非金属矿物粉体表面改性技术探讨
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。
【精品文章】一文了解粉体表面改性技术
一文了解粉体表面改性技术
超细粉体具有常规材料难以比拟的优异性能，在先进陶瓷、微电子、航天航空、生物制药、光学检测等领域获得了广泛的应用，但由于稳定性低、易发生团聚和难于分散，需要对超细粉体进行适当的表面处理以改善颗粒的表面特性和提高其分散性能，达到应用要求。
一、粉体表面改性方法
粉体表面改性方法是指改变非金属矿物粉体表面或界面的物理化学性质的方法，主要有表面物理涂覆、化学包覆、无机沉淀包覆或薄膜、机械力化学、化学插层等。
目前工业上粉体表面改性常用的方法主要有表面化学包覆改性法、沉淀反应改性法、机械化学改性法和复合法。
1、表面化学包覆改性法
表面化学包覆改性法是目前最常用的粉体表面改性方法，是利用有机表面改性剂分子中的官能团在颗粒表面吸附或化学反应对颗粒表面进行改性。
改性工艺可分为干法和湿法两种。
SiO2粉体颗粒表面改性示意图
所用表面改性剂主要有偶联剂（硅烷、钛酸酯、铝酸酯、锆铝酸酯、有机络合物、磷酸酯等）、表面活性剂（高级脂肪酸及其盐、高级胺盐、非离子型表面活性剂、有机硅油或硅树脂等)、有机低聚物及不饱和有机酸等）。
2、沉淀反应法
沉淀反应法是利用化学沉淀反应将表面改性物沉淀包覆在被改性颗粒表面，是一种“无机/无机包覆”或“无机纳米/微米粉体包覆”的粉体表面改性方。
非金属材料表面改性技术研究进展
非金属材料表面改性技术研究进展非金属材料表面改性技术是近年来非常热门的研究领域之一。
通过改性技术可以改善非金属材料的表面性质和性能，提高其抗氧化、耐磨、耐腐蚀等能力，使其具备更好的工程应用性。
目前，常用的非金属材料表面改性技术主要包括化学改性、物理改性、生物改性等。
本文将对非金属材料表面改性技术的研究进展进行详细介绍。
化学改性技术是当前非金属材料表面改性的重要手段之一。
该技术通过物理或化学手段在非金属材料表面引入化学物质，改变其表面组成和结构，从而改善材料的性能。
常用的化学改性技术有溶液共沉积、电化学沉积和溶胶凝胶法等。
溶液共沉积是将改性剂与金属离子共同沉积在非金属材料表面，通过界面反应改变材料的表面形貌和性能。
电化学沉积则利用电化学反应原理，在外加电流作用下，在非金属材料表面沉积金属层或合金层，以提高材料的耐腐蚀性、导电性等性能。
溶胶凝胶法是通过溶胶凝胶反应制备具有特殊结构和性能的材料，从而改善非金属材料的表面态势和热稳定性等性能。
物理改性技术是另一种常用的非金属材料表面改性手段。
该技术利用物理能量（如激光、等离子体、电子束等）在非金属材料表面进行处理，从而改变材料的表面形貌和性能。
激光处理是将激光束聚焦到非金属材料表面进行加热或照射，使其表面熔化、挥发或结构改变，从而提高材料的致密性、硬度和耐磨性等性能。
等离子体处理是利用等离子体的高能粒子轰击材料表面，形成氮化物、碳化物等复合层，从而提高材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性等性能。
电子束处理是利用高速电子束轰击非金属材料表面，形成薄膜、纳米颗粒等结构，以改善材料的表面性能。
生物改性技术是近年来非金属材料表面改性的新兴领域。
该技术通过利用生物体的特殊性质和作用机理，对非金属材料表面进行处理，从而改善其表面性能。
常用的生物改性技术有生物相互作用、生物仿生和生物涂层等。
生物相互作用是利用生物体细胞与非金属材料表面之间的相互作用，改变材料的表面形貌和性能。
粉体表面改性处理介绍
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
粉体表面改性处理介绍
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
粉体表面改性处理介绍
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
粉体表面改性处理介绍
