Phương pháp biến đổi bề mặt các chất độn nói chung bằng các hợp chất silan ngày càng trở nên phổ biến do có được nhiều ưu điểm, đặc biệt là trong khả năng tăng cường tính chất của vật liệu.
Một tác nhân ghép silan sẽ hoạt động ở bề mặt phân cách pha giữa chất độn vô cơ (như thủy tinh, kim loại hay khoáng chất) và vật liệu hữu cơ (như polyme hữu cơ, lớp phủ hay chất kết dính) để liên kết hay ghép nối hai loại vật liệu ít tương thích này.
Khóa luận tốt nghiệp Đặng Thị Lương 29 Sau khi biến đổi bằng các hợp chất silan, bề mặt của tro bay được hoạt hoá nhờ các nhóm chức hữu cơ như amino, epoxy hay vinyl. Khi gia cường cho các vật liệu polyme hay cao su, tro bay có thể tạo liên kết hoá học hay vật lý với các pha nền trên mô tả trong 2 trường hợp dưới đây:
- Tham gia phản ứng lưu hoá cao su
- Tạo liên kết vật lý với polyme:
Khóa luận tốt nghiệp Đặng Thị Lương 30 phải lựa chọn hợp chất silan cho phù hợp để thực hiện quá trình xử lý biến đổi bề mặt khoáng.
Thành phần chủ yếu trong các loại vật liệu khoáng là các oxit kim loại, vì vậy trên bề mặt của các nó có chứa các nhóm hdroxyl (-OH). Trong phản ứng silan hóa bề mặt khoáng, theo nhiều tài liệu đã đề cập [17,28], quá trình này thường diễn ra như sau:
Hình 1.10: Các giai đoạn xảy ra trong quá trình biến đổi bề mặt
chất độn bằng hợp chất silan
Đầu tiên là sự thủy phân 3 nhóm alkoxy tạo ra các thành phần chứa silanol (Si-OH).
Khóa luận tốt nghiệp Đặng Thị Lương 31
Các oligome sau đó tạo liên kết hydro với các nhóm OH trên bề mặt của chất nền.
Cuối cùng là quá trình làm khô, 1 liên kết cộng hóa trị được hình thành đi kèm với sự tách nước.
Tuy được chia ra làm bốn giai đoạn nhưng trên thực tế, ngay sau quá trình thủy phân, các giai đoạn tiếp theo xảy ra gần như đồng thời và trên bề mặt của tro bay hình thành các đa lớp phân tử silan với mật độ các phân tử giảm dần từ trong ra ngoài.
pH dung dịch biến đổi bề mặt tro bay bằng hợp chất silan được điều chỉnh trong khoảng 4 ÷ 5. Môi trường này không chỉ làm tăng khả năng hòa tan của các phân tử silan trong dung dịch mà theo nhiều tài liệu đã công bố, nó còn tăng tốc độ thủy phân của của các nhóm metoxy và làm giảm tốc độ ngưng tụ của các nhóm silanol tạo thành. Điều này giúp cho hiệu suất của phản ứng biến đổi bề mặt tăng lên.
Hình 1.11: Tốc độ thủy phân và ngưng tụ của phân tử silan
phụ thuộc vào pH của dung dịch