中國粉體網訊 粉石英是一種天然的粉狀石英質礦物，是一種以 SiO2 為主要成分的非金屬礦物資源，被廣泛用于陶瓷、電瓷、化工、鑄造、建材等領域。
粉石英的物理化學性能
粉石英的化學成分依產地而異。一般SiO2含量都在98%以上，雜質有Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2等。采用一定提純工藝，其SiO2含量可達99.95%，Fe2O3可降至0.001%。
（粉石英化學成分表）
天然粉石英外觀為白色、灰白色或淡黃白色，呈疏松粉狀，受鐵及其他雜質污染時，顏色呈黃色或棕紅色。白度為50~70。能吸水分，飽和吸水率為30%左右，吸水后，呈疏松狀而不具粘性和可塑性。在水中形成混濁，靜置時發生重力沉降。天然含水量為7%-10%。熔點為1770-790℃，小于75μm的粉石英其比表面積為1635cm2/g，莫氏硬度為7，折光率為1.55，pH值為7。
粉石英表面改性劑
粉石英常用的表面改性試劑主要為偶聯劑。用硅烷偶聯劑（KH-550，KH-560，KH-570等）能獲得較好的效果，也可用鈦酸酯、鋁酸酯或磷酸酯偶聯劑等。
在使用偶聯劑前需要預先稀釋，這樣可以獲得更好的改性效果。在改性過程中會產生一些聚合顆粒，必須除去，否則會影響改性產品的質量和應用效果。
粉石英表面改性方法
粉石英表面改性的方法主要有濕法和干法兩種。濕法工藝較復雜，成本高，工業化生產很少采用；干法工藝不需后處理，成本低，是礦物填料表面改性的主要方法。
干法工藝是先將粉石英填料加入到改性設備中進行預熱干燥，在預熱過程中加入改性助劑，調整粉石英表面電位，使偶聯劑能更好地與粉石英表面產生化學鍵合，然后加入偶聯劑在一定的工藝條件下進行改性。
粉石英表面改性工藝條件
（1）改性劑用量
偶聯劑用量低于1.2%時，偶聯劑在表面不能形成完全包用鋁酸酯。鋁酸酯用量達1.2%時，其粘度幾乎不隨偶聯覆。超過1.2%用量時，偶聯劑在粉石英填料表面形成多分子層包覆，影響改性效果。
只要偶聯劑能在填料顆粒表面形成單分子層包覆，就能獲得理想的改性效果。隨偶聯劑用量的增加，活性粉石英的粘度逐漸降低，且粘度變化逐漸趨于平緩。
（2）改性溫度
100～140℃，改性效果最好，適當的改性溫度可以促進二氧化硅表面的硅醇基與硅烷偶聯劑表面的硅醇基發生較強的化學鍵合反應，提高粉石英的改性效果。但溫度過高易使硅烷偶聯劑產生分解、揮發或炭化，且對設備要求較高，增加成本。溫度過低不僅反應時間較長，而且影響包覆率。
（3）改性時間
延長20min，效果最佳，適當延長改性時間對提高改性效果是有利的。一般說來，改性溫度越高，攪拌速度越快，所需的時間較短。當改性時間延長到20min時，改性效果最佳，但再延長時間，因強烈機械作用（如摩擦、剪切力等會導致局部解吸），其效果變化不大，甚至有可能降低。
改性時間一定時，提高攪拌速度有利于改善偶聯劑的分散效果，使其在粉石英表面充分包覆，提高改性效果。攪拌速度增加到900r/min時，改性效果最佳，但攪拌速度達到1400r/min時，改性效果反而降低。其原因是由于過度的攪拌速度，強烈的摩擦和剪切作用力使包覆在粉石英表面的偶聯劑脫附，從而使改性效果變差。