❖ 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
粉体表面改性处理介绍
（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
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
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。
石英粉体表面疏水化改性及其研究进展
石英粉体表面疏水化改性及其研究进展马宏相;陈荣芳;吕剑明【摘要】表面改性是非金属矿深加工的一种重要技术之一，能显著提高非金属矿的应用性能和实用价值。
本文通过表面改性原理、改性方法及工艺、改性剂及其应用，综述了近年来石英粉体改性技术的研究进展，并探讨了石英粉体表面改性技术的发展趋势。
%Surface modification was one of the most important methods in nonmetal deep processing , which can improve the application performances and practical values of nonmetal mineral.The resent research progress of quartz powder modification including principles , methods, technologies, modifier and its application were summarized.The surface modification tendency of quartz powder was also discussed.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】2页(P38-39)【关键词】石英粉体;表面改性;改性剂;趋势【作者】马宏相;陈荣芳;吕剑明【作者单位】贵州大学化学与化工学院，贵州贵阳 550003;贵州大学化学与化工学院，贵州贵阳 550003;贵州大学化学与化工学院，贵州贵阳 550003【正文语种】中文【中图分类】TD985石英的主要成分是SiO2，是地球上储量丰富的矿产资源之一。
由于具有稳定的物理和化学性能、无毒、无味、无污染、强耐酸性、耐高温、高耐湿、良好的透光性、抗辐射、低膨胀、低应力等性能，除应用于陶瓷、玻纤、保温材料、耐火材料等，在塑料、橡胶、油漆涂料、电绝缘封装材料等领域作为填料广泛使用，以提高复合材料性能，降低成本。
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。
粉体表面改性--各论
无机填料的应用
塑 料 管 塑钢窗 人造大理石 异型材
PVC
天 花 板
电缆 人 造 革
造纸
无机填料
橡 胶
牙 膏 涂料、油漆 胶鞋 PVC扣板 塑料母粒
无机填料的表面改性
• 无机填料主要技术指标： • 化学组成、粒度大小和粒度分布、比表面积、 颗粒形状、密度与堆砌密度、吸油值、白度、 硬度以及表面性质、热性能、光性能、电性 能、磁性能等。 • 无机填料表面改性的目的： • （1）增强无机填料与基料或树脂的作用或赋 予材料某种功能，提高填充材料的综合性能； • （2）提高无机填料在基料中的分散性和填充 复合工艺性能
硅藻土负载纳米TiO2复合光催化材料中试产品
干燥前滤饼
煅烧后的最终产品
产品 出炉
硅藻土负载纳米TiO2复合光催化材料中试产品 • 物相分析
纳米TiO2/硅藻土复合材料
硅藻精土
主要成分为非晶质二氧化硅和锐钛矿、微量石英
硅藻土负载纳米TiO2复合光催化材料中试产品 • 形貌（TEM）
负载在硅藻土表面的TiO2晶粒为近似球形， 大小分布均匀，其晶粒大小为10～20nm。
吸附与催化材料的表面改性
