第四讲 纳米粉体表面改性
纳米粉体防止沉降方法
纳米粉体防止沉降方法引言：纳米粉体在许多工业领域中具有广泛的应用前景，但由于其颗粒极小，易于聚集和沉降，导致颗粒分散性和稳定性下降，从而影响了其应用效果。
因此，研究和采用适当的方法来防止纳米粉体的沉降至关重要。
本文将介绍一些常用的纳米粉体防止沉降的方法。
一、表面修饰方法纳米粉体的表面修饰是一种常见的防止沉降的方法。
通过在粉体表面进行修饰，可以增加粉体的分散性和稳定性，减少粉体颗粒之间的相互作用力，从而防止粉体的聚集和沉降。
常用的表面修饰方法包括包覆、偶联剂修饰和表面改性等。
包覆是将纳米粉体表面包覆上一层覆盖物，形成一种保护层，从而减少粉体颗粒之间的相互作用力。
这种方法可以通过物理吸附、化学吸附或化学反应等方式实现。
常用的包覆材料包括有机物、无机物和聚合物等。
偶联剂修饰是通过在纳米粉体表面引入一种具有亲水性或疏水性的化学官能团，从而改变粉体表面的性质，增加其分散性和稳定性。
常用的偶联剂包括硅烷类、羧酸类和胺类等。
这种方法可以通过溶液处理、气相修饰或固相修饰等方式实现。
表面改性是将纳米粉体表面进行化学反应或物理改变，改变其表面性质，从而增加粉体的分散性和稳定性。
常用的表面改性方法包括等离子体处理、高能球磨和化学气相沉积等。
这些方法可以有效地改善纳米粉体的分散性和稳定性，防止其沉降。
二、分散剂的应用分散剂是一种常用的纳米粉体防止沉降的方法。
分散剂可以在纳米粉体表面形成一层吸附层，增加粉体颗粒之间的排斥力，防止粉体颗粒的聚集和沉降。
常用的分散剂包括阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂等。
阳离子表面活性剂具有良好的分散性和稳定性，可以有效地防止纳米粉体的沉降。
阴离子表面活性剂则可以改变纳米粉体的表面电荷，增加粉体颗粒之间的排斥力，减少粉体的聚集和沉降。
非离子表面活性剂具有良好的溶解性和分散性，可以在纳米粉体表面形成一层吸附层，防止粉体的聚集和沉降。
三、外加能场的作用外加能场是一种有效的纳米粉体防止沉降的方法。
纳米材料表面改性的最佳实践方法
纳米材料表面改性的最佳实践方法引言纳米材料因其独特的物理、化学和生物特性被广泛应用于各个领域，包括能源、纳米电子学、医学和环境科学等。
然而，纳米材料表面的改性对其性能和应用至关重要。
本文将探讨纳米材料表面改性的最佳实践方法，旨在为研究人员提供实用的指南，以优化纳米材料的性能和应用。
方法一：化学改性化学改性是一种常见且有效的纳米材料表面改性方法。
通过与纳米材料的表面化学反应，可以引入功能基团或修饰分子，改变其表面性质。
以下是几个常用的化学改性方法：1. 表面修饰剂：表面修饰剂是一种分子，可通过吸附到纳米材料表面来改变其特性。
选择适合的表面修饰剂可以调节纳米材料的分散性、稳定性和相互作用力。
例如，疏水性表面修饰剂可以提高纳米材料在非极性溶剂中的分散性。
2. 共价修饰：共价修饰是一种直接将功能基团连接到纳米材料表面的方法。
通过化学反应，可以在纳米材料表面形成共价键，稳定地连接修饰基团。
这种方法可以实现更持久的表面改性效果，并提供高度定制的控制。
3. 化学涂层：化学涂层是一种在纳米材料表面形成薄膜的方法。
通过将适当的化学物质溶解在溶剂中，并在纳米材料表面涂布和固化，可以形成具有特定性质的保护层。
这种方法可以增强纳米材料的稳定性和耐用性。
方法二：物理改性物理改性是另一种常用的纳米材料表面改性方法，该方法主要通过物理手段来修改纳米材料的表面特性。
1. 等离子体改性：等离子体改性是一种通过等离子体处理纳米材料表面的方法。
等离子体能激活纳米材料表面的化学键，使其易于接受功能基团或涂层。
等离子体改性可以改善纳米材料的附着性、分散性和生物相容性。
