粉体表面处理技术

着色力
改性技术的内容与发展趋势
• 粉体表面该性的原理和方法 • 表面改性剂 • 表面改性工艺与设备 • 改性过程的控制与产品检测技术 • 表面性能设计 • 改性产品年增长15% • 新型表面改性剂及改性设备 • 超细化、活性化及晶体结构复杂化统一
粉体的表面及界面性质
• 比表面积 平均粒径） • 表面能 • 表面官能团 • 表面润湿性（接触角） • 表面电性能 比表面积=形状因子/（密度X 表面能=表面张力X比表面积 种类、数量与比例
粉体表面改性剂
• 偶联剂 硅烷类；钛酸脂、铝酸脂、锆 酸脂类 • 表面活性剂（离子型、非离子型） • 有机聚合物、有机硅 • 不饱和有机酸、丙烯酸树脂 • 氢氧化物及其盐 • 超分散剂
颜料的表面处理
------超分散剂技术
超细粉末的分散性
粉末分散性的具体表现 粉末分散的难易程 度 ……决定加工能耗与时耗 分散粉 体的稳定性 ……决定储存稳定性及最终实用性 能 抗絮凝，抗沉降，抗浮色等 流动性，流平性，遮 盖力 光泽，亮度，着色强度
粉末表面结构表征与性能测试 表面处理剂的选择及其吸附机理 表面处理剂与介质及其它表面活性 物质之间的竞争吸附,吸附层 结构 表面处理剂与分散介质的相互作用 表面处理工艺与设备
关键：表面处
理剂(润湿分散剂)
CH系列超分散剂
－－结构特征与应用特点
颜料分散的基本过程
• 1）润湿过程 角 • 2）破碎过程 平衡 • 3）稳定过程 分散稳定的基本特征 液固界面取代气固界面；润湿 外力作用；粒子团聚与破碎
碳链长度不超过18个碳原
超分散剂的锚固基团
• 锚固基团取代亲水基 针对颜料表面设计 • (1)强极性表面 单点化学键结合 • (2)弱极性表面 多点氢键结合 • (3)非极性表面 表面增效剂
超分散剂的溶剂化链
• 1）单端官能化 • 2）相容性可调 单体种类及配比 溶 解度参数 容剂 化链极性 相似 相容原则 • 3）容剂化链长度 分子量控制
影响分散稳定性的基本因素
润湿分散剂的作用机理
• 1）降低液 / 固界面张力 • 2）电荷稳定机理 • 3）空间稳定机理 渗透排斥理论 双电层理论 熵排斥理论
2r d VR N S KT ( d )2 4 H H VR RTBCa 2 ( )2 3r 2 3 2 2
影响粉末分散性的基本因素
不可更改因素 粉体材料的化学成分 粉体形貌 粒径与粒径分布 可更改因素（提高分散性的手段) 1)干燥 工艺 2)表面处理剂(改变表面能， 表面酸 碱性 表面张力,表面化学位，表面官能团) 3)润湿分散剂(改 变粉末/介质界面张力，降低界面自由能，提高分散稳定性)
粉体分散领域的研究课题
Ca （%） 18.3 17.8 18.3 18.1
δ （nm） 11.8 12.9 11.2 12.0
δth （nm） 11.4
（mg/m 磁粉表面） （mg/m 磁粉表面）
1:2.0 1:1.3 1:1.0
1.74 1.90 2.14
9.14 12.1 14.6
19.0 10.4 15.7 13.8 14.6 16.6 5.32
润湿分散剂的常见类型
• 1）水性体系 聚磷酸盐 表面活性剂 水溶性聚合 物 • 2）非水分散体系 天然高分 子 合成高分子 偶联 剂
传统润湿分散剂的局限性
• 1）亲水基结合力不强，易脱附 表面性质设计 • 2）亲油基为正构烷烃，相容性欠佳 介质 • 3）亲油基太短，位阻不够 子 起亲水作用，不为颜料 非极性基团，不适应极性
tgθ=Ma
直线 θ
Ca Ce
2.0
Xap（mg/m
2
磁粉）
起始配比1:1 起始配比1:wenku.baidu.com.3 起始配比1:2
2.0 Xap（mg/m 2磁粉）
1.5
1.5
起始配比 1:1. 1:2 起始配比 3 起始配比 1:1
1.0
1.0
0.5
0.5
Ce（%） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Ce（％） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
粉体表面处理技术
影响粉体性能的基本因素
粉末材料的化学成分 粉末材料的晶体结构 粉末材料的形貌特征 粒径 粒径分布 形状 粉末材料的表面性质 表面能 表面张力 表面化 学位 表面官能团 表面酸碱性
粉体表面改性的目的
• 增加相容性 • 提高分散性 • 赋予新功能 耐侯性 耐热性 • 提高附加值 • 控制释放 • 环境保护
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 )
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 械制作所） • 球磨机、砂磨机 • 液相表面处理 • 喷雾表面处理 （东京理科大学、奈良机
超分散剂在磁粉表面的吸附等温线 (Mn=700) 超分散剂在磁粉表面的吸附参数 (Mn=700)
起始配比
2
超分散剂在磁粉表面的吸附等温线 (Mn=1500) 超分散剂在磁粉表面的吸附参数 (Mn=1500)
起始配比
2
Ｘ
2
Ma
Ca（%） δ（nm） δth（nm）
Ｘ (mg/m 磁粉表面)
2
Ma (mg/m 磁粉表面) 10.4 11.3 9.81 10.5
1:2.0 1:1.3 1:1.0 平均
1.89 2.01 1.80 1.90
超分散剂作用体系的流变性能
2,200 2,000 1,800 1,600 1,400 1,200 1,000 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 用量 ( % ) 3.5 4