• 吸附与催化材料表面处理方法： • （1）浸渍 • 将一种或几种活性组份浸渍在载体上。其基本方法 就是将载体放进含活性组份的溶液中浸泡，称为浸 渍，当浸渍平衡后取出载体，再进行干燥、焙烧分 解和活化，是一种广泛采用的催化剂载体表面改性 方法。 • 浸渍工艺可分为湿法和干法两大类。湿法也称浸没 法，它是将已经过预处理的载体放在含有活性组分 溶液中浸渍。 • 干法浸渍又称喷洒法或喷淋拌合法，它是将载体放 入转鼓或捏合机中，然后将浸渍液不断喷洒到翻腾 的载体上。
硅藻土负载纳米TiO2复合光催化材料中试产品
非金属矿物粉体表面改性技术
Ｐ ｏｅ ｔ＆ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｒｊｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ
非 金属矿 物 粉体 表 面改性 技 术
本 项 技 术 成 果 包 括 干 法 连 续 表 面 改 性 技 术 、 ＳＬＧ 型 该项 技术成果 已于 ２ ０ ０ ７年 ３月 ｌ ３通 过 了 中 国 建 １ ７
连 续 粉 体 表 面 改 性 机 ， 湿 法 表 面 改 性 技 术 ； 煅 烧 高 岭 土 筑 材 料 工 业 协 会 组 织 的 技 术 成 果 鉴 定 （ 材 鉴 字 ［ ０ ７ 建 ２０ 】
改 性 温 度 可 以 根 据 需 要 方 便 调 节 ， 可 达 到 １３０ ～ 铝和超 细 氢氧化 镁、超 细二 氧化硅 （ 白炭黑） 、超 细绢 云母 粉 、 ｌ ４０℃ ； ④ 可 以 在 一 机 上 实 现 二 种 以 上 改 性 剂 的 复 合 改 超 细 硅 藻 土 、 氧 化 铁 红 等 的 湿 法 表 面 改 性 研 究 开 发 ， 部 分 已
性和二 种以上粉体 的复合改 性。 该项技术及 Ｓ ＬＧ连 续 粉 体 表 面 改 性 机 已 有 ｌ ０多 台 ０
在工 业上 得到 了应 用 。 湿法 表面 改性 工艺 适用 于湿 法制 备无 机超 细粉 体工 艺 ，
（ ）应 用 于 超 细 轻 质 碳 酸 钙 、超 细 重 质 碳 酸 钙 、超 细 高 特 别是 １ ｉ 以下无 机超 细和纳 米粉体 ，如超 细和 纳米碳酸 套 Ｔ Ｉ 自度 煅 烧 高 岭 土 、滑 石 粉 等 非 金 属 矿 物 超 细 粉 体 的 表 面 钙 、超 细重质 碳酸 钙、超 细氢 氧化铝 和氢 氧化镁 、超 细二氧
０ ，并 获 ２ ０ ０ ７年 建 筑 材 料 科 学 技 术 进 步 奖 二 等 表 面 改 性 技 术 ， 陶 瓷 颜 料 表 面 改 性 技 术 ，纳 米 粉 体 的 表 第 ０ ３号 ） 面 改 性 技 术 、 硅 灰 石 矿 纤 的表 面 改 性 等 。
非金属矿粉的表面改性研究及应用
下干燥填料矿粉，至其含水率低于Ｏ ％ ． ，投人高速 ５
搅 拌 机 中， 不 同质 量 的钛酸 酯 偶联 剂 以ｌ５ 将 ：比例 用
钛酸酯偶联剂是一类具有两性结构的物质， 其
分子 中 一端 易 于水 解 的烷氧 基（ ０） Ｒ 与无机 物 表面 的 自由质子 发生 化学 反应 ，形成 牢 固的 Ｔ 一 ０键 ， ｉ 在 填 料表面 直接 生成 偶联 化层；另 一端 基团则 具有 亲有机 物质 的性 质，可与有 机物 质分 子反 应或 物理 缠绕 。从而把 两种 性 质不相 同的材料 牢 固 的结 合起
２２实验 方法 ．
性，提高材料 的机械强度和综合性能。 本文以碳酸钙的表面改性为例， 讨论用钛酸酯
偶联剂 和硬脂 酸对 非金属 矿粉 的表面 改性 方法 和效 果评价 。 ｌ改性 剂及 实现机 理
１１ 酸 酯 偶 联 剂 ．钛
用钛酸 酯 偶联剂 改性 ：在 烘 箱 中于 １５ ｌＯ ０一 ￣ ＩＣ
油性基团，可防止碳酸钙粒子分散性能。 改性剂 的用量受 矿物 的表面特 性和矿 物粉 体 的
比表面 积等 因素决定 。 ２ 实验 部分
２１ ． 试验 试 样 与设备
重质碳酸钙粉（ 平均粒径 １ ｍ ，钛酸酯偶联 ０ｕ ）
￣（Ｔ ）硬 脂 酸， Ｊ Ｓ， Ｔ 液体 石蜡 （ 白油）聚 氯乙稀 （ＶＣ ， ， Ｐ ） 双 辊 混炼机 ， 高速 搅拌机 。
