使用方法
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使用方法

有机功能硅烷使用效果的优劣除了选择得当外,很大程度上取决于其在无机-有机界面的分散均匀性,分散得越好,其使用效果就越好,达到相同效果的添加量就越少;但高分散性往往会导致加工费用(电力、人工)的增加。在实际的应用中,可根据具体情况,灵活地采用下述方法:

1、预处理法——对于无机物粉体材料,可利用高速搅拌设备用CapatueTM有机功能硅烷对其进行表面处理。硅烷可直接加入,也可稀释后再加入,加入方式以喷洒为好。一般搅拌5~30分钟,根据设备条件和搅拌速度而调整。若使用硅烷溶液的,应在104~121℃下烘干以使硅醇完成缩聚,并除去溶剂和硅烷水解时形成的少量的甲醇或乙醇。

理论上硅烷的用量计算公式如下:

硅烷用量 = 填料的质量(克) * 填料的比表面积(m2/克)/硅烷的最小润湿面积(m2/克)

其中一些常见的填料大致的比表面积参见下表,具体到某种填料的比表面积可查询该填料的产品说明书:

填料或纤维

比表面积(m2/克)

电子级玻璃纤维

0.1~0.12

石英砂

1~2

高岭土

7

粘土

7

滑石粉

7

碳酸钙

5

硅酸钙

2.6

  
    常用硅烷的最小润湿面积如下表所示:
 

硅烷型号

最小可润湿面积  (m2/克)

SCA-V71M

515

SCA-V71E

410

SCA-K03M

315

SCA-A10E

353

SCA-A20T

380

SCA-A20M

351

SCA-E87M

330

SCA-E87F

356

SCA-E86M

317

SCA-R74M

314

SCA-S89M

398

SCA-C76M

393

SCA-P61M

321

SCA-P62M

355

需要说明的是:上述硅烷的理论用量的计算结果往往与实际使用的用量相差较大,仅作一个参考值。用户需要根据设备条件、成本约束和性能要求等条件进行最优设计,通过多次试验确定最符合需求和最佳性价比的改性条件、工艺参数和硅烷添加量。一般而言,粉体量的0.5%~ 1.5%是一个比较常用的添加量范围,而1%的添加量对于绝大多数的应用都是比较适用的。

    2、打底法——对于面积较大的基材和水解稳定性不好的硅烷品种,可用CapatueTM有机功能硅烷的溶液进行涂、刷、喷或浸渍。配方大致如下:硅烷1~2%,溶剂(异丙醇或甲氧基异丙醇)85~99%,水0~10%,催化剂(醋酸)0~1.5%。硅烷在搅拌下缓慢加入,加完后再搅拌1~12小时,直至最终的溶液均一透明,呈无色或淡黄色透明状,有些硅烷(如乙烯基硅烷)的溶液配制后15小时后方能使用。所需处理的基材应事先进行脱脂、喷砂、酸洗、碱洗以去除污物和锈迹,处理后的基材室温晾干,最好在120℃下烘烤15分钟。待硅烷在基材表面成膜后,最后再进行树脂的涂、刷施工。

3、加入树脂法——对于液体树脂,可将CapatueTM有机功能硅烷直接加入,适度搅拌以确保硅烷分散均匀;对于固体树脂,可将硅烷制成母料,使用时加入树脂中。上述两种方法都能提高CapatueTM有机功能硅烷的分散性,用量约为树脂质量份的0.3%~1%。使用本方法要确保树脂中不含水或含水量极低,并密封良好,并选用水解稳定性好的硅烷品种,以防止硅烷在储存过程中水解自聚而失效。

4、简单共混法——该法是直接将CapatueTM有机功能硅烷在生产时与其它助剂、颜填料一起直接加入到树脂中,或与其一起共混。此种方法的优点是工艺较简单,不增加工续,节省人力成本和辅助设备投入。其缺点是硅烷的分散性可能会不好,要达到相同的效果硅烷的用量要适度加大。此种方法下,CapatueTM有机功能硅烷的用量约为填料质量份的0.5%~2%,在低填充配方下,可能要按体系总量或树脂量0.2~1%进行添加。

