Embora micropó de silício esférico Apesar de ser esférica e apresentar boa fluidez, ainda apresenta problemas de baixa compatibilidade e dificuldade de dispersão quando utilizada como carga inorgânica misturada com materiais de matriz orgânica. Portanto, a modificação da superfície é necessária para solucionar esses problemas.

Modificação da superfície de micropó de silício esférico A modificação de superfície envolve a introdução de grupos funcionais ou revestimentos específicos na superfície do pó para alterar suas propriedades superficiais, melhorar sua dispersibilidade e fluidez em materiais de matriz, como resina, borracha e plástico, aumentar sua compatibilidade com o material da matriz e, em última análise, melhorar o desempenho dos materiais compósitos. Ao mesmo tempo, a modificação de superfície pode introduzir grupos funcionais com funções específicas na superfície do micropó de silício esférico, gerando novas propriedades físicas, químicas e mecânicas, e expandindo a funcionalidade do micropó de silício esférico em aplicações específicas. Portanto, a tecnologia de modificação de superfície do micropó de silício esférico é uma etapa fundamental para melhorar seu desempenho em aplicações de materiais compósitos.

Atualmente, as tecnologias de modificação superficial do micropó de sílica esférico incluem principalmente a modificação orgânica, a modificação por corrosão química e a modificação por enxertia de polímeros.

1. Modificação orgânica
A modificação orgânica refere-se à introdução de grupos funcionais de compostos orgânicos na superfície do micropó de sílica esférico, o que altera suas propriedades superficiais e melhora significativamente a adesão interfacial entre o micropó de sílica esférico e a matriz orgânica, aumentando a dispersibilidade e a fluidez do micropó de sílica esférico na matriz orgânica. O micropó de sílica esférico modificado organicamente apresenta vantagens significativas no aumento da compatibilidade entre o micropó de sílica esférico e a matriz orgânica, melhorando a fluidez e atendendo às necessidades de aplicações de alta tecnologia.

Devido à grande variedade de modificadores orgânicos, à pesquisa teórica aprofundada sobre os mecanismos de modificação, aos processos de modificação consolidados e à facilidade de operação e controle, eles têm sido amplamente estudados e aplicados no campo industrial.
Existem muitos tipos de compostos orgânicos utilizados para modificação orgânica, entre os quais o mais comum é o agente de acoplamento silano. O agente de acoplamento silano possui uma ampla variedade de tipos, a mais extensa gama de aplicações e o sistema industrial mais completo.
A estrutura molecular dos agentes de acoplamento de silano contém grupos funcionais como epóxi, vinil e amino, que interagem com compostos orgânicos, bem como grupos alcóxi que podem sofrer hidrólise e se ligar a grupos hidroxila na superfície de micropartículas de silício. De acordo com a teoria da ligação química, uma extremidade do agente de acoplamento de silano reage com os grupos funcionais dos compostos orgânicos, enquanto o grupo alcóxi na outra extremidade sofre hidrólise e interage com os grupos hidroxila na superfície das micropartículas de silício. Durante esse processo, o agente de acoplamento de silano sofre hidrólise, condensação e forma ligações de hidrogênio, resultando na formação de uma forte ligação covalente silício-oxigênio com as micropartículas de silício.

SAT NANO et al. utilizaram três tipos de agentes de acoplamento de silano (viniltrimetoxisilano, 3-metilacriloxipropiltrimetoxisilano e 3-glicidoxipropiltrimetoxisilano) para modificar a superfície de micropós de silício esféricos, gerando soluções orgânicas de silício estáveis em altas concentrações. Em seguida, misturaram-nas com resina epóxi e compararam os efeitos de modificação desses três agentes de acoplamento de silano. Aplicaram micropós de silício esféricos modificados como carga em laminados revestidos de cobre e estudaram o efeito dos micropós de silício esféricos modificados nas propriedades dos laminados revestidos de cobre. A pesquisa mostrou que o desempenho dos laminados revestidos de cobre preenchidos com micropós de sílica esféricos modificados com 3-metilacriloxipropiltrimetoxisilano é o melhor. Os grupos vinil e alquil do 3-metilacriloxipropiltrimetoxisilano ligam-se à superfície do pó de sílica esférico, exibindo excelente estabilidade de dispersão em alto teor de pó de sílica esférico. Em comparação com a resina epóxi original, a resistência à tração do material compósito de resina epóxi com micropartículas esféricas de silício aumentou em 38%. Em comparação com o laminado revestido de cobre sem micropartículas esféricas de silício, o laminado revestido de cobre contendo micropartículas esféricas de silício apresenta maior módulo de armazenamento, temperatura de transição vítrea mais elevada e maior resistência ao descascamento.

SAT NANO et al. utilizaram bis-[3-(trietoxisilil)propil]-tetrasulfeto e 3-octiltiol-1-propiltrietoxisilano para modificar pó de sílica esférico. A pesquisa demonstrou que, com a adição de agentes de acoplamento de silano, o tempo ideal de cura dos materiais compósitos é reduzido e o tempo de queima é prolongado. A resistência ao deslizamento em piso molhado do material compósito foi melhorada em 14,0% quando modificado com bis(3-trietoxisililpropil)-tetrasulfeto, enquanto a resistência ao rolamento do material compósito foi reduzida em 19,6% quando modificado com 3-octanoiltio-1-propiltrietoxisilano, melhorando a segurança do processamento. Isso ocorre porque, após a modificação com o agente de acoplamento de silano, a fluidez e a compatibilidade com o material da matriz do micropó de sílica esférico foram aprimoradas, aumentando a interação com a matriz de borracha.