中图分类号：Ｔ ３０ Ｑ ２． ４
文献标识码 ：Ｂ
文章编号：１０ — ７（０６ ５０ １— ０４１ ２２０ ） — ４０ ６ ０ ０ ３
Ｓｕ ｙａ ｄＡｐ ｌ ａｉｎｏ ｒａｅＭｏ ｉ ｃｔ ｎｏ ｎＭ ｅａｌ ｎ ｒｌ｜ ｈ ｎ ｉ ａ ｔ ｌ／ ｎｉｎ ｎｖｒｉ ｔｄ ｐｉ ｔ ｆ ｕ ｆｃ ｄｆ ａｉ ｆ ｎ ｃ ｏ Ｓ ｉ ｏ Ｎｏ － ｔｌｃ ｉ Ｍｉｅａ Ｚ ａ ｇＧｕ－ ｎｅ ／Ｘｉｊ ｇＵ ｉｅｓ ｙ ｌ ａ ａ ｔ
非金属矿粉体改性及其效果评价
非金属矿粉体改性及其效果评价新材料的设计和功能不断的优化，在原材料以及填料的粉体表面性质得到进一步优化时，其原有的功能被升级，粉体表面改性发展。
通过改变粉体表面的物化性质，晶体结构和表面湿润性等特性相结合，充分反应新材料的新功能。
非金属矿填料在塑料、橡胶等高分子材料工业复合材料中获得了广泛的应用，但由于非金属矿填料在材料与有机高聚物间的界面性质不同,相容性差 ,因而难以在高聚物中均匀分散,直接或过多地填充往往导致材料的某些力学性能下降以及易脆化等缺点。
所以，对矿物表面改性，改变其原有的特性，并提高其分散效果，有助于提高材料本身的综合性能和力学性能。
因此在不断改变矿物质表面性能的基础上，进一步扩大矿物质表面的电荷性质，有助于提高其在涂料以及油漆中的分散性特点，并对涂料的色彩以及遮盖力和耐热性等具有很好的改善效果，提高了涂料与基体的结合效果。
林外，对一些粉体原料进行表面处理，必须要结合其表面的光泽度和装饰效果等加以处理，赋予制品以更多的珠光效果。
针对会对健康造成危害的矿物质表面的处理，可以采取封闭性的处理措施，对其表面进行改性处理，并还原其原有的特性。
尤其是随着信息技术的高速发展，对于塑料制品的需求日益提高，使得改性非金属矿填料的用料持续增长，对非金属矿粉体改性提出了新的要求。
一、粉体改性物理方法粉体改性的原理，针对涉及矿物粉表面的性质以及表面质点的性质以及化学键的分布。
粉体与表面改性剂相互结合，以达到吸附、键合等作用，提高其热力学性质，并利用上述原理设计出矿物粉体表面改性的方法。
通过非金属矿粉体表面改性物理方法的研究，在不改变矿物本身特点的情况下，进一步优化非金属矿粉体的性能，突出粉体表面改性后的应用效果。
与此同时，通过不同的改性物理研究方法，综合对比非金属矿粉体改性研究方法的优势以及不足，从而选择合理的方法利用非金属矿粉体表面改性研究提升其性能。
（一）包覆改性利用粘附力的作用，将改性剂覆盖于非金属矿粉体改性表面，并利用吸附、附着等相对简单的方法进行包膜处理。
非金属填料在塑料中应用面临的问题(二)——如何进行表面改性
非金属填料在塑料中应用面临的问题（二）——如何进行表面改性1、全部粉体填料都必需要表面改性处理么？对粉体填料进行表面处理,使之从表面亲水性变化为疏水（亲油）性,也称之为表面活化或有机化,应当不存在分歧的。
但也要看到在很多情况下,粉体填料不进行表面处理照样可以在塑料中使用,而粉体经过表面处理的填充塑料的性能并没有显著的提高。
例如在软质聚氯乙烯塑料制品中可以直接使用不经表面处理的粉体填料,如人造革、铺地材料、鞋底等,一方面这些软质聚氯乙烯塑料中存在着增塑剂,如邻苯二甲酸二辛醋（俗DOP）、氯化石蜡等,它们在塑料加工过程中可以浸润粉体填料,实现对填料颗粒的包覆,填料进不进行表面处理并不影响加工性。
另一方面某些塑料制品的使用性能对材料本身的强度、冲击性能等指标要求不高,从降低原材料成本考虑使用不经处理的粉体填料更为合算。
因此对粉体填料要不要进行表面处理必需实在问题实在对待。
填料经过表面处理,由亲水性转为亲油性,或者通过化学反应或者通过分子链相互缠绕使填料与基体树脂之间的粘结强度大大提高,其界面由于存在过渡区显得模糊,这已是被浩繁讨论和电镜照片证明。
但并非在任何情况下两相界面粘结强度都是越坚固结实越好。