2. 离子束轰击：离子束轰击是一种使用高能离子束撞击纳米材料表面的方法。
这种物理处理可以改变纳米材料的表面形貌和晶体结构，进而影响其性能。
离子束轰击可以用于纳米材料的纳米刻蚀、纳米结构改造和纳米颗粒合成等方面。
3. 等离子体聚合：等离子体聚合是一种在纳米材料表面引入功能基团的方法。
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”。
纳米陶瓷粉体的表面改性与应用
（。ｉ） ＮＳ 。。当它们暴 露于空 气 中时 ， 结构具有很 高 的反应 该
活性 ， 能与空 气 中的水 和氧发 生缓 慢 的反 应 ． 而在粉 体 的
力学性 能的一类材料体 系 Ｅ。 Ｉ 其介于 团簇 与体相之 间的特 颗 粒表 面生成 一系 列 的表 面活 性基 团 。对 纳米 氮化 硅粉 ３ Ｐ Ｔ Ｒ分 析表 明 ， 粒表 面 的吸 附杂质 主要 是 颗 殊状态 ． 有宏 观体 相 的元胞 和键 合 结构 Ｅ． 予 了纳 米 体 的 Ｘ Ｓ和 Ｆ Ｉ 具 ２赋 Ｊ 微 粒许 多 优异 的性 能 ， 小尺 寸 效应 、 面 与界 面效 应 、 如 表 体积效应 、 宏观 量子隧道效应 等 。
维普资讯
度脉 冲法 对 ｓ ３ 陶瓷 的纳米 粉体 进行表 面修 饰 ， ｉ Ｎ 发现其 的导热 性 ．当表 面经修饰 处理 的纳 米 陶瓷粉体 在橡 胶基 力学性能尤其 是抗磨性 能得到很 大的提高 。 氮化硅 ＿ ｇ 既可作发 动机 零部件 和刀具 材料 ， 可做 抗 又 不易形变 。由于纳米 粉末具有 巨大 的比表面积 ， 使作为粉 末性能 驱 动力 的表 面能 剧增 ， 扩散 速 率增 大 ， 径变 短 ， 路
０ 及 Ｃ ２Ｈ０ ２ ０ 、２ 。
纳米 Ｓ３ 的改性 方法 有化 学方 法和 物理 方法 两种 ， ｉ Ｎ
表面 活 性剂 法 、 分子 法 等 。 大 Ｓ 、１ 、 ｉ 、 ｉ 、Ｎ等 陶 瓷纳 米 粉 体是 一 类 高性 其 中化学 方 法有 偶联 剂 法 、 ｉ Ａ ＮＴＮＳＣＢ ５ 用 能 的纳 米材料 ， 除了具备 纳米 级材料 所特 有 的效应 ． 还保 王 君 等人 ＿ 硅烷 偶联 剂缩 水 甘油 醚 氧丙基 三 甲氧基 硅
维普资讯
纳米材料的改性
纳米材料的改性纳米材料的改性000１．纳米材料需要改性的原因：纳米材料由于粒径小、表面原子所占的比例高，所以具有极高的比表面积、表面活性和奇异的物理化学性质，但这些特性使纳米材料不稳定，具有很高的表面能，易于相互作用，导致团聚，从而减小材料的比表面积和体系gibbs自由能，也降低了纳米材料的活性，另一方面纳米材料与表面能低的基体亲和性差、二者在相互混合时不能相溶，导致界面出现空隙，存在相分离现象，而对纳米材料进行改性处理能很好的解决这个问题。
２．纳米材料改性的目的：（1）保护纳米材料，改善其分散性。
（2）改善纳米材料表面的湿润性，增强纳米材料与其它物质的界面相容性，使纳米材料容易在有机溶剂中或水介质中分散，提高纳米粉粒的应用性能。
（3）提高纳米颗粒的表面活性。
（4）在纳米材料表面引入具有独特功能的活性基团，通过这些基团可以实现与基体材料的复合，从而赋予材料特殊的光、电、磁等性能。
（5）在纳米材料表面的特定位置选择性的连接某些具有特殊功能的分子在纳米制备、自组装、纳米传感器、生物探针、涂料和光催化等方面有重要的作用。
３．纳米材料团聚的定义及原因：定义-指纳米材料在制备、分离、处理及存放过程中相互连接形成由多个纳米颗粒团聚的现象。
原因-纳米材料的表面效应、小尺寸效应、表面电子效应以及近距离效应使其具有很高的表面活性。
比表面积大，纳米颗粒处于热力学不稳定状态，极易发生团聚。
４．纳米材料团聚的机理：毛细管理论、晶桥理论、氢键作用理论、化学键作用理论、表面原子扩散理论。
