粉体表面改性
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。
无机粉体表面改性的目的、原理及方法及改性剂的选择
无机粉体表面改性的目的、原理及方法及改性剂的选择
虽然无机粉体表面改性的目的因应用领域的不同而异，但总的目的是通过粉体改性剂改善或提高粉体材料的应用性能或赋予其新的功能以满足新材料、新技术发展或者新产品开发的需要。
无机粉体改性的目的是什么呢
1.使无机矿物填料由一般增量填料变为功能性填料；
2.提高涂料或油漆中颜料的分散性并改善涂料的光泽、着色力、遮盖力和耐候性、耐热性和保色性等；
3.在无机/无机复合粉料中，提高无机组分，特别是小比例无机组分在大比例无机组分中的分散性，如陶瓷颜料和多相陶瓷材料；
4.通过对层状粉体进行插层改性，制备新型的层间插层矿物材料；
5.对于吸附和催化材料，提高其吸附和催化活性以及选择性、稳定性、机械强度等性能
6.超细和纳米粉体制备中的抗团聚；
粉体表面改性的原理和方法
1.表面或界面性质与其应用性能的关系
2.表面或界面与表面改性剂或者处理剂的作用机理和作用模型
3.各种表面改性方法的基本原理或者理论基础，包括表面改性处理过程中的热力学和动力学，模拟和化学计算等。
微纳米粉体表面改性剖析课件
•微纳米粉体表面改性剖析
•43
（1）非共价修饰纳米粉体
② 带官能团的分子
NH3+
静电作用
CH=CH2 COOH NH2
•微纳米粉体表面改性剖析
•44
（1）非共价修饰纳米粉体
③无机包覆改性
用无机物作改性剂，无机物与纳米粒子表面不发生化学 反应，改性剂与纳米粒子间依靠物理方法或范德华力结合。
利用无机化合物在纳米粒子表面进行沉淀反应，形成表 面包覆。
•微纳米粉体表面改性剖析
•24
10.3.2 纳米颗粒的分散
阻止纳米粒子形成高密度、硬块状沉淀。
手段：减小粒子间的范德华引力或基团间的相 互作用。
使初级粒子不易团聚生成二次粒子！！！！
•微纳米粉体表面改性剖析
•25
10.3.2 纳米颗粒的分散
• 物理法分散纳米粉体 超声波法 机械分散法
• 化学法 非共价方法 共价方法 π-π共轭的方法
如果减小范德华引力或羟基间的作用，就可以减小纳米 粒子间的团聚。
•微纳米粉体表面改性剖析
•19
5）团聚机理方式
① 毛细管吸附理论 毛细管效应一般发生在湿化学法制备纳米粉
体时的脱除溶剂和干燥过程的排水阶段。
•微纳米粉体表面改性剖析
•20
5）团聚机理方式
② 晶桥理论 在纳米粉体干燥过程中，颗粒间由于表面羟基
➢ 热力学角度看，纳米粉体粒子间的作用为范德华力和库仑力， 因而产生纳米粒子的团聚。
•微纳米粉体表面改性剖析
•14
3）团聚机理
根据团聚机理的不同可分为软团聚和硬团聚。 （1）软团聚
由颗粒间的范德华力、表面带电引起的静电引力及毛细管 力等较弱的力引起的颗粒聚集,称为“软团聚”。
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。 ：
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
《粉体材料表面改性》课程教学大纲
《粉体材料表面改性》课程教学大纲课程代码：050542002课程英文名称：SurfaceModificationofpowder（A2）课程总学时：24讲课：24实验：0上机：0适用专业：粉体科学与工程专业大纲编写（修订）时间：2017.3一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标粉体表面改性是粉体科学与工程专业方向课，为选修课。
本门课程讲授粉体表面改性的原理、方法、工艺、设备及表面改性剂的性能及应用、各行业典型粉体及纳米粉体饿表面改性方法、实践及改性产品的检测及表征方法。
通过本课程的学习，不仅让学生掌握粉体表面改性的相关理论，同时培养学生发现、分析与解决问题的能力和精密进行科学研究的技能。
为学生将来从事粉末材料、粉体工程领域的生产、科研打下坚实的理论和实践基础。