例如在热固塑料中使用玻璃纤维可以达到显著加强的目的,我们通常使用硅烷偶联剂处理玻璃纤维,一方面是由于硅烷偶联剂溶于水,可以很便利地在水中完成玻璃纤维表面的有机化,另一方面硅烷偶联剂分子以硅原子为中心的四个链中有三个链可以和玻璃纤维表面进行化学反应,生成强度极高的氧键,第四个链通常在链端也带有反应活性基团,可以参加环氧树脂或不饱和树脂的固化反应,从而把高分子基体材料和玻璃纤维通过化学键坚固地联系在一起,形成粘接强度极高的两相界面。
这种界面一旦形成,大分子与玻璃纤维之间的相对位置就已固定,很难再发生相对位移,这对热固性塑料没有什么关系。
由于一旦反应完成后,热固性塑料本身就呈立体网状分子结构,不能熔融也不能溶解于某种溶剂中。
非金属矿物粉体表面改性技术发展
非金属矿物粉体表面改性技术发展关于非金属矿物分体表面改性的方法很多，主要分为表面化学改性法、沉淀改性法、机械化学改性法等。
在表面改性法中，最常见的方法是表面化学包覆改性法，这是一种通过利用表面改性剂分子中的吸附功能，来发生化学反应。
对表面进行改性的方法，其中又分为干法工艺和湿法工艺两种。
沉淀反应法是通过物质的沉淀反应，将物质表面的沉淀并包覆进表面，达到改性，这种方法属于无机包覆。
而机械力化学改性法是需要通过利用机械力的作用来激活物质颗粒表面的活性，增强其的反应活性，从而达到增强有机基质或有机表面改性剂的使用的目的。
非金属矿物粉体的表面改性主要是需要依靠相关处理剂发生反应来实现改性，表面改性剂在粉体表面改性处理的过程中是必不可少的。
随着当前科技飞速发展，非金属矿物粉体的相关技术也有了明显的进展，一些物质专有的改性技术也在不断地完善。
2、非金属矿物粉体工业的现状2.1关于我国非金属矿物粉体加工技术随着社会的进步，人们生活水平的提高，我国在20世纪70年代末左右开始重视起非金属矿物粉体的相关功能性。
到20世纪90年代，经过了二十多年的发展与沉淀，我国的非金属矿加工业已发展成了一定的规模。
不仅能够满足国内市场的需要，甚至可以大量出口国外，在国际市场中也能占得一定的位置。
非金属矿物的加工的特点是矿物种类多，应用范围广，技术要求较复杂等。
在国内各种非金属矿加工的工艺水平也参差不齐。
不同种类的非金属矿物质需要的处理手法也不同，有些可以直接进行粉碎后加工成为商品，有些必须还要有提纯的过程，再对此进行深度的加工后才能得到比较完整的成品。
2.2非金属矿物粉体加工技术的现状非金属矿物粉体表面改性是随现代高新技术产业而发展的新型技术，在现有的表面改性剂基础上，通过与先进的科学技术相结合运用，可以有效降低成本，能够根据对材料的需求，采用先进的智能技术进行设计运算，有效减少在工艺方面的工作量，方面进行操作，能够进一步突出表面改性技术的科学性，保证产品的质量，有效提高工作效率和工作质量。
粉体表面改性
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。
矿物粉体改性效果预评价
图 4 矿物粉体热重分析曲线
A2硅灰石粉 ;B2改性硅灰石粉 ;C2滑石粉 ;D2改性滑石粉 ; E2云母粉 ; F2改性云母粉
3 结论 为了评价矿物粉体作为塑料填料是否可行 ,对
硅灰石 、滑石和云母进行改性研究 ,各矿粉改性的结 果为 :改性粉体颗粒形状有所改变 ,硅灰石的长径比 减小 ,云母的径厚比也减小 ,粉体的粒度变粗 ,比表 面积显著降低 ,存在很多酯基团 ,这说明改性效果明 显 ,矿物粉体作为塑料的功能性填料可行 。
534cm - 1为弱的锐吸收带 ,与垂直的 v Si2O2Mg振动有 关 ,428cm - 1弱吸收带主要是δSi2O振动 ;改性滑石粉 的红外光谱曲线 ,有 = C2O 、C = O 、C2H 等酯基团的 伸缩振动带 。
