粉体表面改性处理介绍
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粉体表面改性的研究进展
粉体表面改性的研究进展物理改性中的热处理和球磨是两大常见且有效的方法。
热处理可以改变粉体表面的化学成分和结构，从而影响其性能。
比如通过高温热处理，可以在粉体表面形成高熵合金、氧化层等，改善其力学性能和耐腐蚀性。
球磨作为一种粗糙化技术，可以通过改变粉体表面形貌提高其活性。
通过改变球磨参数，甚至可以将一种粉体转变为另一种具有完全不同性能的粉体。
化学改性方法中，溶剂处理技术被广泛应用于许多工业领域，如环保、能源及催化剂等。
这种方法主要通过选择不同的溶剂来改变粉体表面的化学组成和物理状态，进而达到优化粉体性能的目的。
化学气相沉积（CVD）这种技术已成功地用于粉体表面的加工改性，能显著改善包括磁性、电性、光学性、催化性在内的多种性能。
化学吸附和化学反应也是现阶段常用的化学改性方法，其中化学吸附主要通过在粉体表面吸附不同的化学物质来调整其性能，而化学反应则可以在粉体表面制备复合薄膜，提高其功能性。
需要注意的是，粉体表面改性不仅影响粉体的性能，也会影响到其环境适应性、经济性和安全性等方面。
因此，在粉体表面改性研究中，除了追求性能优化，还需要充分考虑这些因素，使改性后的粉体既具有良好性能，又具有广阔的应用前景。
最近的研究还向生物改性方向发展，如通过酶催化，生物胶凝等方式对粉体进行改性，让粉体获得新的功能和特性。
还有通过物理、化学和生物的组合方式对粉体进行多重改性，使粉体在多个方面都具有优越性能。
总的来说，粉体表面改性技术的研究已经取得了显著的进展，在许多领域都得到了广泛的应用。
然而，由于粉体的复杂性，粉体表面改性仍然面临许多挑战，包括改性机制的解析、改性效果的稳定性及改性方法的绿色化等问题亟待研究解决。
未来的研究还需要持续深入，不断探索更有效、更经济、更环保的粉体表面改性方法，让这种技术在生产实践中发挥出更大的作用。
粉体改性方法与工艺
（1）TiCl4水解 （2）Ti(OH)4沉淀包覆
粉体改性方法与工艺
实验室改性装置
粉体改性方法与工艺
沉淀包覆改性原理 硅灰石表面无机改性
纳米碳酸钙/硅灰石
纳米硅酸铝/硅灰石
已经在造纸、塑料（PP、PA6）工业中应用
粉体改性方法与工艺
硅藻土表面无机纳米包覆改性 TiO2/硅藻土复合材料
粉体改性方法与工艺
硅藻土表面无机纳米包覆改性
优点： 1. 兼具吸附捕捉性能与光催化降解性能 2. 具有较高的比表面积和良好的光透性 3. 在紫外光和太阳光下都有优良的光催化性能而且稳定
性和重复使用性能好
粉体改性方法与工艺
TEM剖面分析 包覆层厚度为200-300 nm
A
B
0.9μm
250 nm
40 nm
0.6μm
影响粉体表面化学包覆改性效果的因素
表面改性剂的配方：
－－品种：选择能够化学吸附的改性剂；根据用途来选择（如 塑料、橡胶、油性涂料选亲油型；电缆绝缘考虑介电性能及 电阻率；水性涂料选亲水性）；避免改性剂造成体系中其他 组分功能的失效；改性剂分解温度高于加工温度；考虑改性 剂水溶性决定改性工艺；价格和环境因素也要考虑。
影响因素：(1)粉体的表面性质；(2)表面改性剂的配 方；(3)表面改性工艺（4）表面改性设备等。
粉体改性方法与工艺
影响粉体表面化学包覆改性效果的因素
粉体的表面性质： －－粒度：越细，比表面积越大，则改性剂用量大； －－表面能：较大的会团聚，需事先解聚； －－表面官能团：决定物理吸附还是化学吸附，如：硅烷偶
粉体改性方法与工艺
硅藻土表面无机纳米包覆改性 TiO2/硅藻土复合材料
应用于临江保健木业公 司木制百叶窗：经中国 建筑材料环境检测中心 检测，用量5-8 g/m2， 24 h甲醛去除率达到 75 %以上。
粉体改性方法与工艺
实验室改性装置
粉体改性方法与工艺
沉淀包覆改性原理 硅灰石表面无机改性
纳米碳酸钙/硅灰石
纳米硅酸铝/硅灰石
已经在造纸、塑料（PP、PA6）工业中应用
粉体改性方法与工艺
硅藻土表面无机纳米包覆改性 TiO2/硅藻土复合材料
粉体改性方法与工艺
硅藻土表面无机纳米包覆改性
优点： 1. 兼具吸附捕捉性能与光催化降解性能 2. 具有较高的比表面积和良好的光透性 3. 在紫外光和太阳光下都有优良的光催化性能而且稳定
性和重复使用性能好
粉体改性方法与工艺
TEM剖面分析 包覆层厚度为200-300 nm
A
B
0.9μm
250 nm
40 nm
0.6μm
影响粉体表面化学包覆改性效果的因素
表面改性剂的配方：
－－品种：选择能够化学吸附的改性剂；根据用途来选择（如 塑料、橡胶、油性涂料选亲油型；电缆绝缘考虑介电性能及 电阻率；水性涂料选亲水性）；避免改性剂造成体系中其他 组分功能的失效；改性剂分解温度高于加工温度；考虑改性 剂水溶性决定改性工艺；价格和环境因素也要考虑。
影响因素：(1)粉体的表面性质；(2)表面改性剂的配 方；(3)表面改性工艺（4）表面改性设备等。
粉体改性方法与工艺
影响粉体表面化学包覆改性效果的因素
粉体的表面性质： －－粒度：越细，比表面积越大，则改性剂用量大； －－表面能：较大的会团聚，需事先解聚； －－表面官能团：决定物理吸附还是化学吸附，如：硅烷偶
粉体改性方法与工艺
硅藻土表面无机纳米包覆改性 TiO2/硅藻土复合材料
应用于临江保健木业公 司木制百叶窗：经中国 建筑材料环境检测中心 检测，用量5-8 g/m2， 24 h甲醛去除率达到 75 %以上。