５．纳米材料改性的原理：表面改性是对粉体的表面特性进行物理、化学、机械等深加工处理，控制其内应力，增加粉体颗粒间的斥力，降低粉体颗粒间的引力。
使粉体表面的物理化学性质等特性发生变化赋予纳米粉粒新的功能。
６．纳米材料表面改性的方法：表面物理改性法和表面化学改性法。
常用的化学改性法有：偶联剂改性、酯化反应法、聚合物表面接枝。
表面物理改性是通过吸附、涂敷、包覆等物理手段对颗粒表面进行改性，改性剂与纳米材料表面主要是物理作用方式。
纳米微粒的表面改性
（2）XPS
284.7eV,527.2eV,94. 4eV 和 145.6eV 峰 分 别 对 应 C1s ， O1s ， Si2p，和Si2s轨道聚 合物复合材料中Cl2p 由于接枝后氯原子浓 度降低峰变弱，相反， 接枝使碳原子浓度增 加使得C1s变强。
（3）Thermal properties
（1） Activation of silanol groups (–OH): synthesis of SiO2–OH
1：
SiO2
10% HCl RT 10h
SiO H 2O OH
（2）Surface modification to chlorine (–Cl) group: synthesis of SiO2–Cl
纳米颗粒比较有效。例如：
R R
R
R
HO +H20
HO
OH
R R
-MeOH SiXXOH+SiHO HHOO X OC3纳 颗 H米 粒
OH OH
OH
-H2O -MeOH
X HO OH OH
R
OH
HO SSiiSHHOH iH H纳 颗 HH HHSHS HHH HSHi米 粒 HHHO iiHH HHHHSSO iSiXiH X
例如，在纳米TiO2粒子表面包敷Al2O3：先将纳米 TiO2粒子分散在水中，加热至60 ℃，用浓硫酸调节 pH值（1.5-2.0）, 同时，加入铝酸钠水溶液，结果 在纳米TiO2粒子表面形成了Al2O3包敷层。
二、纳米微粒的表面化学修饰
表面化学修饰：通过纳米微粒表面与处理 剂之间进行化学反应，改变纳米微粒表面结构 和状态，达到表面改性的目的。
A
纳米微粒的表面改性
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。
2023最新整理收集 do something
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
纳米Si3N4粉体表面改性及其在橡胶中的应用研究
料 方 面 的研 究 。
空 干燥 １ ， 出球磨 后 １０目筛 过筛 ， ０ｈ 取 ０ 即得 活
性 Ｓ 体 。 ｉＮ 粉
１ ２ ２ 改性 纳米 ｓ Ｎ 粉 体 的活性 含量测 定 ． ． ｉ
・
１ ２・
世
界
橡
胶
工
业
取 ２～ 样 品于 热重 分 析 天 平 中 ， ５ｍｇ 在通
（２ ｎ左 右 ） 改 性 温 度 （ ０ 左 右 ） 改 性 剂 用 量 （ ％ 左 右 ） １０ｍｉ 、 ６℃ 和 ５ 。把 在 此 工 艺 条件 下表 面 改 性 后 的 纳 米
Ｓ， ． 体 加 入 橡胶 中 ， 改性 纳米 Ｓ， 粉 体 的 用 量 为 生胶 的 ０ ５ （ 量 比 ） ， 制 备 的 Ｓ 。 Ｎ Ｒ ｉＮ 粉 当 ｉ Ｎ ．％ 质 时 所 Ｎ ／ Ｂ
复 合 材 料 的 撕 裂 强 度 、 伸 强 度 、 油性 能均 得 到 明 显 的提 高。 拉 耐 关 键 词 ： 纳 米 氮化 硅 ； 面改 性 剂 ； 腈 橡 胶 ； 油性 表 丁 耐
中 图分 类 号 ： Ｑ ３ ０． ８ Ｔ ３ ３ ３ 文 献 标 识码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：６ １８ ３ （ ０ ８） Ｏ ｏ １ －４ １ ７ —２ ２ ２ ０ １ －Ｏ １ｏ