通过本课程的学习，学生将达到以下要求：1．掌握粉体材料表面改性工艺的方法和原理；2．使学生掌握目前工业表面改性典型设备；3．使学生了解表面改性剂的种类、性质、使用条件；4．掌握粉体改性前后的物性变化及相关的检测方法；5.进一步结合创新创业培养目标，加强学生创新能力的培养，使学生具备独立进行粉体表面原位修饰工艺设计与设备选型的能力。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求1.基本知识：掌握粉体表面改性一般知识，包括粉体表面改性的原理、方法、工艺、设备及表面改性剂的性能及应用、改性产品的检测及表征方法等。
2.基本理论和方法：掌握粉体表面的物性，粉体表面改性的基本原理、掌握粉体表面改性工艺设计和设备；了解常见工业粉体的表面改性方法及应用。
3.基本技能:掌握粉体改性工艺设计计算、独立进行设备选型的技能等。
了解特种粉体的生产工艺、制备技术及行业发展趋势。
具备制备、加工特种粉体的必要的基础知识和基本技能。
（三）实施说明本课程安排在第七学期学习，共24学时，其中理论讲课24学时。
根据教学的需要，有针对性地对教学内容适当增减，各部分学时数可适当调整2学时。
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。
粉体表面改性设备介绍
粉体表面改性设备介绍1. 背景粉体表面改性是一种广泛应用于化工、材料、冶金、能源等领域的技术，它能够提高粉体的性能，并扩展其应用范围。
粉体表面改性设备作为实现粉体表面改性的关键工具，不仅需要具备高效的工作能力，还需要具备稳定的操作性能和安全性能。
2. 常见的粉体表面改性设备2.1 分散机分散机是常用的粉体表面改性设备之一，它主要用于将粉体分散在液体介质中，并通过机械作用使粉体颗粒得到细化。
常见的分散机包括搅拌机、振动球磨机等。
这些设备具有操作简单、效率高的特点，广泛应用于颜料、涂料、橡胶等领域。
2.2 喷雾干燥设备喷雾干燥设备是将溶液或悬浮液喷雾到高温气流中，使液体迅速蒸发，形成粉末的设备。
喷雾干燥设备具有成本低、生产效率高的特点，常用于食品、药品等领域。
2.3 粉末喷涂设备粉末喷涂设备是将粉末均匀喷涂到基材表面，并通过加热使粉末粘结到基材表面的设备。
粉末喷涂设备广泛应用于涂装、防腐等领域，具有喷涂效果好、易于自动化控制的优点。
2.4 压片机压片机是将干燥的粉末在特定的温度和压力条件下进行压制成固体块的设备。
压片机广泛应用于制药、化工、冶金等领域，具有生产效率高、工艺稳定的特点。
2.5 球磨机球磨机是一种利用金属球对粉体进行高速旋转的设备，通过球与球、球与粉体之间的撞击和摩擦来实现对粉体的细化。
球磨机广泛应用于陶瓷、建材、电子材料等领域，具有能够控制颗粒大小、提高产品的致密性等优点。
3. 粉体表面改性设备的选型和操作要点选择合适的粉体表面改性设备需要考虑多个因素，包括粉体的化学性质、物理性质以及所需表面改性效果等。
在操作过程中，也需要注意以下要点：•设备配置：根据具体的生产需求和工艺要求，选择合适的设备配置，包括设备容量、设备结构等。
•操作参数：粉体表面改性设备的操作参数对于改性效果起着重要作用，包括温度、压力、搅拌速度等，需要根据实际情况进行调整。
•安全防护：在操作粉体表面改性设备时，应注意安全防护措施，避免发生意外事故，例如戴好防护眼镜、手套等。
粉体表面改性设备主要类型及特点
粉体表面改性设备重要类型及特点粉体表面改性设备，重要担负3项职责：一是混合；二是分散；三是表面改性剂在设备中熔化和均匀分散到物料表面，并产生良好的结合。
我国粉体表面改性设备大多数是从化工机械中借用过来的，因而并不能很好地完成改性任务。
而专用粉体表面改性设备的开发始于20世纪90时代后期。
目前表面改性机重要有：（1）PSC系列粉体表面改性机。
PSC系列粉体表面改性机是表面化学改性的专用设备，它具有设计先进、科学、能连续生产、产量高、能耗低、自动化程度高、工人劳动强度低、无粉尘污染、且表面改性剂用量少、包覆率高等特点。
（2）复合式粉体连续改性系统。
复合式粉体连续改性系统是引进日本技术经消化、汲取生产的新型表面改性设备，适用于年产3000～5000t改性粉体的企业。
其重要特点：连续运行；改性均匀，节省了药剂；采纳导热油加热，可避开自摩擦升温慢和电能的挥霍；密封性好，无粉尘污染。
（3）SLG型三筒连续粉体表面改性机。
该改性机是引进瑞典AGMW 公司三筒高速猛烈混合表面改性机（HSTP一3／1000而研制的），定名为SGL型三筒连续粉体表面改性机。
该改性机连续生产、自动加料、操作简单、处理本领大，特别适合用硬脂酸类、各种偶联剂等对碳酸钙、滑石、云母、高岭土、石英、硅灰石等非金属矿物填料进行连续表面改性处理。