粉体表面改性技术
位置不同
分级精度差，不适于精密
分级
静 态 分 级
惯性 分级
碰撞式、 附壁式
由于不同粒径颗粒 的惯性不同，形成 不同的运动轨迹， 从而实现大小颗粒 的分级
构造简单，不需动力；适 于较大的颗粒（10250μm）;较大的处理能 力；不适于精密分级
机
离心 分级
旋风式、 DS式
自由涡或准自由涡 离心力粉体场表中面改离性心技术力
乙烯基 乙烯基三甲 CH2=CHSi(OCH3)3 硅烷 氧基硅烷
A-171、 SCA1603
粉体表面改性技术
29
硅烷偶联剂
作用机理：
与硅相连的3个Ｓｉ-Ｘ基水解成Ｓｉ— ＯＨ;
Ｓｉ—ＯＨ之间脱水缩合成含Ｓｉ—Ｏ Ｈ的低聚硅氧烷;
粉体表面改性技术
30
硅烷偶联剂
低聚物中的Ｓｉ—ＯＨ与基材表面上的ＯＨ形 成氢键；
– 铝酸酯类
– 锆铝酸盐
– 有机络合物
粉体表面改性技术
27
硅烷偶联剂
硅烷类偶联剂：具有特殊结构的低分子有机硅 化合物，通式为RSiX3 。
R------代表与聚合物分子有亲和力或反应能力 的活性官能团，如氨基、乙烯基、环氧基等；
X------代表能够水解的烷氧基，如卤素、酰氧 基等。
粉体表面改性技术
加入的金属和金属氧化物起缓冲剂作用，当钛 盐加热水解时，析出的偏钛酸沉积在云母薄片 表面上，伴随生成的酸则与金属或金属氧化物 反应生成盐。
由于这种成盐反应，使悬浮液的PH值得以缓冲， 酸度相对稳定，有粉利体表于面改偏性技钛术 酸平滑地沉积在云38
表面化学改性法
表面化学改性法：采用多种工艺过程， 使表面改性剂与粉体颗粒表面进行化学 反应，或者使表面改性剂吸附到粉体颗 粒表面，进行粉体表面改性的方法。
第四章 粉体表面处理技术
SｉO2的ｐH＝2-3时为电中性（等电点） 1）ｐH＝7时， SｉO2带负电，这时SｉO2可以 吸附阳离子表面活性剂获得改性。 2）若无机物带正电荷（可测），它能吸附阴离 子表面活性剂获得改性。 3）在带负电荷的颗粒中加入无机阳离子，使颗 粒由带负电荷变为带正电荷，再加阴离子表面 活性剂吸附。 例：
第四章 粉体表面处理技术
1、粉体表面处理的目的ｐ４9 通过物化学、机械等技术措施，对粉体表面进 行改性后，粉体表面性质发生变化，其表面晶 体结构和官能团、表面能、表面润湿性、电性、 表面吸附、分散性和反应特性等一系列性质都 发生变化，以满足现代化新材料、新工艺和新 技术发展的需要。 例1：不同领域不同目的ｐ４９ 例2：坤彩化工的云母粉ｐ４９ 例3：药物的缓释胶囊ｐ４９
2、表面改性后材料测试手段 1）ｐ５１最后一段 2）改性后材料与改性前材料同时做应用试验，应用后得出产品 的性能判断改性前后优劣。
*粉体表面改性目的，因应用领域不同而异， 总的目的是改善或提高粉体原料的应用性能 （功能），以满足新材料、新工艺和新技术发 展或产品开发的需要。
2、粉体表面改性方法ｐ５０使其获得有 机化改性，是最常用的方法。 *无机化合物表面电性质： 无机物 SｉO2 TｉO2 Fｅ2O3 Aｌ（OH）3 Mｇ（OH）2 等电点ｐH值 2-3 6 7 8.5-10 12.4
粉体表面改性处理介绍-文档资料
（3）气相法改性 气相法改性是指将改性剂汽化以后与固体颗粒表
面进行接触，在其表面发生化学反应或物理结合而吸
附在颗粒表面，达到对颗粒进行表面改性处理的方法 。在该方法中由于要将改性剂汽化，一般局限于一些 低分子量、低沸点的改性剂。
干法表面改性设备
目前干法表面改性设备主要有高速加热 式混合机、SLG型连续式粉体表面改性机、 PSC型连续式粉体表面改性机、高速气流冲
图4 HYB主机的结构示意图
（5）流化床式粉体表面改性机
图5 不同形式的流化床
(a) 顶喷式 (b) 底喷式 (c)Wurster式 (d) 侧喷旋转式
2)表面改性的分类
包覆处理改性 表面化学包覆
沉淀反应包膜 胶囊化处理
机械化学改性，等
包覆处理改性 包覆 也称涂敷，利用有机高聚物或树脂等对粉体
（1）干法改性 干法改性是指颗粒在干态下在表面改性设备中首先进 行分散，然后通过喷洒合适的改性剂或改性剂溶液，在一 定温度下使改性剂作用于颗粒材料表面，形成一层改性剂 包覆层，达到对颗粒进行表面改性处理的方法。这种改性 方法具有简便灵活，适应面广，工艺简单，成本低，改性
后可直接得到产品，易于连续化、自动化等优点，但是在
粉体表面改性
概述
1)定义
表面改性 是指利用各类材料或助剂，采用物理、 化学 等方法对粉体表面进行处理，根据应用的需要有目的地改 善粉体表面的物理化学性质或物理技术性能，如表面晶体 结构和官能团、表面能、表面润湿性、电性、表面吸附和
反应特性等等，以满足现代新材料、新工艺和新技术发展
的需要。
2) 表面改性的目的
化学方法
物理化学方法 机械物理方法
其它表面改性方法
第四讲 纳米粉体表面改性
（2）纳米粉体表面改性的必要性 ）
