粉体表面改性处理介绍
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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。
（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。
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
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。
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）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
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
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
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
（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。
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。
（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。
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
（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
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。
（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。
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
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。
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）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
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
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
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
（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。
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。
（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。
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
（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