在 橡 胶 中的应 用研 究
张卫 昌 ， 章 ｆ ） ， 夏 迎 松 张 海潮 －￣ ｌ ，
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。
纳米材料的表面精密修饰与改性方法
纳米材料的表面精密修饰与改性方法概述：纳米材料是一种粒径在纳米尺寸范围内的材料，具有较大的比表面积和尺寸效应。
由于表面对材料性能具有重要影响，因此对纳米材料进行表面精密修饰和改性是提高其性能和应用的关键。
本文将介绍纳米材料的表面精密修饰方法和改性方法。
一、表面精密修饰方法：1. 化学修饰法：通过化学方法在纳米材料的表面引入新的官能团，改变纳米材料的表面性质。
常用的化学修饰方法包括溶液法、沉积法和键合法。
溶液法将纳米材料浸泡在含有修饰剂的溶液中，通过化学反应将修饰剂与纳米材料表面发生反应；沉积法通过溶液中的化学反应，在纳米材料表面生长一层新的材料；键合法利用纳米材料表面的化学键与修饰剂发生键合反应。
2. 物理修饰法：利用物理方法改变纳米材料的表面形貌和结构。
例如，利用高能电子束、离子束或激光束照射纳米材料，可以在表面形成纳米结构或纳米颗粒，增加纳米材料的比表面积和活性。
热处理方法通过加热纳米材料，在表面驱动扩散作用，实现表面形貌和结构的改变。
3. 生物修饰法：利用生物方法改变纳米材料的表面性质。
例如，利用生物分子的特异性识别与配位能力，将特定的生物分子修饰在纳米材料的表面，实现表面性质的改变。
还可以利用生物合成法，通过生物体自身合成纳米材料，并在表面修饰生物分子。
二、改性方法：1. 表面功能化：在纳米材料表面引入功能性官能团，赋予纳米材料新的性质和功能。
例如，通过在纳米材料表面修饰亲水官能团，提高纳米材料的亲水性和分散性；通过在纳米材料表面引入疏水官能团，提高纳米材料的疏水性；通过在纳米材料表面修饰光敏官能团，实现光控制功能等。
2. 表面包覆：在纳米材料表面形成一层覆盖物，保护纳米材料，改善其稳定性和可控性。
常用的表面包覆方法包括沉积法、自组装法和模板法。
沉积法通过溶液中的化学反应，在纳米材料表面沉积一层新的材料；自组装法利用表面活性剂或聚合物分子在纳米材料表面自组装形成覆盖层；模板法通过在纳米材料表面形成模板，然后通过沉积或聚合形成覆盖层。
纳米氧化锌的制备、表面改性及应用
纳米氧化锌的制备、表面改性及应用纳米氧化锌是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品，其粒径介于1~100纳米，又称为超微细氧化锌。
由于颗粒尺寸的细微化，比表面积急剧增加，使得纳米氧化锌产生了其本体块状材料所不具备的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等。
因而，纳米氧化锌在磁、光、电、化学、物理学、敏感性等方面具有一般氧化锌产品无法比拟的特殊性能和新用途，在橡胶、涂料、油墨、颜填料、催化剂、高档化妆品以及医药等领域展示出广阔的应用前景。
本文将对本公司生产的纳米氧化锌从制备方法、性能表征、表面改性以及目前所开发的应用领域方面进行较为详细的介绍。
一、纳米氧化锌的制备氧化锌的制备方法分为三类：即直接法（亦称美国法）、间接法（亦称法国法）和湿化学法。
目前许多市售氧化锌多为直接法或间接法产品，粒度为微米级，比表面积较小，这些性质大大制约了它们的应用领域及其在制品中的性能。
我公司采用湿化学法（NPP-法）制备纳米级超细活性氧化锌，可用各种含锌物料为原料，采用酸浸浸出锌，经过多次净化除去原料中的杂质，然后沉淀获得碱式碳酸锌，最后焙解获得纳米氧化锌。
