粉煤灰無機填料常用表面改性方法及工藝

　　粉煤灰是煤在高溫燃燒過程中，所含有的無機礦物通過灼燒后主要形成玻璃體和晶體礦物，其中玻璃體所占比例最大，含量約為50%~80%；主要的晶體礦物有莫來石，是粉煤灰的主要活性部分，還含有石英、無水石膏、赤鐵礦等。從爐中排出的粉煤灰原灰表面的大量Si-O-Si鍵與水相互作用后產(chǎn)生大量的羥基，這使粉煤灰表面具有顯著的親水性、表面化學(xué)活性和吸附性。

　　1、粉煤灰作為無機填料的特性

　　（1）在形狀以及顏色方面，粉煤灰是微細(xì)球形的固體顆粒，其顏色會隨著含碳量從低到高呈現(xiàn)為乳白色至灰黑色。

　　（2）在粒度和細(xì)度方面，粉煤灰的粒徑范圍為0.5~300μm。也可以根據(jù)需求，對煤灰進行收集、粉碎、研磨、分選以及細(xì)化等步驟，對粉煤灰進一步處理。

　　（3）在比表面積方面，粉煤灰的比表面積變化范圍為1500~5000cm2/g，具有較大的表面積，對于分散性能以及填充補強效果等方面均具有加強功效。

　　（4）在密度方面，普通粉煤灰的真密度為1.8~2.3g/cm3，堆積密度的變化范圍為0.6~0.9g/cm3，振實后的堆積密度的變化范圍為1.0~1.3g/cm3。

　　（5）對于粉煤灰的物理性質(zhì)，其顆粒呈多孔型蜂窩狀組織，比表面積較大，具有較高的吸附活性。

　　2、粉煤灰常用表面改性方法

　　粉煤灰擁有蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，但含有大量性能較穩(wěn)定的二氧化硅、氧化鋁等成分，所以其應(yīng)用范圍和應(yīng)用效果會受到限制。為了增加粉煤灰的附加值以及利用率，實際生產(chǎn)中，需要對粉煤灰進行表面改性或結(jié)構(gòu)改性處理，常用的表面改性方法有：

　　（1）機械力學(xué)法

　　機械研磨方法屬于物理方法。該方法主要利用粉碎，研磨等機械方法對粉煤灰的顆粒進一步加工，使其顆粒粒徑細(xì)化并均勻分散。機械加工方法可使粉煤灰顆粒Al2O3和SiO2等進一步暴露在外，增加其比表面積，提高粉煤灰的表面活性和物理吸附性能等。粉煤灰的機械物理改性方法，對于粉煤灰的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的改變具有限制性，因此活性提高幅度較小。

　　（2）高溫處理法

　　在適當(dāng)?shù)母邷貤l件下，使粉煤灰內(nèi)部的水分揮發(fā)，同時也會使一些封閉的氣孔打開，增加粉煤灰的孔隙率，提高粉煤灰的活性。但粉煤灰的某些結(jié)構(gòu)也會在高溫下遭到破壞，從而使粉煤灰的某些性質(zhì)產(chǎn)生改變。因此，高溫處理粉煤灰，具有一定的局限性，溫度需要適當(dāng)控制。

　　（3）酸堿改性法

　　酸堿改性方法分為酸改性法和堿改性法。這兩種處理方法相似，都是將粉煤灰放入酸溶液或堿溶液中，在一定時間和反應(yīng)條件下發(fā)生反應(yīng)，然后再通過洗滌、過濾等步驟形成改性粉煤灰。無論是酸溶液還是堿溶液均會破壞粉煤灰的表面結(jié)構(gòu)，增加空隙率，同時將粉煤灰的活性物質(zhì)進一步分解和暴露在外，從而提高粉煤灰的表面活性。

　　（4）表面包覆改性方法

　　粉煤灰的表面包覆改性方法通常是通過改性劑與粉煤灰顆粒相互作用完成改性。該方法的作用機理分為物理作用和化學(xué)作用，前者主要通過分子之間的作用力相結(jié)合，主要包括表面的深覆和吸附，后者是通過化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)吸附產(chǎn)生改性作用，主要是表面的取代、接枝和聚合等。表面包覆改性方法對粉煤灰的改性效果較好，是粉煤灰改性技術(shù)中常用方法之一。

　　3、粉煤灰表面改性工藝

　　（1）干法改性

　　粉煤灰干法改性具體操作就是，將粉煤灰倒入高速攪拌機中，在一定的溫度和轉(zhuǎn)速下加入改性劑，使得改性劑包覆在粉煤灰外表面的過程。

　　干法改性主要機理是粉煤灰在高攪機作用下借助分子之間作用力相結(jié)合，干法改性耗時短，操作簡便，不借助反應(yīng)溶劑，適合粉煤灰大量改性的過程。但是干法改性也存在改性成功率低，改性過程中污染環(huán)境的問題。代表的改性粉煤灰是用硅烷偶聯(lián)劑等小分子改性劑改性粉煤灰的過程。

　　（2）濕法改性

　　粉煤灰濕法改性與干法改性不同，它需要借助一定的反應(yīng)溶劑來完成，濕法改性就是將粉煤灰和改性劑以及反應(yīng)溶劑加入到燒瓶中，在一定的溫度下反應(yīng)一定的時間，使得改性劑與粉煤灰實現(xiàn)包覆或鍵合。

　　濕法改性的作用機理是化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)吸附，主要是粉煤灰表面官能團的取代、接枝和聚合反應(yīng)等，濕法改性成功率高，無論是大分子改性劑和小分子改性劑改性粉煤灰都可以通過濕法改性來實現(xiàn)。但是濕法改性耗時長，實驗條件苛刻，只適用于少量改性粉煤灰的過程。代表的改性粉煤灰是硅烷偶聯(lián)劑+有機酸三段式改性粉煤灰。
[1]喬昭毓. 粉煤灰表面改性及其在聚氨酯彈性體中的應(yīng)用[D].山西大學(xué),2019.
[2]劉雁冰. 粉煤灰改性及其在建筑膠粘劑中的應(yīng)用[D].山西大學(xué),2020.

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