纳米粉体一般是指粒径在 以下的粒子或颗粒。 纳米粉体一般是指粒径在100nm以下的粒子或颗粒。由于 一般是指粒径在 以下的粒子或颗粒 纳米粉体粒度细、比表面积大、表面能高、表面原子数增多、 纳米粉体粒度细、比表面积大、表面能高、表面原子数增多、 原子配位不足及高的表面能， 原子配位不足及高的表面能，使得这些表面原子具有很高的 活性，极不稳定，很容易“团聚” 失活” 活性，极不稳定，很容易“团聚”及“失活”。 对于软团聚的纳米粒子，通过表面的物理和化学改性，来 对于软团聚的纳米粒子，通过表面的物理和化学改性， 提高纳米粉体的分散性 分散性； 提高纳米粉体的分散性；改善或提高无机纳米粉体与复合材 料中基料或其他物质之间的相容性 相容性； 料中基料或其他物质之间的相容性； 纳米粉体在催化、环保、微电子、 纳米粉体在催化、环保、微电子、生物医药及化工等领域 的应用需要特定的表面物理化学特性及功能。因此， 的应用需要特定的表面物理化学特性及功能。因此，有选择 性地赋予无机纳米粉体材料新的物理化学性能及新的功能 新的物理化学性能及新的功能也 性地赋予无机纳米粉体材料新的物理化学性能及新的功能也 要通过表面改性或表面处理来实现。 要通过表面改性或表面处理来实现。
1.表面活性剂改性 表面活性剂改性
无机纳米粉体颗粒经表面活性剂改性或处理后可阻止或 减轻硬团聚体的形成 提高其分散性。 的形成， 减轻硬团聚体的形成，提高其分散性。表面活性剂还能改善 或提高纳米粒子与相应体系中基料或其他物质的相容性 相容性。 或提高纳米粒子与相应体系中基料或其他物质的相容性。 纳米粉体的表面活性改性法既可湿法进行也可干法进 纳米粉体的表面活性改性法既可湿法进行也可干法进 行或干-湿结合 湿结合。 行或干 湿结合。 对于湿法化学合成，如沉淀法、水热法、溶胶 凝胶法等 对于湿法化学合成，如沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等 湿法化学合成 工艺制备纳米粉体， 工艺制备纳米粉体，在湿法生成纳米粉体过程中或生成后立 即加入表面活性剂，不仅可以防止硬团聚体的形成， 即加入表面活性剂，不仅可以防止硬团聚体的形成，还有助 于遏止粒子“长大”。纳米粉体的表面改性最好在湿法制备 于遏止粒子“长大” 过程中就开始进行。 过程中就开始进行。 进行干法改性。 表面活性剂也可以用于对纳米无机粉体 进行干法改性。 干法改性的关键是改性设备能够很好地将纳米粉体和表面活 干法改性的关键是改性设备能够很好地将纳米粉体和表面活 性剂分散， 性剂分散，使表面活性剂能够均匀地吸附包覆于纳米颗粒表 面。 ：
【精品文章】一文认识机械化学法粉体表面改性技术
一文认识机械化学法粉体表面改性技术
表面改性是指利用各类材料或助剂，采用物理、化学等方法对粉体表面进行处理，根据应用的需要有目的地改善粉体表面的物理化学性质或物理技术性能，以满足现代新材料、新工艺和新技术发展的需要。
粉体表面改性的方法很多，分类方法依分析问题的角度不同而异，下面小编就机械化学法粉体表面改性技术进行介绍。
一、粉体表面改性方法概述
目前，粉体改性方法按照改性工艺性质分类，主要分为6类，表面覆盖改性、表面化学改性、机械化学法改性、胶囊式改性、高能处理改性、沉淀反应改性。
（1）表面覆盖改性
表面覆盖改性是利用表面活性剂使高分子、无机物、有机物等覆盖于粉体表面，达到表面改性。
表面覆盖法改性纳米碳酸钙结构图
（2）表面化学改性
表面化学改性是利用表面改性剂与粉体表面进行化学反应或化学吸附的方式完成，使其表面产生新的机能。
表面化学改性示意图
（3）机械化学法改性
机械化学法改性是通过粉碎、磨碎、摩擦等方法增强粒子的表面活性，具有强活性的粉体表面与其它物质发生反应、附着，达到表面改性的目的。
无机粉体颗粒表面改性技术在提高燃料的燃烧效率方面的应用
无机粉体颗粒表面改性技术在提高燃料的燃烧效率方面的应用1研究背景无机粉体一般为微米或纳米级颗粒,由于其粒径小、比表面积大、表面能高,容易发生团聚,难以在复合材料中均匀分散,影响添加效果。
无机粉体的表面性质和聚合物有机体系相差甚远,这也使得无机粉体不能很好的分散到材料中。
因此,当无机粉体添加到高聚物复合材料时,首先要对无机粉体进行表面改性,使其粒子表面有机化,改善其亲油性和与基体的相容性,增强界面结合能力,从而发挥无机粉体的功能[1]。
2无机粉体颗粒表面改性的方法表面改性是用物理、化学或机械的方法对粉体表面进行处理,根据应用需要有目的的改变粉体表面的物理化学性质,使其表面性质发生变化,以满足材料、工艺或技术发展的需要。
2.1 物理涂覆改性物理涂覆改性即表面包覆改性,当无机粉体和改性剂按照一定比例混合时,由于搅拌的作用,改性剂通过静电引力或范德华力吸附在粉体表面,从而形成单层或多层包覆。
与化学包覆改性不同的是,改性后改性剂与粒子表面无化学反应。
由于包覆层的存在,粒子间产生了空间位阻斥力,对其再团聚起到了减弱或屏蔽的作用。
该法几乎适用于所有无机粉体的表面改性。
用于物理涂覆改性的改性剂主要有表面活性剂、超分散剂等[2]。
无机粉体经过物理涂覆后,其分散性、与有机体的相容性均显著提高[3]。
2.2 化学包覆改性化学包覆改性是指通过一定的技术手段,利用改性剂分子中的官能团和粉体表面进行化学反应或化学吸附,从而包裹在无机粉体的表面。
化学包覆方法是最常用的改性方法,一般采用湿法工艺。
具体方法有多种。
如溶胶-凝胶法,此法不仅可以用于超细粉体的包覆,还可以用于制备超细粉体;非均相凝聚法是先加入分散剂将两种物质分散,通过调节pH值或加入表面活性剂等使包覆颗粒和被包覆颗粒所带的电荷相反,然后通过静电引力形成单层包覆;表面接枝聚合包覆法是通过化学反应将高分子材料连接到无机粒子表面上,该法的特点是最终接枝包覆在改性主体的聚合物改性剂是在改性过程中同时合成的。
粉体表面改性技术
粉体表面改性方法