总则

1.根据化学反应基理,硅烷只有在水解的情况下才能发挥其偶联作用,但这并不意味着一定要在体系中加水。材料中吸附和结合的水及空气中的水汽通常能满足其水解的要求,是否先行将硅烷预水解,取决于具体情况。

2.水解后的硅烷通常稳定性较差,储存有效期较短,应现配现用,不宜久存。若硅烷溶液出现了明显的粘度升高和凝胶状的悬浮、沉淀,则说明硅烷已大部自聚而失效,此种硅烷溶液已不能再用。

3.硅烷的溶剂通常为水、醇或其混合物,无需去离子水,但切勿使用含有氟离子的水。醇则以价廉无毒的乙醇和异丙醇为宜,丙酮和四氯化碳易于氨基硅烷反应,不能作为溶剂使用。甲苯和乙醚也是可供选择的溶剂。

4.水溶液中的硅烷浓度不宜过高,通常为5%以下,否则硅烷水解产物的自聚速度会明显加快,易致溶液分层,影响使用和储存。

5.氨基硅烷的水溶液一般呈碱性,可直接水解而无需添加酸类物质作为催化剂。但氨基硅烷溶于水会释放大量的溶解热,操作时应加以注意,避免被灼伤。而非氨基硅烷一般需要在PH值3~5的条件下水解,通常采用甲酸(即蚁酸)、乙酸(即醋酸)等弱酸来调节PH值。但硅烷的水解一定要伴有充分的搅拌,最长要达到12个小时。

6.长链硅烷和苯基硅烷由于水解稳定性差,不宜制成水溶液使用。而对于难溶于水的硅烷,可加入0.1~0.2%的非离子型表面活性剂,制成乳液使用。

有关涉及安全方面的重要提醒:

1、使用本类产品前请仔细阅读具体产品的化学品安全技术说明书MSDS,以便了解其可能存在的风险,并采取相应的防范措施。

2、本类产品仅限于一般工业用途,严禁将本类产品直接添加到食品、药品和饲料里或注射至人体。

3、有机功能硅烷都会与水反应而自聚、变质,本类产品都应隔绝空气、密封保存。包装一旦打开,需在使用后立即挤紧桶盖,确保良好密封、不漏气。若产品出现粘度明显升高、凝胶状悬浮、沉淀、结晶等情况,则说明产品已变质,不能再用。

4、有机功能硅烷作为有机化合物,都具有一定的可燃性,储存、运输和使用过程中要避免高温、明火和阳光长时间暴晒。加强储存和使用场所的通风,特别是在夏季要避免其高温形成的蒸汽大量集聚。

5、甲氧基硅烷遇水后会水解释放出甲醇,而甲醇是一种对人体有害的物质,应加强工作场所的通风,同时绝对不能服入硅烷类产品。

6、有机功能硅烷可能会对人体的皮肤、眼睛和呼吸系统产生不适感,使用本类产品的工作场所应确保良好的通风,操作人员应穿戴必要防护设备(如护目镜、防护手套、防护口罩等),如有过敏情况和严重不适应及时就医。

7、在用硅烷对无机粉体进行改性和在EPDM橡胶进行混炼等加工过程中,由于加工温度较高,稀释硅烷所用的溶剂、硅烷水解后所释放的少量甲醇、乙醇副产物和配方中的一些低沸点、易挥发有机物都是易燃物质。为防止火灾、爆炸的发生,首先要确保工作场所通风良好,防止易燃气体的聚集;其次对设备全部采用接地措施,减少静电的产生和聚集;最后最有效的预防方法就是对设备内部采用氮气保护,以减少氧气和可燃气体含量,降低风险。

 

 

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