Devido às diferenças nos grupos funcionais dos diferentes agentes de acoplamento de silano, quando dois ou mais tipos de modificadores são combinados para modificar micropós esféricos de sílica, o efeito de modificação costuma ser melhor do que o de um único modificador.
A SAT NANO e outras empresas combinaram sinergicamente três tipos diferentes de agentes de acoplamento de silano (γ-aminopropiltrietoxisilano, γ-glicidoxipropiltrimetoxisilano e feniltrimetoxisilano) para obter a funcionalização desejada, sintetizando micropós de sílica esféricos com tamanho médio de partícula de 700 nm, modificados com três grupos funcionais. Os resultados da pesquisa indicam que esses modificadores conferem grupos funcionais reativos, incluindo grupos epóxi e amino, aos micropós de sílica esféricos, melhorando a compatibilidade interfacial e a adesão entre os micropós de sílica esféricos e a matriz de resina epóxi. Além disso, a introdução de grupos fenil não reativos ajuda a reduzir a viscosidade dos materiais compósitos de resina. Esses micropós de sílica esféricos modificados são integrados à formulação do selante, apresentando excelente confiabilidade e processabilidade. Comparado com o selante preparado com micropó de sílica esférico não modificado, o selante modificado apresenta uma redução de 95% na permeabilidade à umidade, um aumento na temperatura de transição vítrea de cerca de 30 ℃ e uma redução no coeficiente de expansão térmica de 5 × 10-6 ℃ -1.

SAT NANO et al. investigaram o efeito da co-modificação de dimetildimetoxisilano e trimetiletoxisilano, metiltrimetoxisilano e propiltrimetoxisilano em compósitos de resina epóxi com micropós de sílica esféricos. Eles descobriram que os micropós de sílica esféricos modificados podem aumentar significativamente a hidrofobicidade, a dispersibilidade e a compatibilidade com resinas epóxi. Dentre eles, o efeito de aprimoramento dos micropós de sílica esféricos co-modificados com metiltrimetoxisilano e propiltrimetoxisilano foi o melhor. Comparado com o micropó de sílica esférico não modificado, a condutividade térmica do material compósito de micropó de sílica esférico modificado por metiltrimetoxisilano e propiltrimetoxisilano com resina epóxi aumentou em 42,6%, e a resistência à tração aumentou em 28,0%. Além disso, as propriedades mecânicas, como resistência à flexão, resistência ao impacto e resistência à tração dos materiais compósitos modificados, superaram as dos materiais compósitos de resina epóxi com micropós de sílica esféricos não modificados.

2. Modificação da corrosão química
Devido à superfície lisa e à forte inércia química do micropó de sílica esférico, frequentemente ocorrem situações em que a taxa de incorporação efetiva do modificador é baixa e o efeito da modificação é insatisfatório. A modificação por corrosão química consiste na utilização de reagentes altamente corrosivos para corroer a superfície do micropó de silício esférico, alterando assim a morfologia ou as propriedades da superfície do micropó, gerando mais sítios ativos e melhorando o efeito da modificação.
A SAT NANO tratou micropós esféricos de silício com uma solução de hidróxido de sódio a uma temperatura de 95 °C e estudou a influência das características da superfície do micropó esférico de silício no desempenho e nas características estruturais de fotocatalisadores (dióxido de titânio, sulfeto de cádmio), bem como a interação na interface entre o semicondutor e o suporte. Os resultados mostraram que, após o tratamento com hidróxido de sódio, a atividade e a hidroxilação da superfície do micropó esférico de silício foram aprimoradas, aumentando assim os pontos de ancoragem e a dispersibilidade das nanopartículas, melhorando a separação de cargas e a interação interfacial entre o semicondutor e o suporte, induzindo o transporte direcional de portadores fotogerados e melhorando o desempenho fotocatalítico do fotocatalisador.

A SAT NANO utiliza inicialmente hidróxido de sódio para corroer a superfície de micropartículas esféricas de silício, modificando-as posteriormente com um agente de acoplamento de silano. Os resultados da pesquisa indicam que, após a corrosão com hidróxido de sódio, a morfologia superficial e a hidrofilicidade das micropartículas esféricas de silício sofrem alterações. A superfície das micropartículas esféricas de silício após a corrosão com hidróxido de sódio apresenta inúmeras cavidades de corrosão e um aumento na rugosidade superficial; com o prolongamento do tempo de corrosão, o ângulo de contato das micropartículas esféricas de silício diminui gradualmente, indicando um aumento na hidrofilicidade das mesmas. Após o tratamento com hidróxido de sódio, as micropartículas esféricas de silício foram modificadas com gama-metacriloxipropiltrimetoxisilano e gama-glicidoxipropiltrimetoxisilano, respectivamente. Comparado com o efeito de modificação obtido pelo uso direto de gama-metacriloxipropiltrimetoxisilano e gama-glicidoxipropiltrimetoxisilano, a resistência ao impacto da amostra composta aumentou em 2,5% e 21,6%, a resistência à flexão em 18,2% e 25,9%, e a condutividade térmica em 6,32% e 11,82%, respectivamente. Os resultados da pesquisa indicam que, após a corrosão com hidróxido de sódio, mais sítios ativos são formados na superfície do micropó de silício esférico, o que pode melhorar o efeito de modificação superficial do agente de acoplamento de silano no micropó de silício esférico.

Em resumo, após a modificação da superfície, a dispersibilidade e a fluidez do micropó de sílica esférico na matriz orgânica serão significativamente melhoradas, aumentando assim o desempenho dos materiais compósitos.

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