涂敷改性（冷法、热法） 石英砂涂敷树脂，提高铸造时粘结性 表面化学改性（主要方法） 颗粒表面性质、改性剂种类、用量用法 及工艺设备与操作条件 沉淀反应改性（钛白、云母） 机械化学改性 高能改性、酸碱处理等
粉体表面改性设备
高速混合（捏和）机 HYB高速气流冲击式粉体表面处理机 （东京理科大学、奈良机械制作所） 球磨机、砂磨机 液相表面处理 喷雾表面处理
超分散剂的吸附形态
超分散剂在强极性 表面的单点化学吸附
超分散剂在弱极性 表面的多点氢键吸附
超分散剂通过表面增 效剂在非极性表面吸附
超分散剂作用机理示意图
锚固基团
颗粒
颗粒
溶剂化链
超分散剂的吸附性能
Rehacek方法
Xap
MaCa
Xap Mo(Co Ce) X MoCo ( Mo X Xsolv)Ce Ma X Xsolv Ca X / Ma Xap Ma (Ca Ce) Ma / ( s )
CH－5使用方法
将研磨基料的树脂浓度降低至30－40％ 在基料中尽量少使用胶质油或胶凝剂 在用基料调制油墨时多补充上述物质 由于CH－5降低基料粘度，故可提高颜 料含量，减少溶剂用量，改善油墨干燥 性能
热固型/单张纸型研磨基料配方
RUBINE / Ca 4B TONER 36 PHTHALOCYANINE BLUE DIARYLIDE YELLOW CARBON BLACK GRINDING VEHICLE 48 ALKYD RESIN 8 CH-5 HYPERDISPERSANT CH-11B HYPERDISPERSANT CH-22 HYPERDISPERSANT ANTIOXIDANT 2 ALIPHATIC DISTILLATE 6 50 36 50 28 26 8 4 52 9 33 9 3.75 1.25 3 65 5 40 49 5 3 1 2 40 53 5 50 33 5 4
粉体表面改性处理介绍
2)有机酸及其盐类改性剂
❖高级脂肪酸及其盐 结构通式：RCOOH 为阴离子表面活性剂，其结构和聚合物分子结
构相似，与聚合物基料有一定的相容性。分子一 端为羧基，可与无机填料或颜料表面发生物理、 化学吸附作用，另一端为长链烷基（C16-C18）
作用： 用高级脂肪酸及其盐(如硬脂酸)处理无机填料
或颜料，有一定的表面处理效果 可改善无机填料或颜料与高聚物基料的亲和性， 提高其在高聚物基料中的分散度。 本身具有润滑作用，可使复合体系内摩擦力减
（1）干法改性 干法改性是指颗粒在干态下在表面改性设备中首先进
行分散，然后通过喷洒合适的改性剂或改性剂溶液，在一 定温度下使改性剂作用于颗粒材料表面，形成一层改性剂 包覆层，达到对颗粒进行表面改性处理的方法。这种改性 方法具有简便灵活，适应面广，工艺简单，成本低，改性 后可直接得到产品，易于连续化、自动化等优点，但是在 改性过程中对颗粒难以做到处理均一、颗粒表面改性层可 控等目的。
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概述
1)定义
粉体表面改性
表面改性是指利用各类材料或助剂，采用物理、 化学 等方法对粉体表面进行处理，根据应用的需要有目的地改 善粉体表面的物理化学性质或物理技术性能，如表面晶体 结构和官能团、表面能、表面润湿性、电性、表面吸附和 反应特性等等，以满足现代新材料、新工艺和新技术发展 的需要。
亲水基的性质
硅烷偶联剂亲水基也称水解性基团，遇水可分解成 活性硅醇(≡Si-OH)，通过硅醇和无机矿物表面反应， 形成化学结合或吸附于矿物表面 X为—OCH3和—OC2H5，水解速度缓慢，产物
醇为中性物质，用水介质进行表面改性。 X为—OC2H4OCH3基团，不仅保留水解性，还
能提高水溶性、亲水性，应用更为方便
粉体表面改性及分散技术
1、纳米粉体的分散重要性
纳米粉体稳定分散在各种液相介质形成的分散体本身往往 就是十分重要的产品。如将某些具有特殊电磁性的纳米粉 体分散在液相介质中可制成导电料浆或磁性浆料；将纳米 TiO2粉体分散在水中或有机溶剂中可以制成具有抗紫外、 自清洁或光催化等特殊功能的涂料；这些产品的性能与纳 米粉体的分散状况密切相关。
3、粉体表面改性的目的
4、环境保护
某些公认的对健康有害的原料，如石棉，对人体健康有害主要 在于其生理活性；一是细而长的纤维形状（长度为5-100微米， 直径3微米以下的纤维）在细胞中特别具有活性；二是石棉表面 的极性点（这些极性点主要是OH-官能团）容易与构成生物要素 的氨基酸蛋白酶的极性基键合。如果这两个因素在细胞中起主导 作用的话，那么就可以认为表面改性有可能改变石棉的生理活性。 可用对人体无害和对环境不构成污染，又不影响其使用性能的其 他化学物质覆盖、封闭其表面的活性点OH-。
1、粉体的用途
在橡胶、塑料、涂料、胶粘剂等高分子材料工业及高 聚物基复合材料领域中，无机粉体填料占有很重要的 地位。如碳酸钙、高岭土、氢氧化铝、云母、石棉、 石英、硅藻土、白碳黑等等，不仅可以降低材料成本， 还能提高材料的硬度、刚性和尺寸稳定性，改善材料 的力学性能并赋予材料某些特殊的物理化学性能，如 耐腐蚀性、耐侯性、阻燃性和绝缘性等。
2、纳米粉体分散改性的目的
粉体表面改性及分散技术
主要内容
一．粉体表面改性 二．纳米粉体表面改性 三．超分散剂
超细粉体分类
分类
直径
原子数目
微米粉体
>1m
>1011
亚微米粉体 100nm~1 m 108
特征 体效应 体效应
纳米粉体 100nm~10nm 105 尺寸与表 1nm
粉体表面改性
4 粉体表面改性
4.1 概述
