天等尖端科技领域。随着大片云母资源的减少和科 技的进步，碎云母(包括碎片云母、大片云母加工的废料以及天然小片云母)的开发利用价 值不断提升，特别是经过超细加工后的白云母粉可用作塑料、橡胶、油漆及涂料等的功能填 料，起到提高材料的机械强度、化学稳定性、抗老化性和绝缘性等综合性能的作用。但由于 碎云母的韧性大，结晶粗，加工成超微粉体的难度大，加工成本过高，在一定程度上制约了 白云母粉作为功能填料的广泛应用。1997年在中国川西地区发现了国内外十分罕见的特大、沉积型微晶白云母矿床， 由于该矿床是由沉凝灰岩经沉积成岩作用或后期热液蚀变作用形成，其云母晶体天然细 小，仅为微米级，故称“微晶白云母”。该矿床是国内首次发现的新成因类型的云母矿床，过 去所开采的各种用途的大片白云母主要来源于花岗伟晶岩型矿床，在世界上，除1933年在 美国内华达州罗契斯特附近发现与本矿床类似的块云母矿外，迄今没有发现其他产地的报 道。经研究表明，这种新成因的微晶白云母所具有的晶体结构、晶体化学、化学成分、晶体形 态及其所表现出来的矿物物理特征与常见白云母相同或基本相同，所不同的就是其“微晶” 特征，微晶白云母的晶体粒度一般在1 10微米之间，因其晶体天然细小，微晶白云母具有 易解离加工成超微细粉体，生产加工成本低廉(相比同类的碎云母粉的价格可低1/3-2/3) 的特点。同时在性能方面微晶白云母具有与碎云母粉相近而其他白色非金属矿物填料无法 比拟的优良特性，如高电阻率、介电性能好、机械强度大、化学稳定性好、耐热、耐酸碱、耐候 性好、防紫外线、抗老化和富弹性等。这些优势使微晶白云母容易在多种应用工业领域中 推广使用，与其他白色矿物粉体填料在性价比上也具有较强的市场竞争力。但由于该矿产 资源发现较晚，目前并没有得以很好的利用，所以研究和开发这种新型的非金属矿物资源 有十分重要的意义和广阔的应用前景。在塑料、橡胶、胶粘剂等高分子材料工业及复合材料领域中，无机矿物填料起着十 分重要的作用，不仅可以降低材料的生产成本，还能提高材料的刚性、硬度、尺寸稳定性以及赋予材料某些特殊的物理化学性能。但由于这些无机矿物填料与有机高聚物基质的界面 性质不同，相容性差，难以在基质中均勻分散，直接或过多地填充往往容易导致材料的某些 力学性能下降以及易脆化等。因此，除在粒度及粒度分布上要达到一定的要求之外，还必须 对无机矿物填料表面进行改性，以增强其与有机基质材料之间的相容性和结合力，从而达 到提高材料的机械强度及综合性能的目的。据此可知，对微晶白云母进行表面改性是对其 性质进行优化，开拓新的应用领域，提高新的工业价值和附加值的有效途径和重要技术之ο用于非金属矿物填料表面改性的方法有物理法、化学法和机械力化学改性等。物 理法是指不用表面改性剂对矿物填料实施表面改性的方法，例如利用等离子体、电晕放电、 紫外线等手段对矿物进行表面改性；化学法是利用各种表面改性剂或化学反应对矿物填料 进行表面改性的方法；机械力化学改性是利用强烈的机械力作用，对粉体进行的化学改性， 主要包含两层含义首先，在矿物的超细粉碎或碾磨过程中，通过机械应力的作用激活矿物 颗粒表面，使矿物的表面晶体结构与物理化学性质发生变化，产生易于和其他物质发生反 应或吸附作用的活性粉体表面，从而实现改性；其二，利用机械应力对矿物颗粒表面的激活 和由此产生的离子及游离基，引发高聚物单体在颗粒表面聚合，或使表面改性剂在颗粒表 面发生高效反应而附着的改性。本专利正是采用了机械力化学改性的方法对微晶白云母矿 物粉体进行表面改性。表面改性剂对于非金属矿物粉体填料的表面改性起着决定性的作用，依靠改性剂 在矿物粉体表面的吸附、反应、包覆或成膜实现改性的目的。偶联剂是非金属矿物填料表面 改性中应用最广、发展最快的一类表面改性剂，在偶联剂分子中存在两种功能的基团，一部 分基团可与矿物填料表面发生物理吸附或化学反应，另一部分基团可与有机高聚物基料发 生化学反应或物理缠绕，偶联剂在无机矿物粉体填料和有机高聚物之间起到了“分子桥”的 作用，将极性不同、相溶性很差的两种物质偶联起来，增强了两者的相互作用，从而达到改 善制品综合性能的效果。偶联剂的种类很多，其性能和改性效果各异。目前，用于微晶白云 母矿物粉体表面改性的有硅烷系列偶联剂、铝酸酯偶联剂和钛酸酯偶联剂等。经检索未发 现采用硼酸酯偶联剂与甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂复合改性微晶白云母粉的工艺方法的 专利申请或文献报道。本专利技术的目的是提供一种综合利用硼酸酯偶联剂和甲基丙烯酰氧 基硅烷偶联剂之优势，通过两种偶联剂共同使用时产生的协同效应对微晶白云母进行改性 的工艺方法，以此制备高品质的活性微晶白云母粉功能填料。
技术实现思路