与以往的制备纳米级超细氧化锌工艺技术相比，该新工艺具有以下技术方面的创新之处：1.平衡条件下反应动力学原理与强化的传热技术结合，迅速完成碱式碳酸锌的焙解。
2.通过工艺参数的调整，可以制备不同纯度、粒度及颜色的各种型号的纳米氧化锌产品。
3.本工艺可以利用多种含锌物料为原料，将其转化为高附加值产品。
4.典型绿色化工工艺，属于环境友好过程。
二、纳米氧化锌的性能表征纳米级氧化锌的突出特点在于产品粒子为纳米级，同时具有纳米材料和传统氧化锌的双重特性。
与传统氧化锌产品相比，其比表面积大、化学活性高，产品细度、化学纯度和粒子形状可以根据需要进行调整，并且具有光化学效应和较好的遮蔽紫外线性能，其紫外线遮蔽率高达98%；同时，它还具有抗菌抑菌、祛味防酶等一系列独特性能。
清华大学分析测试中心用透射电镜对产品进行了分析，纳米氧化锌粒子为球形，粒径分布均匀，平均粒径20~30纳米，所有粒子的粒径均在50纳米以下。
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。
纳米粉体的表面改性研究
子 的 比表 面积 大 ，表面 能高 ，又极 易造 沉 积包 膜 处理 ， 得 到致密 的 Ａｌ０ 可 ， 包 有 机 介质 中 的分 散 性 、 稳 定 性 及相 容
（． ０ １～１ ０ ｍ ）的超细颗 粒构 成 的零 少相 邻 的原子 ，因而存在 许 多悬空 键 ， 原子 密度将会 减少 ，导 致呈现 出小 尺寸 ｎ ０
维 、一 维 、二 维 、三 维 材料 的 总 称 。 当 具 有 不 饱 和 性 ，易 与 其 他 原 子 相 结 合 而 效 应 ，产生 ～系 列奇特 的性质 。 物 质 结 构 单 元 到 纳 米 量 级 时 ，不 仅 能 大 稳定 下来 ，故 表现 出很 高的 化学活 性 。 ２ ３宏观量 子隧道效应 ．
．小 到材料 的各个领域 ，成 为当前世界科学 ２ ２ 尺寸效应
研究 的热点 。
随着颗粒 尺寸的量变 ， 在一定 条件 子 、分 子与大 块固体之 间的超微颗粒 而
下会 引起颗粒性 质的质变 。由于颗 粒尺 言 ，大块材料 中连续 的能带将分 裂为分
２ 纳 米 颗 粒的 特 殊 性 能 。 】
定性 。 章 金 兵 等 人 用 Ａｌ 纳 米 Ｔｉ ， 对 ０ Ｏ，
质 ，其应 用前景 十分 宽广 。 综 上所述 ，由于纳 米颗粒 的小 尺寸
高复 合 材料 的性能 。 薛茹君 等人ｌ 用偶联 剂对超 细绢云 １ 。
效应 、表面 效应 、宏观 量子遂 道效 应及 ／Ｚｎ 表 面 进 行 包 覆 改 性 ， 其 表 面 结 母 进 行 表 面 修 饰 改 性 后 ，绢 云母 粉 体 表 Ｏ 对 特殊 的力学性 能 ，使纳 米材料 具有 了常 构和形 态进行 了研 究 。经实验 得 出：在 面有 效覆盖 了一层 有机膜 。吸油值也 从
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。
- 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)。
（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。 ：
⑵ 表面改性剂