1)定义 表面改性是指利用各类材料或助剂，采用物理、 化学、机械等方法对矿物粉体表面进行处理，根据 应用的需要有目的地改善粉体表面的物理、化学性 质或物理技术性能，以满足现代新材料、新工艺和 新技术发展的需要。
粉体的表面改性处理直接影响着粉体的使用价值和应 用领域。
常用改性剂 偶联剂 ——最常用的矿物表面改性剂 高级脂肪酸及其盐 ——适用于表面含金属活性粒子的矿物 不饱和有机酸和有机硅，等
改性剂的选择范围较大，具体选用时要综合考虑粉 体的表面性质、改性产品的用途、质量要求、处理 工艺以及表面改性剂的成本等因素。
表面化学改性一般在高速加热混合机或捏合 机、流态化床、研磨机等设备中进行。这是因为 粉体的表面改性处理大多是在粉体物料中加入少 量表面改性剂溶液进行的操作。
常见的方法：包覆改性和高能改性。
包覆改性 包覆也称涂敷，是一种对粉体表面简单处理的方法， 借助于黏附力，利用有机高聚物或树脂等对粉体表面 进行“包覆”，以达到改善粉体表面性能的方法。
影响因素： 颗粒的形状 比表面积 孔隙率 涂覆剂的种类 涂敷处理工艺，等
例：树脂包覆石英砂--冷法和热法
表面改性是为改善矿物材料的使用性能，提高使用
价值并拓展新的应用领域，以满足新材料、新技术
发展、新产品开发的需要。
• 对膨润土进行有机阳离子覆盖处理，可提高其在弱极 性或非极性体系中的膨胀、悬浮、触变等特性；
• 通过表面改性处理，可提高涂料的分散性并改善涂料 的光泽、着色力、遮盖力以及耐热性、保光性、保色 性等。
在包覆处理前对石英砂进行冲洗或擦洗和干燥。
冷法包覆砂是在室温下制备的，先将粉状树脂与砂混匀，然后加 入溶剂（工业酒精、丙酮或糠醛），溶剂加入量根据混砂机能否 封闭而定。封闭者，酒精用量为树脂用量的40-50%；不能封闭 者为70-80%，再继续混碾到挥发完，干燥后经粉碎和筛分即得 产品。但该法使用有机溶剂量大，仅用于少量生产。
4.1 概述
1)定义 表面改性是指利用各类材料或助剂，采用物理、 化学、机械等方法对矿物粉体表面进行处理，根据 应用的需要有目的地改善粉体表面的物理、化学性 质或物理技术性能，以满足现代新材料、新工艺和 新技术发展的需要。
粉体的表面改性处理直接影响着粉体的使用价值和应 用领域。
常用改性剂 偶联剂 ——最常用的矿物表面改性剂 高级脂肪酸及其盐 ——适用于表面含金属活性粒子的矿物 不饱和有机酸和有机硅，等
改性剂的选择范围较大，具体选用时要综合考虑粉 体的表面性质、改性产品的用途、质量要求、处理 工艺以及表面改性剂的成本等因素。
表面化学改性一般在高速加热混合机或捏合 机、流态化床、研磨机等设备中进行。这是因为 粉体的表面改性处理大多是在粉体物料中加入少 量表面改性剂溶液进行的操作。
常见的方法：包覆改性和高能改性。
包覆改性 包覆也称涂敷，是一种对粉体表面简单处理的方法， 借助于黏附力，利用有机高聚物或树脂等对粉体表面 进行“包覆”，以达到改善粉体表面性能的方法。
影响因素： 颗粒的形状 比表面积 孔隙率 涂覆剂的种类 涂敷处理工艺，等
例：树脂包覆石英砂--冷法和热法
表面改性是为改善矿物材料的使用性能，提高使用
价值并拓展新的应用领域，以满足新材料、新技术
发展、新产品开发的需要。
• 对膨润土进行有机阳离子覆盖处理，可提高其在弱极 性或非极性体系中的膨胀、悬浮、触变等特性；
• 通过表面改性处理，可提高涂料的分散性并改善涂料 的光泽、着色力、遮盖力以及耐热性、保光性、保色 性等。
在包覆处理前对石英砂进行冲洗或擦洗和干燥。
冷法包覆砂是在室温下制备的，先将粉状树脂与砂混匀，然后加 入溶剂（工业酒精、丙酮或糠醛），溶剂加入量根据混砂机能否 封闭而定。封闭者，酒精用量为树脂用量的40-50%；不能封闭 者为70-80%，再继续混碾到挥发完，干燥后经粉碎和筛分即得 产品。但该法使用有机溶剂量大，仅用于少量生产。
粉体改性方法与工艺
胺 ＞ 羧 酸 ＞ 醇 ＞ 苯 酚 ； 中 性 表 面 时 （ Al2O3 、 Fe2O3) 等，羧酸＞胺＞苯酚＞醇；碱性表面时（ MgO 、 CaO)，羧酸＞苯酚＞胺＞醇。 －－含水量：象陶土、滑石粉等表面含水量较大的矿物，不 适合用单烷氧基型而适合螯合型钛酸酯偶联剂；而单烷氧
影响粉体表面化学包覆改性效果的因素
备方法如下：将一定量的硅藻土、水、少量盐酸配制悬浮
液，然后在一定温度下依次加入 TiCl4 溶液、硫酸铵水溶 液、碳酸铵溶液进行沉淀反应，反应一定时间后过滤、干 燥、煅烧，即得到 TiO2/硅藻土复合材料。请写出 TiCl4的 水解反应式，并试写出简单的生产工艺流程图。
（1）有机膨润土
3.5 粉体颗粒插层改性
膨润土 插层改性
季铵盐阳离 子在蒙脱石 层间的排列 方式示意图
3.5 粉体颗粒插层改性
粘土层间化合物制备方法： 物理插层（聚合物直接插层）—— 聚合物直接吸附插层、聚合物溶液插层、聚合物溶融插层 化学插层—— 单体插层聚合（单体插层加成聚合、单体插层缩合聚合）、 聚合物预聚体插层（聚合物预聚体插层交联固化）
表面改性工艺
4干燥与表面改性合二为一工艺
通过在粉体干燥过程中添加表面改性剂在湿粉体脱水的 同时对粉体颗粒进行表面改性 优点:可以简化工艺
问题 : 干燥温度一般在 200°C 以上，干燥过程中加入的 较低沸点改性剂可能被分解或蒸发；若在干燥后出料前 加入改性剂，则作用时间较短
表面改性方法和工艺的选择
硅藻土表面无机纳米包覆改性 TiO2/硅藻土复合材料