粉石英改性效果評價
粉石英改性主要通過改變填料對有機聚合物的相容性，以達到降低填料-聚合物混合體系的粘度，增加填充量，改善填料在聚合物中的浸潤性和分散性，消除化學和機械破壞點及提高制品物理力學性能的目的。因此，通常把粘度和浸潤性作為粉石英改性效果的主要技術指標。另外，還可用活化指數、紅外光譜等方法來評價粉石英的改性效果。
（1）粘度
改性填料添加到聚合物后，與未改性填料所得到的混合物相比，其粘度會顯著降低。在相同試驗條件下，與未改性粉石英相比，當填料量∶環氧樹脂量≥2.0:1時，混合體系的粘度明顯下降，且對不同偶聯劑改性的粉石英，粘度下降幅度不同。
（2）浸潤性
浸潤性包括滲透時間、浸潤角、浸潤點（吸油率）等指標，是衡量填料與聚合物之間相容性好壞的主要指標之一。浸潤性好的填料，在聚合物中的流動性好，易于分散，混料容易且均勻，不易出現聚合顆粒。通常改性后的粉石英對水滴的滲透時間變長，浸潤角變大，由親水性變為疏水性，由極性變為非極性；對油滴的滲透時間變短，浸潤角變小，浸潤點變小，由疏油性變為親油性。但有些含有極性基團（如氨基、羥基、環氧基等）的硅烷偶聯劑（如KH-550，KH-560）對粉石英改性，其表面能較高，仍具有親水性。
（3）活化指數
無機粉體一般相對密度較大，且表面呈極性狀態，在水中自然沉降，有機表面改性劑是非水溶性的表面活性劑。經表面改性處理后的無機粉體，表面由極性變為非極性，對水呈現出較強的非浸潤性。非浸潤性的小顆粒在水中時，巨大的表面張力使其如同油膜一樣漂浮不沉。
活化指數H可表示為：H=樣品中漂浮部分質量（g）/樣品總質量（g）。根據該原理，可以用活化指數來評價粉石英的改性效果。
（4）紅外光譜
紅外光譜較普遍的用途，是根據譜的吸收頻率的位置和形狀判定未知物，并按吸收的強度來測定其含量。因此可以利用紅外光譜來分析改性粉石英表面新鍵的生成覆蓋情況，以此評價粘石英的改性效果。
粉石英應用
農藥業：可濕性粉劑、旱地除草劑、水田除草劑、六麥隆、一偏凈，各種生活農藥。
復合肥料業：果木、蔬菜、花草、各種農作物的復合肥。
橡膠業：可做車輛用輪胎、橡膠管、三角皮帶、橡膠滾動、輸送帶、車子墊皮等各種橡膠制品中的填料。
建筑保溫業：可做屋頂隔熱層、保溫磚、硅酸鈣保溫材料、多孔性煤餅爐、保溫材料、隔音保溫防火裝飾板等保溫、隔熱、隔音建筑材料。
塑料業：可添加在生活塑料制品、建筑塑料制、農用塑料、窗門塑料、各種塑料管道、其它輕重工業塑料制品中。
油漆涂料業：可做家具、辦公用油漆、建筑涂料、機械、家電油漆、油印墨、瀝表、汽車油漆等各種油漆涂料填料。
飼料業：加工成為禽類、畜類、魚類、鳥類、水產等各種飼料的添加劑。
拋光磨擦業：打磨車輛中的剎車片拋光、機械鋼板、木才家具、玻璃、鏡子。
人造革業：可填加在各種人造皮革和革制品中。
粉石英的表面改性是對礦物填料性質進行優化，開拓新的應用領域，提高工業價值和附加值的最有效途徑和最重要的技術之一。隨著改性技術及其他相關技術的發展，粉石英將會獲得更為廣泛和更為重要的用途。
參考資料：
郝保紅·天然粉石英的開發利用及深加工
林金輝·粉石英表面改性及效果評價
粉石英如何精深加工
（中國粉體網編輯整理/小虎）