江阴市启泰非金属工程有限公司和中国矿业大学（北京）于1997年共同研制开发了一种集粉体表面改性、混合、解聚于一体的非金属深加工设备SLG型粉体表面改性机，经过十几年的不断完善、改进，目前已在国内500多家粉体企业得到成功应用，并出口到俄罗斯、马来西亚等十几个国家和地区。
（4）半自动猛烈混合改性机组。
半自动猛烈混合改性机组的最大特点是利用电子秤全自动计量，使高速混合机的加料实现了远距离自动操作，大大降低了人工劳动强度和人工计量不准的偏差，同时设备间采纳密封的管道联接，防止粉尘污染。
超细粉体高冷搅机组改性机超细粉体新型高冷搅机组改性机已经生产出2L+6L试验室机组。
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。
粉体工程课件5,6,7,8粉体表面改性
粉体表面改性工艺
干法工艺 湿法工艺 复合改性工艺
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粉体表面改性工艺
干法工艺
• 干法改性工艺是粉体在干态下或干燥后在改性 设备中进行强烈机械分散,同时添加配置好的表 面改性剂在一定温度下进行表面改性的工艺
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粉体表面改性方法
复合改性
采用两种以上方法对粉体进行表面处理的工艺方法， 如机械化学与化学包覆的复合、沉淀反应与化学包覆 的复合，高能辐射与表面包覆的复合等等 • 机械化学与表面包覆处理是在粉碎过程中添加表面改 性剂,使颗粒在粒度减小过程中达到表面有机化学包覆 改性 • 沉淀反应与表面包覆处理是在沉淀包膜改性之后再进 行表面化学包覆
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粉体表面改性方法
化学包覆
影响因素：颗粒的表面性质；表面改性剂的种类、用 量及用法 ；工艺设备及操作条件等
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粉体表面改性方法
沉淀反应
这是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“包覆”，以达到改善粉体表面性质， 如催化、色泽、着色力、遮盖力、抗菌性、耐候性、电、 磁、热性能和体相性质等目的的粉体表面无机改性方法， 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。
或功能的关系 • 与粉体表面及复合材料的作用机理和作用模型 • 用量和使用方法 • 新型和专用表面改性剂的制备或合成
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粉体表面改性的内容
(3)表面改性工艺与设备 • 不同种类和不同用途粉体表面改性的工艺流程
和工艺条件 • 不同种类和不同用途粉体的表面改性配方 • 影响表面改性效果的因素 • 高性能和专用改性设备的研制开发
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粉体表面改性的内容
(4)过程控制与产品表征与检测技术 • 过程温度、浓度、酸度、时间及表面改性剂用
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。
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粉末进行表
面改性，推测在CH4
和H2
的共同作用下TiO2
表
面将形成Ti－C－O结构，使其导电性与TiC类
似。Yamada等〔12〕先后用Ar和N2
等离子体改性
处理TiO2
膜，在通入N2
之前首先进行Ar处理以
除去吸附在TiO2
表面的水分子、清洁表面，最后
得到的掺氮TiO2
不同，得到的涂层组成也会不同。文献〔23－24〕中还指
出，经无机表面沉积改性以后，粉体的性能提高了，
在基体中分散性较好。章金兵〔25〕用液相沉积法对
纳米ZnO/TiO2
进行表面改性，改性后的粉体表面存
在致密的Al2O3
膜，产物经充分分散后在有机介质
或水中的稳定时间明显提高，紫外线透过率则由改