应用于临江保健木业公 司木制百叶窗：经中国 建筑材料环境检测中心 检测，用量5-8 g/m2， 24 h甲醛去除率达到 75 %以上。
粉体表面改性
粉体的表面改性与很多学科领域密切相关，是粉体加 工工程与表面科学及其它众多学科的边缘学科。
粉体表面改性处理，包括改变颗粒表面晶体结构和官 能团、表面能、表面润湿性、电磁性、光学性质以及 表面吸附性和反应特性等。
2) 表面改性的目的 使无机矿物填料由一般增量填料变为功能性填 料； 为高分子材料及复合材料提供新的技术方法； 提高涂料或油漆中颜料分散性，改善涂料性能； 使制品有良好的光学效应或视觉效果，附加值高。
此外，电磁波、中子流、α粒子、β粒子在矿物颗 粒表面改性领域均有应用。其作用表现在辐射能改 变矿物表面结构及电荷性质、可使颗粒表面空位等 晶体缺陷增加，从而改变了颗粒表面的能量状态， 使其润湿性、吸附能力均有所增加。
电子辐射加热处理可使某些矿物颗粒的磁性或表面 荷电性质发生变化，从而有利于磁力分选和静电分 离。
方法： 粉体的沉淀反应改性一般采用湿法，即在分散的
粉体水浆液中，加入所需的改性（处理）剂，在适 当的pH和温度下，使无机改性剂以氢氧化物或水合 氧化物的形式均匀沉淀在颗粒表面，形成一层或多 层包覆膜，然后经过洗涤、脱水、干燥、焙烧等工 序使该包覆膜牢固地固定在颗粒表面，从而达到改 进粉体表面性能的目的。
高速加热式混合机是 无机粉体，如无机填 料或颜料表面化学包 覆改性常用的设备之 一，这是塑料制品加 工行业广泛使用的混 料设备。
结构
高速加热混合机的结构 1-回转盖 2-混合锅 3-折流板 4-搅拌装置
5-排料装置 6-驱动电机 7-机座
混合室成圆筒形，是由内层、加热冷却夹套、绝热层和外 套组成。内层具有很高的耐磨性和光洁度，上部与回转盖 相接，下部有排料口。为了排去混合室内的水分子与挥发 物，有的还装有抽真空装置，叶轮是高速加热式混合机的 搅拌装置，与驱动轴相连，可在混合室内高速旋转。折流 板断面成流线型，悬挂在回转盖上，可根据混合室内物料 量调节其悬挂高度。折流板内部为空腔，装有热电偶，测 试物料温度。混合室下部有排料口，位于物料旋转并被抛 起时经过的地方。排料口接有气动排料阀门，可以迅速开 启阀门排料。
粉体表面改性处理，包括改变颗粒表面晶体结构和官 能团、表面能、表面润湿性、电磁性、光学性质以及 表面吸附性和反应特性等。
2) 表面改性的目的 使无机矿物填料由一般增量填料变为功能性填 料； 为高分子材料及复合材料提供新的技术方法； 提高涂料或油漆中颜料分散性，改善涂料性能； 使制品有良好的光学效应或视觉效果，附加值高。
此外，电磁波、中子流、α粒子、β粒子在矿物颗 粒表面改性领域均有应用。其作用表现在辐射能改 变矿物表面结构及电荷性质、可使颗粒表面空位等 晶体缺陷增加，从而改变了颗粒表面的能量状态， 使其润湿性、吸附能力均有所增加。
电子辐射加热处理可使某些矿物颗粒的磁性或表面 荷电性质发生变化，从而有利于磁力分选和静电分 离。
方法： 粉体的沉淀反应改性一般采用湿法，即在分散的
粉体水浆液中，加入所需的改性（处理）剂，在适 当的pH和温度下，使无机改性剂以氢氧化物或水合 氧化物的形式均匀沉淀在颗粒表面，形成一层或多 层包覆膜，然后经过洗涤、脱水、干燥、焙烧等工 序使该包覆膜牢固地固定在颗粒表面，从而达到改 进粉体表面性能的目的。
高速加热式混合机是 无机粉体，如无机填 料或颜料表面化学包 覆改性常用的设备之 一，这是塑料制品加 工行业广泛使用的混 料设备。
结构
高速加热混合机的结构 1-回转盖 2-混合锅 3-折流板 4-搅拌装置
5-排料装置 6-驱动电机 7-机座
混合室成圆筒形，是由内层、加热冷却夹套、绝热层和外 套组成。内层具有很高的耐磨性和光洁度，上部与回转盖 相接，下部有排料口。为了排去混合室内的水分子与挥发 物，有的还装有抽真空装置，叶轮是高速加热式混合机的 搅拌装置，与驱动轴相连，可在混合室内高速旋转。折流 板断面成流线型，悬挂在回转盖上，可根据混合室内物料 量调节其悬挂高度。折流板内部为空腔，装有热电偶，测 试物料温度。混合室下部有排料口，位于物料旋转并被抛 起时经过的地方。排料口接有气动排料阀门，可以迅速开 启阀门排料。
粉体表面改性方法原理、工艺技术及使用的粉体改性剂
粉体表面改性方法原理、工艺技术及使用的粉体改性剂无机粉体的表面改性是根据使用行业所需求粉体具备的性能而进行的对应表面改性，以满足现代新材料、工艺和技术的发展需求，提升原有产品的性能特点，而且还可以提升对应的产能以及生产效率，在粉体加工行业也越来越受到重视，目前无机粉体表面改性的方法主要为6大类。
1、方法一：物理涂覆方法原理：利用高聚物或树脂等对粉体表面进行处理，一般包括冷法和热法两种。
粉体改性剂：高聚物、酚醛树脂、呋喃树脂等。
影响因素：颗粒形状、比表面积、孔隙率、涂敷剂的种类及用量、涂敷处理工艺等。
适用粉体：铸造砂、石英砂等。
2、方法二：化学包覆方法原理：利用有机物分子中的官能团在无机粉体表面的吸附或化学反应对颗粒表面进行包覆，一般包括干法和湿法两种。
除利用表面官能团改性外，该方法还包括利用游离基反应、鳌合反应、溶胶吸附等进行表面包覆改性。
粉体改性剂：如硅烷、钛酸酯、铝酸酯、锆铝酸盐、有机铬等各种偶联剂，高级脂肪酸及其盐，有机铵盐及其他各种类型表面活性剂，磷酸酯，不饱和有机酸，水溶性有机高聚物等。
