O micropó de silício é um tipo de pó de sílica feito de quartzo cristalino, sílica fundida e outras matérias-primas. O processo é por meio de moagem, classificação de precisão, remoção de impurezas e outros processos. É amplamente utilizado em vários campos, incluindo laminados revestidos de cobre, embalagens plásticas epóxi, materiais de isolamento elétrico, borracha, plásticos, revestimentos, adesivos, pedras artificiais, cerâmicas em favo de mel, cosméticos e muito mais.
1. Laminados revestidos de cobre
Atualmente, o micro pó de silício usado em laminados revestidos de cobre pode ser categorizado em micro pó de silício cristalino, micro pó de silício fundido, micro pó de silício esférico e micro pó de silício composto. O teor de resina em laminados revestidos de cobre é de cerca de 50%, e a taxa de preenchimento típica de micro pó de silício na resina é de cerca de 30%. Isso significa que a proporção de peso de enchimento de micropó de silício em laminados revestidos de cobre é de aproximadamente 15%.
Como um enchimento inorgânico, o micro pó de silício melhora a estabilidade térmica, rigidez, coeficiente de expansão térmica e condutividade térmica de laminados revestidos de cobre, melhorando a confiabilidade e dissipação de calor de produtos eletrônicos. Ele também tem boas propriedades dielétricas, o que pode melhorar a velocidade de transmissão de sinal e a qualidade em produtos eletrônicos. O micro pó de silício cristalino, sendo mais econômico, é usado em indústrias com menores requisitos de produção, como condicionadores de ar, geladeiras, máquinas de lavar e computadores de mesa. Laminados revestidos de cobre para smartphones, tablets, automóveis, comunicação de rede e equipamentos industriais geralmente usam micro pó de sílica fundida devido a requisitos específicos para constante dielétrica e coeficiente de expansão linear. Para aplicações de alta frequência e alta velocidade, como supercomputadores e comunicações 5G, é necessário pó de silício esférico de baixa dielétrica e baixa perda como enchimento funcional principal., com baixo teor de impurezas e alta taxa de enchimento.
2. Material de vedação de plástico epóxi
O micropó de silício é um enchimento crucial em selantes epóxi (EMC), respondendo por cerca de 60%–90% da composição. Melhorar o desempenho dos selantes epóxi depende do aprimoramento da qualidade do micropó de silício, impondo, portanto, requisitos mais altos em seu tamanho de partícula, pureza e esfericidade. Os selantes plásticos epóxi de médio e baixo custo geralmente usam micropó de silício angular, enquanto os selantes de alto desempenho utilizam principalmente micropó de silício esférico. Os materiais de vedação de plástico para dispositivos discretos e pequenos aparelhos elétricos integrados geralmente contêm micropós de silício cristalino e fundido. A embalagem de alta condutividade térmica para dispositivos de energia usa principalmente micropó de silício cristalino junto com outros materiais de alta condutividade térmica. Para embalagens de baixa expansão e baixa deformação de circuitos integrados de grande escala, o micropó de silício esférico é o preferido. Finalmente, os dispositivos de memória empacotados de baixo módulo geralmente usam micropó de silício esférico de baixa radiação como enchimento.
Estima-se que a demanda da China por pó de silício esférico para embalagens de semicondutores em 2022 será 71.000 toneladas. À medida que a proporção de embalagens avançadas continua a aumentar, espera-se que atinja 93.000 toneladas em 2025, com um CAGR de 9.25%. Com base no preço do pó de silício esférico de 15.000 yuan/tonelada, o tamanho do mercado em 2025 será quase 1,5 bilhões de yuans.
3. Materiais de isolamento elétrico
O micro pó de silício é usado como um enchimento de isolamento de resina epóxi para produtos de isolamento elétrico, reduzindo efetivamente o coeficiente de expansão linear do material curado e a taxa de encolhimento durante o processo de cura. Isso reduz o estresse interno e melhora a resistência mecânica do material de isolamento, aumentando assim as propriedades mecânicas e elétricas do material de isolamento.
Portanto, os clientes neste campo têm requisitos funcionais específicos para micropó de silício, como um baixo coeficiente de expansão linear, alto isolamento e alta resistência mecânica, enquanto sua demanda por propriedades dielétricas e de condutividade térmica é relativamente menor. No campo de materiais de isolamento elétrico, produtos de micropó de silício de especificação única com um tamanho médio de partícula entre 5 mícrons e 25 mícrons são normalmente selecionados com base nas características dos produtos de isolamento elétrico e nos requisitos de seus processos de produção. Há também altos padrões para a brancura do produto e distribuição do tamanho das partículas.