图 2 滑石粉及其改性粉的红外光谱图 白云母也为 2∶1 型层状硅酸盐矿物 ,位于八面 体中的阳离子 Al3 + 、Mg2 + 等与上下的硅氧四面体 层中的两个 O2 - 及位于六边形中心的一个 O H - 相 配位 ,形成 Al2O4 (O H) 2 层或 Mg2O4 (O H) 2 层 。试 验用绢云母粉的红外光谱包括 O H 振动 、Si2O 振动 及 M2O 振动 ( 图 3) 。3626cm - 1 吸收带 , 属 Al2O H 振动 ,ρOH 带 在 914cm - 1 , 属 Al2O H 摆 动 ; 1055 ～ 984cm - 1 属 Si2O 伸 缩 振 动 , 为 和 v Si (Al2v)2O (Al) v Si2O2Si (Al) 振动 ;752cm - 1 吸收与四次配位 Al2v有关 , 属面 内 Si2O2Al2v 振 动 , 512cm - 1 属 于 垂 直 层 的 v Si2O2Al2v振动 ,435cm - 1 可能与 O H 摆动有关 。从改 性云 母 粉 的 红 外 光 谱 曲 线 , 可 以 发 现 = C2O (1203cm - 1) 、C = O (1738cm - 1) 、C2H 等酯基团的伸 缩振动带 。
非金属矿物粉体表面改性技术进展
非金 属矿物 粉体的表面改 陛，主要是依靠表 面改 性剂（ 或处理 剂、包覆剂 ） 在粉 体颗粒表 面的吸 附、反
物 、不饱 和有机酸 、有机硅 、水溶性高分 子以及 金属 氧化物及 其盐等 ，常见 国产 品种及其应用列于下表 。
表 面 改 性 剂 及 其 应 用
名 称 品 种 应 用
碳 酸钙 碳 酸 镁 、高 岭 土 、滑 石 、 硅 灰石 氧化铁 、重晶石 、氢 氧化 铝 氢 氧化 镁 、粉煤 灰 、石膏 粉 、 云母 叶 蜡 石 等
、 、 、 、
铝钛 复合 阴离子 阳离子 非 离 子
Ｆ ｌ Ｔ ２ Ｔ 、Ｆ 一 硬脂 酸（ 、磺 酸盐及其 酯、高级磷酸 酯盐 盐） 高级胺 盐（ 伯胺 、仲胺 、叔胺及 季铵盐 ） 聚 乙 二 醇 型 、 多 元 醇 型 聚丙烯酸（ 盐）
云 母 、 高 岭 土 、滑 石 、 钛 白 粉 、 氧 化铝 氧化镁 、颜料等
、
钛盐
、
铬 盐、铁盐 、硅酸 盐 、铝盐 、镁 盐、锆盐 、锌 盐、镉盐等
２ ０ 年 以来 ，随着 与非金 属矿物粉体相关高技术 ００ 和新材料 的发展及无 机粉体应用技术 的显著进展 ，表 面改性非金属矿物粉体 用量 不断增加 ；针对超细重 质
、
滑 石 、硅灰 石 、氧化 铁 、高 岭土 、 高 岭土 海 泡 石 、云 母 、 叶 蜡 石 等
、
表 面活性 剂
轻质碳酸钙 、重质碳酸钙、硅 灰石 、 膨润土 、高岭土、氢氧化镁、滑石 、 叶蜡 石等 碳 酸钙 、磷 酸钙 、硅 灰石 、滑 石 、 铁红 颜 料 等
、
水溶性 高分子 有机硅 有机低聚物 不饱和有机酸
…
石 、重晶石 、氢氧化铝 、氢氧化镁、 叶蜡石 等 石英 二 氧化 硅 、玻璃 纤维 、高 岭 土 滑 石 、硅 灰石 、氢 氧化 铝 、氢 氧化镁
非金属矿物粉体表面改性技术进1
非金属矿物粉体表面改性技术现状及发展趋势(上海汇精亚纳米新材料有限公司)（凤阳汇精纳米新材料科技有限公司)刘涛非金属矿物表面改性技术是伴随现代新型复合材料的兴起而发展起来的。
虽然它的发展历史较短，但对于现代有机／无机复合材料、无机／无机复合材料、涂料或涂层材料、吸附与催化材料、环境材料以及超细粉体和纳米粉体的制备和应用具有重要意义。
表面改性是非金属矿物材料必须的加工技术之一，对提高其应用性能和应用价值至关重要，是优化非金属矿物材料性能的关键技术之一。
中国非金属矿物表面改性技术的研究和应用始于20世纪80年代，比发达的工业化国家晚了约20年。
90年代以后，由于相关产业，特别是塑料、橡胶、涂料等的快速发展，中国非金属矿物表面改性技术的研发和应用速度加快，但改性装备还是以塑料行业的高速加热混合机为主，90年代末期开始了专用表面改性设备的研发。
2000年以来，以表面改性配方、表面改性工艺、表面改性设备为代表的非金属矿物表面改性技术取得了显著进展，与工业发达国家的差距也得到缩小。
本文在综述非金属矿物表面改性技术现状的基础上，简要总结了近年来非金属矿物表面改性技术、装及产品的进展，并对其发展趋势进行了展望。
一:非金属矿物粉体表面改性技术现状1表面改性方法表面改性的方法很多，能够改变非金属矿物粉体表面或界面的物理化学性质的方法，如表面物理涂覆、化学包覆、无机沉淀包覆或薄膜、机械力化学、化学插层等可称为表面改性方法。
目前工业上非金属矿物粉体表面改性常用的方法主要有表面化学包覆改性法、沉淀反应改性法和机械化学改性法及复合法。