影响因素：粉体的表面性质，粉体改性剂种类、用量和使用方法，改性工艺，改性设备等。
适用粉体：石英砂、硅微粉、碳酸钙、高岭土、滑石、膨润土、重晶石、硅灰石、云母、硅藻土、水镁石、硫酸钡、白云石、钛白粉、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化铝等各类粉体。
3、沉淀反应方法原理：通过无机化合物在颗粒表面的沉淀反应，在颗粒表面形成一层或多层“包膜”，以达到改善粉体表面性质，如光泽、着色力、遮盖力、保色性、耐候性、电、磁、热性和体相性质等。
粉体改性剂：金属氧化物、氢氧化物及其盐类等各类无机化合物。
影响因素：原料的性质（粒度大小和形状、表面官能团），无机表面改性剂的品种，浆液的pH值、浓度，反应温度和反应时间，洗涤、脱水、干燥或焙烧等后续处理工序。
适用粉体：钛白粉、珠光云母、氧化铝等无机颜料。
4、机械力化学方法原理：利用超细粉碎及其他强烈机械作用，有目的的对粉体表面进行激活，在一定程度上改变颗粒表面的晶体结构、溶解性能（表面无定形化）、化学吸附和反应活性（增加表面活性点或活性基团）等。
无机粉体的表面改性技术
有 工艺简单 、操作灵 活、投资节省等优 的有机改性剂和制备工艺需要干 燥的情 是将干燥 与表 面改性合 一。此法 可简化 点 ，并且水溶性和 非水溶 性表面改性剂 况。如 轻质碳酸钙 的表面改性 ，有机 硅 工艺 ，但干燥过程 中加入 的低沸点表面 均 可使 用。干法改性分 为连续式和间歇 改 性 钛 白粉 等 ；在 反 应后 的 浆料 过 滤 改性剂可能还来不及 与粉体表 面作用就 式两种 。连续 式即连续给料并同时添加 干燥前先进行改性还能 改善产 品结块团 随水分子一起 蒸发掉。如果在水分蒸发 表 面改性剂 ，粉体表 面包覆较均匀 ，适 聚的状 况 ，提高粉体 的分散性 。沉淀包 后 添 加 表 面 改 性 剂 ，虽 然 可 以避 免 表 面
２ ． １ 干法 工 艺
干 法工艺是工业上 应用最为广泛 的 剂 的包 覆更均匀 ，但后续需要进行 过滤 是 ，粉碎 时局部温度过 高会在一 定程 度
表 面 改 性 工 艺 。 与 湿 法 改 性 相 比 ，它 具 和干燥。一般有机包覆改性 用于水溶性 上破坏表 面活性剂 的分 子结构。另一种
般用于采用共沉淀法制备复合粒子 。
１ ． ７插层 改 性
２ ． 无机粉体表面改性 工艺
改性工艺依 照表 面改性的方法 、设 面改性剂进行稀释 ，因此工 业上 操作相 ２ 。 ３复合 工艺 备 和粉体的制备方法 而异。 目前工业上 对复杂 ，不适合 大规 模生产。 应用的改性工 艺主要有干法工艺 、湿法 ２ ． ２湿法 工 艺
将 有机 物 单 体 聚 合 在 粉 体 粒 子 表 面 ，得
１ ． １ 物理 涂覆 改性
物理 涂覆改性即表面包覆改性 ，当
１ ． ２高能表 面改性
到复合的胶囊化粒子 。与表面包覆改性
粉体表面改性资料
③HYB高速冲击式表面改性机；④ 1200型混合机；
⑤机械融合改性机；
⑥流态化改性机；
⑦兼具粉碎或干燥功能的表面改性机。
高速加热混(捏)合机
高速加热式混合机是无机粉 体（如无机填料或颜料）表面化 学包覆改性常用的设备之一。
1—回转盖；2—外套；3—折流板 ；4—叶轮；5—驱动轴；6—排料 口；7—排料汽缸；8—夹套
具有表面改性剂分散较好、表面包覆较均匀等特点，但要后 续干燥作业。因此，特别适用于前段为湿式制粉作业而后又需要 干燥的场合。
三、粉碎与表面改性合二为一工艺
通过在机械粉碎过程中添加表面改性剂在粒度减小的同时对 粉体颗粒进行表面改性。
优点：可以简化工艺，某些表面改性剂可在一定程度上提高 粉碎效率。
缺点：温度难以控制，局部的过高温升可能破坏改性剂的分 子结构。此外，由于粉碎过程中颗粒不断被粉碎、产生新表面， 颗粒包覆不均匀
未来无机填料发展的三大方向： （1）粒径微细化（2）表面活性化（3）结构复杂化
二、表面改性的目的
（1）改善粉体颗粒的分散性、稳定性和相容性。 （2）提高粉体颗粒的化学稳定性，如耐药性、耐光性、
耐候性等。 （3）改变粉体的物理性质，如光学效应、机械强度等。 （4）出于环保和安全生产目的。
三 、粉体表面改性技术的应用
4.4.4 表面改性设备
高性能表面改性设备基本工艺特性：
① 对粉体及表面改性剂的分散性好；
② 粉体与表面改性剂的作用机会均等；
③ 改性温度和时间可调； ④ 单位产品能耗低、磨耗小；
⑤ 无粉尘污染或污染少； ⑥ 操作简便、运行平稳。
一、干法表面改性设备
①高速加热混(捏)合机； ②SLG连续粉体表面改性机；
(1)有机/无机复合材料(塑料、橡胶等）：改善无机填料（包括
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（1）高速加热式混合机
图1 高速加热式混合机 1 机座 2 电机 3 气缸 4 折流板 5 锅盖 6 搅拌叶轮 7 夹套 8 卸料装置
（2）SLG型粉体表面改性机
图2 SLG型连续粉体表面改性机的结构示意图 1 温度计 2 出料口 3 进风口 4 风管 5 主机 6 进料口 7 计量泵 8 喂料机
胶囊化处理 胶囊化改性是在颗粒表面覆盖均质而且有一定 厚度薄膜的一种表面化学改性方法。
主要方法： 化学方法
物理化学方法
机械物理方法
其它表面改性方法
接枝改性 酸碱处理 化学气相沉淀（CVD） 物理沉淀（PVD），等
7.3 表面改性剂及作用
1)偶联剂及其作用机理