4. Borracha
O pó micro de silício oferece vantagens como um tamanho de partícula pequeno, grande área de superfície específica, boa resistência ao calor e resistência ao desgaste, o que pode melhorar a resistência ao desgaste, resistência à tração, módulo e alta resistência ao rasgo de materiais compostos de borracha. No entanto, a superfície do pó micro de silício contém muitos grupos silanol ácidos. Se não forem modificados, esses grupos podem causar dispersão irregular do pó micro de silício na borracha e podem reagir com aceleradores alcalinos, prolongando o tempo de vulcanização de materiais compostos de borracha.
Atualmente, A modificação do micropó de silício é aplicada principalmente na pesquisa de borracha, sendo a modificação do agente de acoplamento de silano o método principal. Exemplos incluem feniltrimetoxisilano, etilenotrimetoxisilano, hexametildisilazano, 3-mercaptopropil trietoxisilano e (3-aminopropil) trimetoxisilano.
5. Plásticos
O micro pó de silício pode ser usado como enchimento na produção de plásticos, incluindo polietileno (PE), cloreto de polivinila (PVC), polipropileno (PP), óxido de polifenileno (PPO) e outros materiais. É amplamente usado em vários campos, como construção, automotivo, comunicação eletrônica, materiais de isolamento, agricultura, necessidades diárias e indústrias de defesa nacional e militar.
O quartzo em pó é modificado com KH-550, e o quartzo em pó modificado é uniformemente misturado com PE para preparar filme plástico de PE, que pode ser usado em filme de estufa agrícola. Os resultados mostraram que quando a fração de massa de enchimento do quartzo em pó era 8%–12%, as propriedades mecânicas do filme agrícola excederam as do filme de resina pura e atenderam aos requisitos do padrão nacional. Usando um agente de acoplamento de silano para modificar o micropó de silício e misturado o micropó de silício modificado com éter de polifenileno para preparar material plástico automotivo de éter de polifenileno. Os resultados indicaram que o material preparado tinha propriedades como alta dureza, resistência ao desgaste, resistência a altas temperaturas e resistência à corrosão, tornando-o adequado para produtos plásticos automotivos.
6. Pintar
O micro pó de silício pode ser usado como enchimento na indústria de revestimentos, o que não apenas reduz o custo de preparação de revestimentos, mas também melhora propriedades como resistência a altas temperaturas, resistência a ácidos e álcalis, resistência ao desgaste e resistência às intempéries. É amplamente usado em materiais de construção, automóveis, tubulações, hardware, eletrodomésticos e outros campos.
Em revestimentos arquitetônicos, Bai Wenkui et al. usaram pó de sílica como enchimento para preparar tintas de parede externa, o que demonstrou bons efeitos decorativos, forte estabilidade e baixo custo. Yuan Rui et al. usaram pó de sílica ultrafino como enchimento em revestimentos de fenilpropanoides. Os resultados mostraram que quando a fração de massa do micropó de silício atingiu 35% ou mais, a resistência alcalina, lavabilidade, absorção de água e refletividade do revestimento foram significativamente melhoradas.
Para revestimentos de látex, o dióxido de titânio é comumente usado como o principal pigmento e enchimento, mas é caro e seu processo de preparação é complexo. Portanto, usar enchimentos como carbonato de cálcio, sulfato de cálcio anidro e micropó de silício em combinação com dióxido de titânio tornou-se um foco de pesquisa. Wang Pengzhu e colegas usaram micropó de sílica modificado como enchimento para substituir parcialmente o dióxido de titânio em revestimentos de látex. Seus resultados mostraram que quando a proporção de massa de dióxido de titânio para micropó de silício era de 1:3, a dureza, resistência ao impacto e flexibilidade do revestimento de látex eram muito melhoradas.
Em revestimentos de piso epóxi, o micro pó de silício como enchimento aumenta a resistência ao desgaste, resistência a ácidos e álcalis, resistência a altas temperaturas e resistência mecânica. Hu Gaoping et al. misturaram micro pó de silício de diferentes tamanhos de partículas com resina epóxi, agentes de cura e outras matérias-primas para preparar revestimentos de piso epóxi resistentes a ácidos fortes. Esses revestimentos foram usados em oficinas de destilação de ácido acético para evitar a pulverização local causada pela corrosão do ácido acético.
Em revestimentos de isolamento retardantes de chamas, Liu Tongwang et al. adicionaram micro pó de sílica ativada à resina de poliéster insaturado para preparar tinta de isolamento de poliéster. Os resultados mostraram que quando a fração de massa do micro pó de sílica ativada era 35%, a condutividade volumétrica, a absorção de água e a resistência mecânica da tinta de isolamento foram significativamente melhoradas.