表面改性剂的研究内容涉及表面改性剂的种 表面改性剂的研究内容涉及表面改性剂的种 结构、性能或功能及其与各种颗粒表面基 类、结构、性能或功能及其与各种颗粒表面基 团的作用机理或作用模型；表面改性的分子结 团的作用机理或作用模型； 分子量大小或烃链长度、 构、分子量大小或烃链长度、官能团或活性基 团等与其性能或功能的关系； 团等与其性能或功能的关系；表面改性剂的用 量和使用方法。 量和使用方法。 经表面改性剂处理后粉体应用特性（ 经表面改性剂处理后粉体应用特性（如表面 处理后粉体应用特性 改性填料对塑料或橡胶制品力学性能等的影响， 力学性能等的影响 改性填料对塑料或橡胶制品力学性能等的影响， 润湿性、 及对涂料遮 改性颜料对其润湿性 分散稳定性及对涂料 改性颜料对其润湿性、分散稳定性及对涂料遮 盖力、耐候性、抗菌性、耐热性和光学效果等 盖力、耐候性、抗菌性、耐热性和光学效果等 的影响）以及新型、特效表面改性剂的制备或 的影响）以及新型、特效表面改性剂的制备或 合成工艺。 合成工艺。
2. 粉体表面改性的研究内容
⑴ 表面改性的原理
①表面改性方法的基本原理或理论基础，如粉 表面改性方法的基本原理或理论基础， 基本原理或理论基础 体表面改性处理过程的热力学和动力学以及改 性过程的数学模拟和化学计算等； 性过程的数学模拟和化学计算等； ②粉体表面或界面与表面改性处理剂的作用机 粉体表面或界面与表面改性处理剂的作用机 理和作用模型，如吸附或化学反应的类型， 理和作用模型，如吸附或化学反应的类型，作 用力或键合力的强弱，热力学性质的变化等； 用力或键合力的强弱，热力学性质的变化等； ③表面改性需要研究粉体的表面与界面性质及 表面改性需要研究粉体的表面与界面性质及 表面与界面 应用性能的关系 的关系。 与类型和不同用途粉体表面改性的工艺流程和 不同类型和不同用途粉体表面改性的工艺流程和 工艺条件，包括表面改性或处理过程温度、浓度、 工艺条件，包括表面改性或处理过程温度、浓度、 酸度、时间、 酸度、时间、表面改性剂用量等工艺参数对表面改 性效果的影响；表面改性剂的配方。等等。 性效果的影响；表面改性剂的配方。等等。 目前纳米粉体的表面改性或表面处理大多采用湿 法工艺。设备要有可控温的反应釜 反应釜、 法工艺。设备要有可控温的反应釜、反应罐或搅拌 过滤洗涤机、干燥机等 桶、过滤洗涤机、干燥机等，很多情况下可以用已 有的微米粉体改性设备， 有的微米粉体改性设备，只是纳米粉体的表面改性 对反应设备的分散性、过滤设备的精度、 对反应设备的分散性、过滤设备的精度、干燥设备 的收尘率等的要求更高 要求更高， 的收尘率等的要求更高，要求进行高性能表面改性 设备的研制开发， 设备的研制开发，
二. 纳米粉体有机表面改性
有机表面改性是指采用有机表面改性剂对纳米粉体进行 有机表面改性是指采用有机表面改性剂对纳米粉体进行 有机表面改性剂 表面处理， 表面处理，主要目的是解决纳米无机粉体的分散性及与有机 基料的相容性问题。可采用湿法、干法及干-湿结合工艺 湿结合工艺。 基料的相容性问题。可采用湿法、干法及干 湿结合工艺。 有机表面改性剂包括： 有机表面改性剂包括： 表面活性剂，可对无机纳米粉体进行表面改性，可以显著 表面活性剂，可对无机纳米粉体进行表面改性， 降低其表面能。同时， 降低其表面能。同时，表面活性剂分子的长链烃基还会产生 一定的位阻效应。 一定的位阻效应。 偶联剂，可提高纳米粉体与有机高聚物分子的相容性， 偶联剂，可提高纳米粉体与有机高聚物分子的相容性，同 与有机高聚物分子的相容性 时增强两种不同性质材料之中的结合力。 时增强两种不同性质材料之中的结合力。 水溶性高分子， 水溶性高分子， 用水溶性高分子对无机纳米粉体进行表面 改性，提高纳米粒子在水相及其他无机相中的分散性 在水相及其他无机相中的分散性。 改性，提高纳米粒子在水相及其他无机相中的分散性。
2. 偶联剂法
