石英粉表面改性是對其性質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化，開拓新的適應(yīng)領(lǐng)域，提高工業(yè)價(jià)值和附加值的有效途徑和重要技術(shù)之一。一般分為涂覆改性和表面化學(xué)改性。

涂敷改性是利用高聚物或樹脂等對石英粉體表面進(jìn)行“覆膜”而達(dá)到表面改性的方法。如用酚醛樹脂等涂敷石英砂以提高精細(xì)鑄造砂的黏結(jié)性能。這種涂敷后的鑄造砂既能獲得高的熔模鑄造速度，又能保持模具和模芯生產(chǎn)中得到高抗卷殼和抗開裂性能；用呋喃樹脂涂敷的石英砂用于油井鉆探可提高油井產(chǎn)量。

涂敷改性是一種對粉體表面進(jìn)行簡單處理的方法，以用樹脂涂敷石英砂為例，表面涂敷改性方法可分冷法和熱法兩種。

（1）冷法覆膜

在涂敷處理前對石英砂進(jìn)行沖洗或擦洗和干燥。冷法覆膜砂是在室溫下制備，先將粉狀樹脂與砂混勻，然后加入溶劑（工業(yè)酒精、丙酮或糠醛），溶劑加入量根據(jù)混砂機(jī)能否封閉而定；封閉者，酒精用量為樹脂用量的40%-50%；不能封閉者為70%-80%，再繼續(xù)混碾到揮發(fā)完，于燥后經(jīng)粉碎和篩分即得產(chǎn)品。

但該法使用有機(jī)溶劑量大，僅用于少量生產(chǎn)。

（2）熱法覆膜

熱法覆膜是將砂子加熱進(jìn)行覆膜，先將石英砂加熱到140-160℃，而后與樹脂在混砂機(jī)中混勻（其中樹脂用量為石英砂用量的2%-5%）。這時(shí)樹脂被熱炒軟化，包覆在砂粒表面，隨著溫度降低而變黏，此時(shí)加入烏洛托品分布在砂粒表面，并使砂激冷（烏洛托品作為催化劑可在殼模形成時(shí)使樹脂固化）。再加硬脂酸鈣（防止結(jié)塊）混數(shù)秒鐘后出砂，然后粉碎、過篩、冷卻后即得產(chǎn)品。

此法效果較好，適合大量生產(chǎn)，但工藝控制復(fù)雜，并需要專門的混砂設(shè)備。

影響表面涂敷的主要因素有顆粒的形狀、比表面積、孔隙率、涂敷劑的種類及用量、涂敷處理工藝等等。

用于塑料、橡膠及其他樹脂的石英粉、硅微粉及其他形式的二氧化硅粉體，為了使其表面與高聚物基料相容性好，以使填充材料的綜合性能及可加工性能得到提高和改善，必須對其進(jìn)行表面處理。

粉碎后的石英粉或其他二氧化硅粉體在水和空氣的作用下可能出現(xiàn)Si-OH（硅醇基）、Si-O-Si（硅醚基）及Si-OH······O（表面吸附自由水）等官能團(tuán)。因此，很容易接受外來的官能團(tuán)，如硅烷的氨基、環(huán)氧基、甲基丙烯、三甲基、甲基和乙烯基等有機(jī)官能團(tuán)，這就為二氧化硅粉體的表面改性奠定了一定基礎(chǔ)。

（1）表面改性劑

石英粉、硅微粉或其他二氧化硅粉體的表面化學(xué)改性主要使用硅烷偶聯(lián)劑，包括氨基、環(huán)氧基、甲基丙烯基、三甲基、甲基和乙烯基等各種硅烷偶聯(lián)劑。

硅烷偶聯(lián)劑改性石英粉的原理：

硅烷偶聯(lián)劑的-RO官能團(tuán)可在水中（包括填料表面所吸附的自由水）水解產(chǎn)生硅醇基，這一基團(tuán)可與SiO2進(jìn)行化學(xué)結(jié)合或與表面原有的硅醚醇基結(jié)合為一體，成為均相體系。這樣，既除去了SiO2表面的水分，又與其中的氧原子形成硅醚鍵，從而使硅烷偶聯(lián)劑的另一端所攜帶的與高分子聚合物具有很好的親和性的有機(jī)官能團(tuán)-R'牢固地覆蓋在石英或二氧化硅顆粒表面，形成具有反應(yīng)活性的包覆膜。

有機(jī)官能團(tuán)-R'和環(huán)氧樹脂等高分子材料具有很好的親和性，它能降低石英或二氧化硅粉體的表面能，提高與高聚物基料的潤濕性，改善粉體與高聚物基料的相容性。此外，這種新的界面層的形成，可改善填充復(fù)合體系的流變性能。