7. Adesivos
O micro pó de silício, como um enchimento funcional inorgânico, reduz efetivamente o coeficiente de expansão linear e a taxa de encolhimento da resina adesiva curada. Ele melhora a resistência mecânica, resistência ao calor, resistência à permeabilidade e desempenho de dissipação de calor dos adesivos, aumentando assim a eficácia da colagem e da vedação.
A distribuição do tamanho de partícula do pó de sílica afetará a viscosidade e a sedimentação do adesivo, afetando assim a processabilidade do adesivo e o coeficiente de expansão linear após a cura. Portanto, o campo adesivo presta atenção à função do pó de sílica na redução do coeficiente de expansão linear e na melhoria da resistência mecânica. Ele tem altos requisitos para a aparência e distribuição do tamanho de partícula do pó de sílica e geralmente usa produtos de diferentes tamanhos de partícula com um tamanho médio de partícula de 0,1 mícron-30 mícrons para uso composto.
O pó de sílica é modificado e então aplicado ao silicone vinílico. Com a extensão do tempo de armazenamento, a viscosidade do silicone vinílico é estável, o produto tem boa estabilidade e alta resistência, e pode ser usado em silicone condutor térmico, juntas condutoras térmicas, materiais de impressão odontológica e outros campos.
8. Pedra de quartzo artificial
O micropó de silício usado como enchimento em placas de quartzo artificial pode reduzir o consumo de resina insaturada e melhorar a resistência ao desgaste, resistência a ácidos e álcalis e resistência mecânica. A taxa de enchimento do micropó de silício em mármore artificial é geralmente em torno de 30%. Por exemplo, Liu Huichen et al. propuseram o uso de micropó de silício modificado com um agente de acoplamento de silano em placas de quartzo artificial. Essa abordagem pode reduzir o uso de resina insaturada e diminuir o custo de processamento de placas de quartzo artificial.
9. Cerâmica automotiva em favo de mel
O Filtro de Partículas Diesel (DPF), feito de portadores cerâmicos alveolares para purificação de exaustão de automóveis e material de cordierita para purificação de exaustão de motores a diesel, envolve misturar, extrudar, secar e sinterizar materiais como alumina e micropó de sílica. O principal componente do micropó de silício fundido é o SiO2, que tem uma estrutura amorfa, partículas ultrafinas e uma grande área de superfície específica. Ele atua como um mineralizador para reações de estado sólido e sinterização de materiais de silicato. O micropó de silício aumenta a resistência dos portadores cerâmicos alveolares, reduz o coeficiente de expansão térmica da cordierita e melhora sua vida útil. O micropó de silício esférico pode aumentar a taxa de formação e a estabilidade de produtos cerâmicos alveolares, com uma proporção de peso de cerca de 13% no portador cerâmico alveolar.
10. Cosméticos
O micro pó de sílica esférica é usado em cosméticos como batom, pó e creme de base devido à sua boa fluidez e grande área de superfície específica. Suas características incluem:
- Melhor fluidez e estabilidade de armazenamento em produtos em pó, evitando aglomeração.
- Tamanho médio de partícula menor, proporcionando boa suavidade e fluidez.
- Maior área de superfície específica para melhor adsorção de suor, fragrâncias e nutrientes, tornando as formulações mais econômicas.
- Formato esférico que proporciona boa afinidade com a pele e sensação tátil.
Além disso, o pó de micro sílica esférica é fácil de misturar com outros componentes cosméticos, não é tóxico, inodoro e naturalmente branco. Suas características notáveis incluem uma forte capacidade de refletir raios ultravioleta, boa estabilidade e nenhuma decomposição ou descoloração quando exposto à radiação UV. Além disso, não reage com outros componentes da fórmula, tornando-se uma excelente escolha para ingredientes cosméticos de protetor solar.
Os requisitos de especificação para micropó de sílica esférico usado em cosméticos geralmente incluem:
- Teor de silício de 99,9%
- Tamanho de partícula controlável variando de 0,2 a 2 mícrons
- Esfericidade acima de 95%
Baixa radiação (teor de urânio < 0,5 ppb)
Conclusão
Diferentes campos de aplicação têm requisitos de qualidade variados para micropó de silício. Portanto, ao selecionar micropó de silício para uma aplicação específica, é essencial considerar as necessidades das indústrias downstream, bem como fatores como custo, eficiência e desempenho. Escolher o tipo apropriado de micropó de silício, juntamente com o processo de modificação e fórmula corretos, é crucial.
Com o avanço contínuo da economia e da sociedade da China, a pesquisa sobre a aplicação do micropó de silício se concentrará cada vez mais em campos de alta tecnologia, como laminados revestidos de cobre de alta qualidade, revestimentos de alta qualidade, adesivos de alto desempenho e materiais de isolamento feitos de micropó de silício esférico. Espera-se que o refinamento e a especialização funcional sejam as principais tendências na aplicação futura do micropó de silício.
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