本专利技术方案所涉及的关键技术有(1)偶联剂品种与用量；(2)复合偶联剂改 性微晶白云母粉的工艺方法。1.偶联剂的选择与用量如前所述，偶联剂的品种多，性能差异很大，改性效果也不同。偶联剂品种的选择， 除考虑偶联剂本身的改性效果外，还要考虑改性产品的工业应用和经济成本等综合因素。硅烷系偶联剂是应用最广泛、改性效果较好的一类偶联剂，是具有特殊结构的低 分子有机硅化合物，其通式为RSiX3，式中R代表与聚合物分子有亲和力或反应能力的有机 官能团，X代表能够与无机非金属矿物粉体表面作用的可水解基团。在进行偶联时，首先是4X基水解形成硅醇，然后与无机矿物粉体表面上的羟基反应，形成氢键并缩合成-SiO-M共 价键(M表示无机粉体填料表面)。同时，硅烷各分子的硅醇又相互缔合齐聚形成网状结构 的膜覆盖在无机矿物粉体表面，使其表面有机化，从而达到表面改性的目的。硅烷系偶联剂的品种有百余种之多。根据分子中R官能团的结构位置不同分为 α-官能团、官能团及Y-官能团等三种类型硅烷。它们分别对应R碳链中取代基隔 开硅原子的位置，间隔一个碳原子称为α “官能团硅烷，间隔二个和三个碳原子分别称为官能团硅烷和Y-官能团硅烷。相比之下Y-官能团硅烷结构最稳定，应用价值最大，国 内外均有系列产品。经Y-官能团硅烷改性的矿物粉体填料用于热固性及热塑性塑料中， 对改善制品强度，改善加工性能，增强填料的润湿性和分散性等有十分显著的作用。因此根 据本专利改性的目的，选用了 Y-官能团硅烷偶联本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种硼酸酯和γ－甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（简称甲基丙烯酰氧基硅烷）复合改性微晶白云母粉的工艺方法，其特征有如下工艺步骤： （１）将微晶白云母粉烘干，去除吸附水分，干燥温度９０～１１０℃，干燥时间２～５ｈ； （２）配制甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂的稀释剂溶液，稀释剂包括无水乙醇和水，两者的体积比是无水乙醇∶水＝９∶１～６∶４，用草酸或冰醋酸调节稀释剂的ｐＨ值至３～５； （３）配制甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂溶液，称取甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂，其用量为微晶白云母粉重量的０．４～２．０％，将称取的甲基丙烯酰氧基硅烷加入至按步骤（２）配制的稀释剂溶液中，稀释剂体积为硅烷偶联剂体积的３倍，充分搅拌混合均匀，使之水解完全； （４）配制硼酸酯溶液，硼酸酯用量与甲基丙烯酰氧基硅烷相同，硼酸酯稀释剂为无水乙醇，硼酸酯与无水乙醇的固液比为１∶３～８，将硼酸酯与无水乙醇混合后在５０～８０℃温度下溶解，并在６０℃温度下保存备用； （５）称取按步骤（１）烘干的微晶白云母粉体，并装入改性设备－变频行星式球磨机中； （６）先将按步骤（３）配制的甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂溶液均匀地喷洒在微晶白云母粉物料中，进行机械力化学改性，时间为总改性时间的一半，之后再加入按步骤（４）配制的硼酸酯偶联剂溶液，继续进行机械力化学改性，总改性时间为６０～１２０ｍｉｎ； （７）将按步骤（６）制备的微晶白云母粉出料，并在６０～１００℃温度下烘２～６ｈ，以进一步促使偶联剂与矿物表面的结合。...
【技术特征摘要】
一种硼酸酯和γ 甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(简称甲基丙烯酰氧基硅烷)复合改性微晶白云母粉的工艺方法，其特征有如下工艺步骤(1)将微晶白云母粉烘干，去除吸附水分，干燥温度90～110℃，干燥时间2～5h；(2)配制甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂的稀释剂溶液，稀释剂包括无水乙醇和水，两者的体积比是无水乙醇∶水＝9∶1～6∶4，用草酸或冰醋酸调节稀释剂的pH值至3～5；(3)配制甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂溶液，称取甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂，其用量为微晶白云母粉重量的0.4～2.0％，将称取的甲基丙烯酰氧基硅烷加入至按步骤(2)配制的稀释剂溶液中，稀释剂体积为硅烷偶联剂体积的3倍，充分搅拌混合均匀，使之水解完全；(4)配制硼酸酯溶液，硼酸酯用量与甲基丙烯酰氧基硅烷相同，硼酸酯稀释剂为无水乙醇，硼酸酯与无水乙醇的固液比为1∶3～8，将硼酸酯与无水乙醇混合后在50～80℃温度下溶解，并在60℃温度下保存备用；(5)称取按步骤(1)烘干的微晶白云母粉体，并装入改性设备 变频行星式球磨机中；(6)先将按步骤(3)配制的甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂溶液均匀地喷洒在微晶白云母粉物料中，进行机械力化学改性，时间为总改性时间的一半，之后再加入按步骤(4)配制的硼酸酯偶...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘菁，汪灵，叶巧明，林金辉，龙剑平，李振华，赵陇陇，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]
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