除了硅烷偶聯(lián)劑外，鋯鋁酸鹽偶聯(lián)劑以及聚合物等也可用于二氧化硅粉體的表面處理。用于涂料、皮革制品、化妝品等消光劑的高孔隙率超細(xì)二氧化硅，一般采用脂肪酸（如硬脂酸）和聚乙烯蠟進(jìn)行表面包覆改性。

陽離子表面活性劑，如十六烷基三甲基溴化銨，也可用于二氧化硅粉體的表面改性。由于二氧化硅的等電點(diǎn)較低，故粒子在水介質(zhì)中通常荷負(fù)電，且隨PH值升高，荷電點(diǎn)增多。用陽離子表面改性劑進(jìn)行表面處理后，粒子表面的負(fù)電荷逐漸減少，可轉(zhuǎn)變?yōu)楹烧姷牧Ｗ印?/span>

（2）表面改性影響因素

影響石英粉及其他二氧化硅粉體表面處理效果的主要因素有：硅烷偶聯(lián)劑的品種、用量、使用方法及處理時(shí)間、溫度、pH值等。

由于硅烷的有機(jī)官能團(tuán)-R'對高聚物或樹脂之類的材料具有選擇性，因此，選擇硅烷偶聯(lián)劑時(shí)應(yīng)考慮石英粉所要填充的樹脂的種類。

硅烷偶聯(lián)劑的用量可根據(jù)石英或二氧化硅粉體的比表面積來確定，也可以根據(jù)試驗(yàn)來確定用量。

（3）表面改性工藝

濕法工藝是利用適當(dāng)?shù)南♂屢汉椭鷦┡c硅烷偶聯(lián)劑混合配成處理液，在攪拌反應(yīng)釜或反應(yīng)罐中對石英粉或二氧化硅粉體進(jìn)行加熱反應(yīng)或浸泡，然后脫去水分。

用化學(xué)沉淀法制備無定形二氧化硅粉體時(shí)，常采用濕法表面處理工藝。

干法工藝是加入少量的稀釋液與硅烷配成處理劑，在石英粉被高速攪拌分散和加熱條件下，霧狀噴入配置好的硅烷處理劑，經(jīng)反應(yīng)一定時(shí)間后出料，此法不需要再脫水烘干，工藝流程簡單。

干-濕結(jié)合工藝是首先將經(jīng)過酸化的水溶液（對電性能要求很高時(shí)選用去離子水）與適量的偶聯(lián)劑在強(qiáng)烈攪拌裝置中混合，配制成一定濃度的處理液，按石英粉投料量的8%-10%加入該處理液，然后，在以剛玉球或硅石球?yàn)檠心ンw的小型球磨機(jī)中混磨1h，出料于110℃烘干，過篩分級。

處理過程中，加水量、混磨時(shí)間對處理效果影響較大。加水量過大，粉料易結(jié)團(tuán)，需要混磨時(shí)間較長，從而會增加粉料再粉碎現(xiàn)象及帶入雜質(zhì)成分；加水量過小，不利于偶聯(lián)劑的充分分散和與石英粉的均勻作用。

同時(shí)，溶液的酸堿度直接控制偶聯(lián)劑的水解程度。用這種方法改性處理后的粉石英在樹脂膠泥、樹脂防腐涂料、樹脂粉末涂料及PVC人造革中試用，效果良好。

硅烷處理的二氧化硅粉通常用于環(huán)氧樹脂基塑料中。這種塑料用于室外的高壓絕緣材料，也用于制造儀表盤，功率輸出用的模鑄樹脂變壓器及露天變壓器的套管和絕緣子（其額定電壓高達(dá)150kV）。硅烷處理過的石英粉用于高聚物基電器設(shè)備材料的填料，能改善抗彎強(qiáng)度，獲得較光滑外表，提高耐紫外線照射的能力，而且因其擊穿后沒有嚴(yán)重熏黑現(xiàn)象，使其耐微小漏電性能好。

此外，改性的石英粉用于防腐材料中，因其具有化學(xué)惰性，也可用于化學(xué)泵的內(nèi)襯填料。由于同樣的原因以及能長期保持表面密度，表面涂覆處理后的石英粉還可在核技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的地板涂料中應(yīng)用。

用硅烷對沉淀的二氧化硅（白炭黑）進(jìn)行表面改性處理可進(jìn)一步提高白炭黑在橡膠中的應(yīng)用性能。一些高質(zhì)量的白炭黑產(chǎn)品都進(jìn)行了表面處理。經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理后的白炭黑，表面疏水親油，與橡膠的相容性大大提高。