(1)表面化学包覆改性法：是目前最常用的非金属矿物粉体表面改性方法，这是一种利用有机表面改性剂分子中的官能团在颗粒表面吸附或化学反应对颗粒表面进行改性的方法。
所用表面改性剂主要有偶联剂(硅烷、钛酸酯、铝酸酯、锆铝酸酯、有机络合物、磷酸酯等)、表面活性剂(高级脂肪酸及其盐、高级胺盐、非离子型表面活性剂、有机硅油或硅树脂等)、有机低聚物及不饱和有机酸等。
某些非金属矿物的表面改性及应用
某些非金属矿物的表面改性及应用
汪镜亮
【期刊名称】《矿产综合利用》
【年(卷),期】1990(000)004
【摘要】非金属矿物的表面改性在其应用领域中是一个重大的技术进步。
经表面改性的非金属矿在许多部门均有了广泛应用,获得的效果比使用未表面改性的非金属矿大得多,已经引起非金属矿物界和塑料、橡胶、涂料等使用非金属矿物填料部门的极大兴趣和重视。
据统计。
【总页数】6页(P26-31)
【作者】汪镜亮
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TQ047.1
【相关文献】
1.非金属矿物粉体表面改性技术 [J],
2.非金属矿物的表面改性技术及其在橡胶工业中的应用 [J], 郑玉琴
3.矿物表面改性研究的现状与前景展望(IV)——非金属矿物的改性实践 [J], 丁浩;卢寿慈;张克仁
4.“非金属矿物功能填料表面改性技术与装备”通过鉴定 [J],
5.非金属矿物功能填料表面改性技术与装备成果鉴定会在京召开 [J],
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
非金属矿物粉体表面改性技术探讨
发表时间：2018-07-26T10:08:10.707Z 来源：《基层建设》2018年第15期作者：张仕奇张君杰张扬[导读] 摘要：表面改性是进行非金属矿物材料性能优化的关键技术，本文对非金属矿物分体表面改性的方法和表面改性工艺进行了分析。
内蒙古科技大学内蒙古自治区包头市昆都仑区 014010
摘要：表面改性是进行非金属矿物材料性能优化的关键技术，本文对非金属矿物分体表面改性的方法和表面改性工艺进行了分析。
关键词：非金属矿物；表面改性；技术
随着新型复合材料的兴起，非金属矿物表面改性技术也得到了快速的发展，表面改性是非金属矿物材料必须的加工技术，通过表面改性能够使材料的性能和应用价值得到极大的提升。
1 表面改性方法
表面改性的方法很多，能够改变非金属矿物粉体表面或界面的物理化学性质的方法，如表面物理涂覆、化学包覆、无机沉淀包覆或薄膜、机械力化学、化学插层等可称为表面改性方法。
目前工业上非金属矿物粉体表面改性常用的方法主要有表面化学包覆改性法、沉淀反应改性法和机械化学改性法及复合法。
（1）表面化学包覆改性法：是目前最常用的非金属矿物粉体表面改性方法，这是一种利用有机表面改性剂分子中的官能团在颗粒表面吸附或化学反应对颗粒表面进行改性的方法。
所用表面改性剂主要有偶联剂（硅烷、钛酸酯、铝酸酯、锆铝酸酯、有机络合物、磷酸酯等）、表面活性剂（高级脂肪酸及其盐、高级胺盐、非离子型表面活性剂、有机硅油或硅树脂等）、有机低聚物及不饱和有机酸等。
改性工艺可分为干法和湿法两种。
（2）沉淀反应法：是利用化学沉淀反应将表面改性物沉淀包覆在被改性颗粒表面，是一种“无机/无机包覆”或“无机纳米/微米粉体包覆”的粉体表面改性方法。
粉体表面包覆纳米Ti02、ZnO、CaC03等无机物的改性，就是通过沉淀反应实现的，如云母粉表面包覆TiO2制备珠光云母颜料、钛白粉表面包覆Si02和A1203。
（3）机械力化学改性法：是利用超细粉碎过程及其他强烈机械力作用有目的地激活颗粒表面，使其结构复杂或无定形化，增强它与有机物或其他无机物的反应活性。
机械化学作用可以增强颗粒表面的活性点和活性基团，增强其与有机基质或有机表面改性剂的使用。
以机械力化学原理为基础发展起来的机械融合技术，是一种对无机颗粒进行复合处理或表面改性，如表面复合、包覆、分散的方法。
