粉体表面改性的研究进展

粉体表面改性技术的研究进展

姓名：黄政杰

学号：200839110324

专业：无机非金属材料

班级：0803班

早在20世纪50年代，研究人员就已经注意到，对无机颜料，如钛白粉，用二氧化硅或三氧化铝等进行表面复合或者包膜处理可以改善其保光性和耐候性。但是作为技术加工研究表面改性是在近一二十年的事情，尤其是现代有机／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。

粉体表面改性的研究进展

粉体工程表面改性或者表面处理与很多学科，如粉体工程，物理化学，表面与胶体化学，有机化学，无机化学，高分子化学，无机非金属材料，高分子材料，复合材料，结晶学，光学，电学磁学等学科密切相关。可以说，粉体表面改性是粉体工程或者颗粒制备技术与其他众多学科相关的边缘学科。粉体工程改性主要包括四个方面。

1粉体改性的原理和方法

2 表面改性剂

3表面改性工艺与设备

4粉体表面改性产品的检测与表征

一粉体表面改性的原理

利用物理、化学机、械等方法对颗粒表面进行处理，根据应用的需要有目的地改变颗粒表面的物理化学性质，如表面晶体结构和官能团表面能、界面润湿性、电性、表面吸附和反应特性等，以满足现代新材料，新工艺和新技术发展的需要。

二表面改性方法

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、微胶囊包覆、机械力化学、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、微胶囊包覆改性法和机械化学改性法及原位聚合改性法。

(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)、高分子分散剂改性和接枝改性。

（2）微胶囊包覆改性法

微胶囊的制备首先是将液体.固体或者气体囊心物质分细，然后以这些微粒为核心，使聚合物成膜材料在其上沉积.涂成形成一层膜，将囊心微粒包覆。依据囊壁形成机制合成囊条件，微胶囊化方法大致分为三类，即化学法（界面聚合法，原位聚合法，锐孔法），物理法（喷雾干燥法，空气悬浮法，真空蒸发沉积法，静电结合法，溶剂蒸发法，包结络合物法，挤压法等）和物理化学法（水相分离法、油相分离法融化分散冷凝法等）。

（3）机械化学改性法

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。能够对颗粒进行激活的粉碎设备主要有各种类型的球磨机，气磨机和机械冲击式磨机等。

（4）原位聚合改性法

利用粉体在乳液单体中均匀分散，然后用引发剂引发聚合，从而形成带有弹性包覆层的核一壳结构的纳米粒子。由于外层是有机聚合物，所以可以提高粉体与有机物的亲和力再者它是一种内硬外软的核一壳结构的纳米粒子可以填充到塑料或者橡胶中时可以改变它们的力学性能原位聚合改性法可分为无皂乳液聚合包覆法，预处理乳液聚合法和微乳液聚合法等。

三表面改性剂

粉体的表面改性，主要是依靠表面改性剂在粉体颗粒表面的吸附、反应，包覆或包膜来实现的。因此，表面改性剂对于粉体的表面改性或表面处理具前应用的表面改性剂主要有偶联剂、表面活性剂、有机硅、不饱和有机酸及有机低聚物，超分散剂、水溶性高分子等。

1偶联剂：具有两性结构的化合物，按其结构可分为硅烷类，钛酸酯类，钛铝酸盐及配合物等几种。其分子中的一部分基团可与无机粉体表面的各种官能团反应，形成有力的化学键：另一部分基团则可与有机高聚物发生某些化学反应或物理缠结，从而将两种性质差异很大的材料牢固结合起来，使无机粉体和有机高聚物分子之间产生具有特殊功能的“分子桥“。

表面活性剂：它是一种能显著降低水溶液的表面张力或者液液界面张力，改变体内系的表面状态从而产生润湿和反润湿，乳化和破乳，分散和凝聚，起泡和消泡以及增溶等一系列作用的化学药品。

有机硅：它是以硅氧烷为憎水基，聚氧乙烯链，羧基，酮基或其他极性基团为亲水基的一类特殊类型的表面活性剂，俗称硅油或硅树脂。其主要品种有聚二甲硅氧烷，有机基改性聚硅氧烷及有机化合物的共聚物等。

水溶性高分子：它是一种亲水性的高分子材料，在水中能溶解性成溶液或分散剂。

四表面改性工艺

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；复合工艺又可分为机械化学与表面化学包覆改性复合工艺，干燥与表面化学包覆改性复合工艺，沉淀反应与表面化学包覆改性复合工艺等。

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。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，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