性前的大于8．5%降低到小于7%。
粉体表面改性
前言：粉体是无数个细小固体粒子集合体的总称。根据固体粒子的尺寸不同可以将固体粒子分为颗粒、微米颗粒、亚微米颗粒、超微颗粒、纳米颗粒。通常粉体是尺度界于10-9m到10-3m范围的颗粒。随着颗粒尺寸的减小相应的各种性质也随着尺寸的改变而改变。
因此小尺寸颗粒有如下几个特征：
1．比表面积增大促进溶解性和物质活性的提高，易于反应处理。
粉体的团聚现象减少了，分散性提高
了，并且改性后的纳米SiO2
粉体与有机基体聚氨
酯弹性体( PUE)的相容性增强了，PUE材料的力学
性能也有较大的改善，能同时达到增强增韧的效
果。余江涛等〔9〕利用阴离子表面活性剂对钛白粉
进行改性，结果表明粉体的疏水性有所改善，其中
使用十二烷基苯磺酸钠与硬脂酸的复配体系其接
向排列，使其表面性质或界面性质发生显著变化;
( 2)在溶液中的溶解度很低，在通常使用浓度范
围内大部分以胶团(缔合体)状态存在，使其表面
张力显著下降。
在进行无机粉体表面物理改性时，表面活性剂
主要是依靠吸引作用、静电吸附沉积作用或直接包
裹到粉体颗粒表面，从而达到表面改性的目的。
Bijsterbosch等〔6〕对水性溶液中聚氧化乙烯和聚丙
，在降解亚甲基兰染料时显示出
良好的可见光催化活性。郑晓降〔13〕发现经
ArC3H5
低温等离子体处理后的CaCO3
粒子表面
存在非极性有机层作为界面相，从而降低了
CaCO3
的极性，提高了其与PP的相容性，与未经
处理的CaCO3
相比，改善了CaCO3
与PP的界面
粘结性。王怀法等〔14〕认为电子束辐射可以在颗
附到无机粉体粒子表面，在粉体粒子表面形成包
覆层，以降低粉体的表面张力，改变粉体粒子的表
面极性，减少粉体粒子之间的团聚作用，从而达到
均匀稳定分散粉体粒子的目的。
2．1物理涂覆
物理涂覆是一种对无机粉体表面进行简单改
性的工艺方法。它主要是利用表面活性剂、水溶
性或油溶性高分子化合物及脂肪酸等对粉体表面
进行“覆膜”处理而达到表面改性的目的。经过
二、无机填料的表面改性方法
无机填料的表面改性方法按作用效果或实施改性的手段等进行分类，可分为物理法、化学法和机械力化学法三大类。
物理法:
凡是不用表面改性剂而对填料实施表面改性的方法,都可归于物理法,例如高聚物涂敷改性和高能改性方法等。涂敷改性是借助粘附力用高聚物或树脂等对粉体进行包覆改性的方法
高能表面改性是利用等离子体、电晕放电、紫外线等手段对填料进行表面改性的方法。该方法改性效果好,但工艺复杂,成本高,目前在工业生产中还无法应用。
触角可达116°，TiO2
粉体的亲油性明显提高。李
远等〔10〕研究发现使用高分子型超分散剂对纳米碳
酸钙在聚丙烯( PP)中的分散效果显著提高。
2．3高能表面改性
利用紫外线、红外线、电晕放电和等离子体照
射等方法对无机粉体进行表面处理的方法称为高
能表面改性。Sugiyama〔11〕将CH4
与H2
的混合气
3
胶体包覆纳米TiO2
，由
于外层膜阻止了电子空穴对与水和氧气的结合，从
而降低了纳米TiO2
的光化学性能，进而提高了产品
的耐候性。Fabrice等〔22〕用Y( NO3
)
3·6H2O和
La(NO3
)
3·6H2O作为共沉淀剂对Si3N4
进行表面改
性，改性后的Si3N4
悬浮液的电动力学行为同包覆剂
的种类、溶解性有很大关系，同时该粉末的表面性质
常用的偶联剂有硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类、硼酸酯类、磷酸酯类和锆铝酸酯类等,常用的表面活性剂为硬脂酸及其盐类、酯类等。一般说来,偶联剂种类多,适用范围广,改性效果较好,但价格昂贵。
机械力化学改性法：
通过粉碎、磨碎、摩擦等机械方法,使填料晶格结构、晶型等发生变化,体系内能增大,温度升高,促使粒子融解、热分解,产生游离基或离子,增强填料表面活性,促使填料和其它物质发生化学反应或相互附着,达到表面改性的目的,这种表面改性方法即为机械力化学改性。
化学改性：
利用各种表面改性剂或化学反应对填料进行表面改性的方法,通称为化学法。目前用得最多的表面改性剂是表面活性剂和偶联剂。两者的改性机理很相似,都是处理剂分子一端的极性基团与填料表面发生物理吸附或化学反应而连接在一起,而另一端的亲油性基团能与树脂基体进行物理缠绕,从而在无机填料和有机高聚物之间架起一座分子桥，增强了高聚物基体和填料之间的相互作用,改善了制品性能。