（4）化学插层改性法：是指利用层状结构的粉体颗粒晶体层之间结合力较弱（如分子键或范德华键）或存在可交换阳离子等特性，通过化学反应或离子交换反应改变粉体的性质的改性方法。
因此，用于插层改性的粉体一般来说具有层状或似层状晶体结构，如蒙脱土、高岭土等层状结构的硅酸盐矿物或粘土矿物以及石墨等。
用于插层改性的改性剂大多为有机物，也有无机物。
（5）复合改性法：是指综合采用多种方法（物理、化学和机械等）改变颗粒的表面性质以满足应用的需要的改性方法。
目前应用得复合改性方法主要有物理涂覆/化学包覆、机械力化学/化学包覆、无机沉淀反应/化学包覆等。
2 表面改性工艺
表面改性工艺依表面改性的方法、设备和粉体制备方法而异。
目前工业上应用的表面改性工艺丰要有干法工艺、湿法工艺、复合工艺三大类。
干法工艺根据作业方式的不同又可以分为间歇式和连续式；湿法工艺又可分有机改性工艺和无机改性工艺；复合工艺又可分为物理涂覆／化学包覆、机械力化学／化学包覆、无机沉淀反应／化学包覆工艺等。
（1）干法工艺：是一种应用最为广泛的非金属矿物粉体表面改性工艺。
目前对于非金属矿物填料和颜料，如重质碳酸钙和轻质碳酸钙、高岭土与煅烧高岭土、滑石、硅灰石、硅微粉、玻璃微珠、氢氧化铝和轻氧化镁、陶土、陶瓷颜料等，大多采用干法表面改性工艺。
原因是干法工艺简单，作业灵活、投资较省以及改性剂适用性好等特点。
其中，间歇式干法工艺的特点是可以在较大范围内灵活调节表面改性的时间（即停留时间），但颗粒表面改性剂难以包覆均匀，单位产品药剂耗量较多，生产效率较低，劳动强度大，有粉尘污染，难以适应大规模工业化生产，一般应用于小规模生产。
连续式改性工艺的特点是粉体与表面改性剂的分散较好，颗粒表面包覆较均匀，单位产品改性剂耗量较少，劳动强度小，生产效率高，适用于大规模工业化生产。
连续式干法表面改性工艺常常置于干法粉体制备工艺之后，大批量连续生产各种非金属矿物活性粉体，特别是用于塑料、橡胶、胶粘剂等高聚物基复合材料的无机填料和颜料。
（2）湿法表面有机改性工艺：与干法工艺相比具有表面改性剂分散好、表面包覆均匀等特点，但需要后续脱水（过滤和干燥）作业。
一般用于可水溶或可水解的有机表面改性剂以及前段为湿法制粉（包括湿法机械超细粉碎和化学制粉）工艺而后段又需要干燥的场合，如轻质碳酸钙（特别是纳米碳酸钙）、湿法细磨重质碳酸钙、超细氢氧化铝与氢氧化镁、超细二氧化硅等的表面改性，这是因为化学反应后生成的浆料即使不进行湿法表面改性也要进行过滤和干燥，在过滤和干燥之前进行表面改性，还可使物料干燥后不形成硬团聚，改善其分散性。
无机沉淀包覆改性也是一种湿法改性工艺。
它包括制浆、水解、沉淀反应和后续洗涤，脱水、煅烧或焙烧等工序或过程。
（3）机械力化学／化学包覆复合改性工艺：是在机械力作用或细磨、超细磨过程中添加表面改性剂，在粉体粒度减小的同时对颗粒进行表面化学包覆改性的工艺。
这种复合表面改性工艺的特点是可以简化工艺，某些表面改性剂还具有一定程度的助磨作用，可在一定程度上提高粉碎效率。
不足之处是温度不好控制；此外，由于改性过程中颗粒不断被粉碎，产生新的表面，颗粒包覆难以均匀，要设计好表面改性剂的添加方式才能确保均匀包覆和较高的包覆率；此外，如果粉碎设备的散热不好，强烈机械力作用过程中局部的过高温升可能使部分表面改性剂分解或分子结构被破坏。
（4）无机沉淀反应／化学包覆复合改性工艺：是在沉淀反应改性之后再进行表面化学包覆改性，实质上是一种无机／有机复合改性工艺。
这种复合改性工艺已广泛用于复合钛白粉表面改性，即在沉淀包覆SiO2或A1203薄膜的基础上，再用钛酸酯、硅烷及其他有机表面改性剂对Ti02／Si02或A1203复合颗粒进行表面有机包覆改性。
（5）物理涂覆／化学包覆复合改性工艺：是一种物理涂覆的方式，在进行金属镀膜或者覆膜之后，在通过有机化学进行改性的工艺。
参考文献：
[1] 刘伯元.中国粉体表面改性（塑料填充改性）的最新进展[C]// 中国建筑材料及非金属矿物加工与检测技术交流大会.建筑材料工业技术情报研究所，2009.
[2] 郑水林.粉体表面改性工艺设备及其选择[C]// 中国白色工业矿物技术与市场交流大会.2009.。