粉体表面改性处理介绍
2) 表面改性的目的
使无机矿物填料由一般增量填料变为功能性填 料 为高分子材料及复合材料提供新的技术方法 提高涂料或油漆中颜料分散性，改善涂料性能 使制品有良好的光学效应或视觉效果，附加值高 提高颗粒的分散性，防止颗粒团聚，
表面改性是为改善矿物材料的使用性能，提高使用 价值并拓展新的应用领域，以满足新材料、新技术 发展、新产品开发的需要
机械化学改性既是一种独立改性方法，也可视为实现表面 化学改性、接枝改性等的促进手段
机械化学改性的含义
利用矿物超细粉碎过程中机械应力的作用激 活矿物表面，使表面晶体结构与物理化学性 质发生变化，实现改性，满足应用需要
利用机械应力对表面的激活和由此产生的离 子和游离基，引发单体烯烃类有机物聚合， 或使偶联剂等表面改性高效反应附着而实现 改性
偶联剂的作用(functions of coupling agent)： ①在两相界面形成化学键，大幅度提高界面粘接强度 ②改善了界面对应力的传递效果 ③提供了一个可塑界面层，可部分消除界面残余应力 ④提供了一个防水层，保护了界面，阻止了脱粘和腐蚀的发生
偶联剂对不同复合体系具有较强的选择性
作用机理 界面扩散理论 表面能理论
图4 HYB主机的结构示意图
（5）流化床式粉体表面改性机
图5 不同形式的流化床 (a) 顶喷式 (b) 底喷式 (c)Wurster式 (d) 侧喷旋转式
2)表面改性的分类
包覆处理改性 表面化学包覆 沉淀反应包膜 胶囊化处理 机械化学改性，等
包覆处理改性 包覆也称涂敷，利用有机高聚物或树脂等对粉体 表面进行“包覆”以达到改善粉体表面性能的方 法 影响因素： 颗粒的形状 比表面积 孔隙率 涂覆剂的种类 涂敷处理工艺，等
3）表面改性的特点
虽然有时采用化学反应的方法，这类反应只改变矿物界 面层次的组分，不改变矿物材料的内部晶体结构及物理化 学性质
表面改性的基本方法和研究内容
1)表面改性的研究内容
表面改性的原理和方法 表面改性剂 表面改性工艺与设备 表面改性过程的控制与产品检测技术
表面改性方法
目前，对于颗粒材料的表面改性方法还没 有十分明确的分类方法。如果按改性过程中改 性剂和颗粒存在的状态对改性方法进行分类， 颗粒的表面改性可以分为干法改性、湿法改性 和气相法改性三类。
（3）气相法改性 气相法改性是指将改性剂汽化以后与固体颗粒表面进行接触，在
其表面发生化学反应或物理结合而吸附在颗粒表面，达到对颗粒进行表 面改性处理的方法。在该方法中由于要将改性剂汽化，一般局限于一些 低分子量、低沸点的改性剂。
干法表面改性设备
目前干法表面改性设备主要有高速加 热式混合机、SLG型连续式粉体表面改性机、 PSC型连续式粉体表面改性机、高速气流冲 击式粉体表面改性机（Hybridization）和流 化床式粉体表面改性机。
偶联作用示意图
界面扩散理论——对矿物进行改性处理时， 偶联剂的亲无机端应与填料表面以化学键结 合；而偶联剂的亲有机端应含有较长的柔软 碳氢链段，能溶解、扩散于树脂的界面区域， 与树脂大分子链发生纠缠或形成化学键，以 形成柔性的有利于应力松弛的界面层，提高 吸收和分散冲击能，使复合材料具有更好的 抗冲击性能。
（3）PSC型粉体表面改性机
图3 PSC型粉体表面改性机的结构示意图 1 改性剂室 2 原料仓 3 螺旋给料器 4 雾化室 5 改性处理仓 6 主轴 7 搅拌棒 8 冲击锤 9螺旋输送机 10 气流输送管 11 成品仓 12 脉动式吸尘器 13 排气管 14 排风扇
（4）高速气流冲击式粉体表面改性机
常用改性剂
偶Байду номын сангаас剂
——最常用的矿物表面改性
剂 高级脂肪酸及其
盐
——适用于表面含金属活性粒子的矿
物 不饱和有机酸和有机硅，等
机械化学改性 机械化学改性是利用超细粉碎及其它强烈机 械力作用有目的地对矿物表面进行激活，在 一定程度上改变矿粒表面的晶体结构、溶解 性能（表面无定型化）、化学吸附和反应活 性（增加表面活性点或活性基团）等
（1）干法改性 干法改性是指颗粒在干态下在表面改性设备中首先进行分散，然后通过
喷洒合适的改性剂或改性剂溶液，在一定温度下使改性剂作用于颗粒材料表面 ，形成一层改性剂包覆层，达到对颗粒进行表面改性处理的方法。这种改性方 法具有简便灵活，适应面广，工艺简单，成本低，改性后可直接得到产品，易 于连续化、自动化等优点，但是在改性过程中对颗粒难以做到处理均一、颗粒 表面改性层可控等目的。
沉淀反应改性
利用化学沉淀反应并将生成物沉积在矿粒表面形成 一层或多层“改性层”的方法称沉淀反应改性。
影响因素 浆液的pH、浓度 反应温度和反应时间 颗粒的粒度、形状及后续处理工序，等
pH、温度是沉淀反应改性最重要的控制因素。
表面化学包覆
利用表面化学方法，如有机物分子中的官能团 (游离基反应、鳌合反应、溶胶吸附以及偶联剂) 在无机矿粒（填料或颜料）表面的吸附或化学 反应对颗粒表面进行局部包覆使颗粒表面有机 化而达到表面改性的方法，它是无机填料或颜 料的主要表面改性处理方法。
（2）湿法改性 湿法改性是指颗粒在一定浓度的改性剂水或有机溶液中，在搅拌分散
和一定温度条件下，通过颗粒表面的物理作用或化学作用而使改性剂分子 吸附于颗粒表面，达到对颗粒进行表面改性处理的方法。该方法改性完全 ，颗粒表面包覆完整，颗粒的改性效果好且稳定。但是采用该方法改性后 的粉体如果要在干态下使用，还需要进行干燥后处理，工艺复杂，成本高 较高。