一、无机粉体表面改性机理
由于无机矿物材料是极性或强极性的亲水旷物，而有机高聚物基质具有非极性的疏水表面，彼此相容性差，通常无机矿物材料难以在有机基体中均匀分散，因此如果过多地或者直接将无机矿物材料填充到有机基体中，容易导致复合材料的某些力学性能下降甚至出现脆化等问题。无机粉体表面改性是利用粉体表面的活性基团或电性与某些带有两性基团的小分子或高分子化合物(表面改性剂)进行复合改性，使其表面性质由疏水性变为亲水性或由亲水性变为疏水性，从而改善粉体粒子表面的浸润性，增强粉体粒子在介质中的界面相容性，使粒子容易分散在水中或有机化合物中。粉体表面改性是材料制备工程的重要手段，也是新材料、新工艺和新产品开发的重要内容，通过粉体表面改性可以提高粉体材料的附加价值、扩大产品的用途并且开发新的产品。如滑石粉可作为塑料填料，提高塑料制品的电绝缘性、抗酸性耐火性等;云母可作为塑料增强填料，提高塑料制品的弯曲弹性模量和拉伸弹性模量;高岭土具有优良的电绝缘性能和一定的阻燃作用，可作为聚氯乙烯等聚烯烃绝缘电线包皮;石英对热塑性树脂和热固性树脂具有较高的补强作用，并且能提高制品的刚硬度，对提高塑料制品的电绝缘性也能起一定的作用;金红石型二氧化钛作为塑料填料可增大光的反射率，起到光屏蔽剂的作用。赤泥、粉煤灰均为塑料填料，既可消除污染，又可降低成本。目前无机粉体表面改性技术在保证改性效果的前提下力求降低成本，并根据无机粉体的具体情况，如粒度大小、颗粒分布、表面极性、浸润性、电性、酸碱性以及应用目的和要求等来选择适当的表面改性剂和相应的改性工艺。由于无机粉体种类的多样性以及表面改性剂的不断更新，无机粉体改性的方法很多。根据表面改性剂和粉体粒子之间有没有发生化学反应，可以将无机粉体表面改性方法分为表面物理改性和表面化学改性两大类。
2．颗粒状态易于流动，具有与液体相类似的流动性。
3．实现分散、混合、均质化控制材料的组成与构造。
4．易于成分分离，有效地从天然资源或废弃物中分离有用成分。
5.由于比表面积大，因此粉体粒子容易聚集，吸附。
6.具有与气体相类似的压缩性，具有固体的抗变形能力。
因此，利用这些特点，对矿物粉体进行表面改性，然后运用于农业、化工、造纸、塑料、橡胶、涂料等产品中。特别是经过改性的矿物粉体用于有机物填料不仅可以降低材料的成本，而且还可以改善材料的各方面性能。常用的矿物填料有碳酸钙、云母、硅灰石、滑石、高岭土、等因为具有独特的物理化学性质，能改善聚合物的物理性能、力学性能、加工性能和热性能，在聚合物中的应用发展很快。无机填料在聚合物中的作用，概括起来就是增量、增强和赋予新功能，但是由于无机填料与高聚物的相容性差，如果直接添加，会造成分散不均，甚至引起应力集中，降低材料的力学性能，这些弊端不但限制了填料在聚合物中的添加量，而且还严重影响制品性能，所以通过对无机填料进行表面改性，改变了无机填料原有的表面性质，改善无机填料与聚合物的亲合性，相容性，以及加工的流动性，分散性，还可以提高填料与聚合物相界面之间的结合力，使聚合物材料的综合性能得到显著提高，从而使非功能的无机填料转变为功能无机填料。近年来，随着聚合物的迅猛发展无机填料的表面改性也受到了前所未有的关注。
液表现出类似Al2O3
胶体的性质，分散状况得到
了改善。吕庆淮等〔5〕研究发现复合颗粒肥料外
表面用液体石蜡包膜后再涂覆重质碳酸钙粉体可
以提高肥料颗粒的分散性，有效地防止其在运输
过程中结块。
2．2表面活性剂改性
表面活性剂包含疏水基和亲水基，是极少数
能显著改变物质表面或界面性质的物质，具有两
个基本特点: ( 1)在物质表面或两相界面容易定
在聚乙烯上、
二氧化钛和含氟石墨在尼龙－12上的包覆。经
过微小颗粒胶囊化改性不仅可以制备出无机/有
机复合胶粒，改变颗粒的性质，还可以实现胶囊的
缓释作用，拓宽无机粉体的应用范围〔20〕。
3表面化学改性
所谓无机粉体表面化学改性是指通过无机粉
体粒子表面和表面改性剂之间的化学吸附作用或
化学反应，改变粒子的表面结构和状态，从而达到
在我国现阶段的生产实践中,物料的超细粉碎和表面改性是两道独立的工序,而机械力化学改性可使超细粉碎和表面改性合二为一,能大大地简化生产工艺，降低生产成本,被认为是一种最具应用价值的高效改性方法,我国在这方面的研究刚刚起步。
2表面物理改性
所谓表面物理改性是通过分子间作用力(如