用偶联剂法进行改性的主要目的是提高纳米粉体 与其他物质，特别是有机高聚物分子的相容性 有机高聚物分子的相容性， 与其他物质，特别是有机高聚物分子的相容性，改善 其在有机高聚物基料中的分散性的同时增强两种不同 性质材料之中的结合力。 性质材料之中的结合力。 这种方法常用于高聚物 无机纳米复合材料和涂料 这种方法常用于高聚物/无机纳米复合材料 高聚物 无机纳米复合材料和 中应用的无机纳米粉体， 中应用的无机纳米粉体，如SiO2、 Al2O3 、ZnO 、 等的表面改性。 CaCO3等的表面改性。常用于无机纳米粉体的表面改 性的偶联剂主要有以下几种： 性的偶联剂主要有以下几种： 主要用于中性或碱性 ①钛酸酯偶联剂:主要用于中性或碱性无机纳米 钛酸酯偶联剂 主要用于中性或碱性无机纳米 粉体， 等的表面改性。 粉体，如ZnO、 CaCO3 、MgO等的表面改性。 、 等的表面改性
（4）表面改性效果的检测与评价 ）
纳米粉体表面改性是一个涉及众多学科的交叉学科 和新技术，表面改性效果的表征方法尚未完善和规范。 和新技术，表面改性效果的表征方法尚未完善和规范。 与微米粉体表面改性效果的表征方法一样， 与微米粉体表面改性效果的表征方法一样，目前的表征 方法也可分为直接法 间接法。 直接法和 方法也可分为直接法和间接法。 直接法就是通过测定改性后粉体的表面物理化学性 直接法就是通过测定改性后粉体的表面物理化学性 就是通过测定改性后 来表征和评价纳米粉体表面改性效果； 能来表征和评价纳米粉体表面改性效果； 间接法就是通过测定表面改性后纳米粉体在确定的 间接法就是通过测定表面改性后纳米粉体在确定的 应用领域中的应用性能，表征纳米粉体表面改性的效果， 应用领域中的应用性能，表征纳米粉体表面改性的效果， 这是纳米粉体表面改性效果和产品质量的最终评价。 这是纳米粉体表面改性效果和产品质量的最终评价。
②硅烷偶联剂:主要用于酸性和中性无机纳米粉 硅烷偶联剂 主要用于酸性和中性无机纳米粉 主要用于酸性和中性 等的表面处理。 体，如SiO2 Al2O3等的表面处理。对于表面带有羟 等的表面处理 基的无机纳米粉体改性效果好。 基的无机纳米粉体改性效果好 可用于无机纳米粉体 ③铝酸酯偶联剂:可用于无机纳米粉体，如碳酸 铝酸酯偶联剂 可用于无机纳米粉体， 碳酸镁、氧化镁、氧化铝、 钙、碳酸镁、氧化镁、氧化铝、氧化锌等的表面 改性。 改性。 锆铝酸盐偶联剂:通过氢氧化锆和氢氧化铝基 ④ 锆铝酸盐偶联剂 通过氢氧化锆和氢氧化铝基 团的缩合作用可与羟基化的表面形成共价键联结， 团的缩合作用可与羟基化的表面形成共价键联结， 更重要的特性是能够参与金属表面形成氧络桥联 更重要的特性是能够参与金属表面形成氧络桥联 的复合物。锆铝酸盐偶联剂适用于表面带有羟基 的复合物。锆铝酸盐偶联剂适用于表面带有羟基 的无机纳米粉体， 的无机纳米粉体，如SiO2、 Al2O3等金属氧化物的 表面改性。 表面改性。
第四讲 纳米粉体表面改性
粉体表面改性概要 纳米粉体有机表面改性 纳米粉体无机表面改性 表面改性的发展趋势
一.粉体表面改性概要
1. 表面改性的意义与必要性
表面改性的意义： ⑴ 表面改性的意义：
表面改性处理即通过各种表面添加剂与微粒表面发生化 表面改性处理即通过各种表面添加剂与微粒表面发生化 学和物理作用， 学和物理作用，依靠各种有机或无机化学物质的粉体粒子表 面的吸附或反应来实现。表面改性改善微粒的表面状态 表面状态， 面的吸附或反应来实现。表面改性改善微粒的表面状态，改 变粉体的表面性质 产生新的功能 表面性质， 新的功能, 变粉体的表面性质，产生新的功能 这是新材料研究和开发中 不可缺的基础性研究课题。 不可缺的基础性研究课题。 粉体表面改性可以改善或改变粉体的分散性，改善耐久性、 粉体表面改性可以改善或改变粉体的分散性，改善耐久性、 分散性 耐候性，提高表面活性，使微粒表面产生新的物理、化学、 耐候性，提高表面活性，使微粒表面产生新的物理、化学、 光学特性，适应不同的应用要求， 光学特性，适应不同的应用要求，从而大大提高材料的附加 因此，粉体的表面改性是非常重要的。 值。因此，粉体的表面改性是非常重要的。