{技术管理套表}粉体表面处理技术

粉体分散领域的研究课 题
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
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 液固界面取代气固界面；润湿 角 2）破碎过程 外力作用；粒子团聚与破碎平 衡 3）稳定过程
88995555
CH-5 HYPERDISPERSANT
4
3.75
3
4
CH-11B HYPERDISPERSANT
1.25
CH-22 HYPERDISPERSANT
1
ANTIOXIDANT
22332222
ALIPHATIC DISTILLATE 6 10
6
凡立水配方
CONVENTIONAL
WITH CH-5
成品油墨配方
28% CONTROL YELLOW MILLBASE
30
40% CH-5 YELLOW MILLBASE
LET-DOWN VARNISH
54
PE-WAX COMPOUND
7
ALIPHATIC DISTILLATE
9
25.5 65.5
7 7
40% CONTROL BLACK MILLBASE
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
粉体的表面及界面性质
比表面积 比表面积=形状因子/（密度X 平均粒径） 表面能 表面能=表面张力X比表面积 表面官能团 种类、数量与比例
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
ALKYD(ISOPHTHALIC/URETHANE)
15
15
HYDROCARBON RESIN
20
10
MODIFIED PHENOLIC RESIN
25
15
ALIPHATIC SOLVENT
40
60
留油配方
M O D IFIE D PH E N O LIC R E SIN R E A C TIV E H Y D R O C A R B O N R E SIN ISO A LK Y D R E SIN (SO Y A ) M O D IFIE D M A LE IC R E SIN ISO A LK Y D R E SIN (LIN SE E D ) G E LLIN G A G E N T A LIPH A TIC D ISTILLA TE
2,200 粘度 (cp) 2,000
1,800
1,600
1,400
1,200 1,000 0
用量 ( % ) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
超分散剂的最值用量
10,000 粘度 (cp)
1,000
CTPHSA-1 STPHSA-1 ATPHSA-1
MTPHSA-1 HTPHSA-1
80
20 0.3
WITH CH-1 80 1 20 0.3
SCREW SPEED(rpm) OUTPUT(kg/hour) COLOUR STRENGTH ELONGATION(%) TENSILE STRENGTH(Mpa)
40
80
2.97 7.14
\
-2.5%
15
8.8
40
80
2.98 7.36
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
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
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
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
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
锚固基团
图
颗粒
颗粒 溶剂化链
超分散剂的吸附性能
Xap
剪切粘度Pa.s
3
2
10% ZTPCL—C3 7% ZTPCL—B1
10% ZTPCL—B2 7% Solsperse 24000 5% ZTPCL—A2 6% ZTPCL—A1
1
0
0.1
1
10
剪切速率 s -1
100
1000
溶剂化链对流变曲线的影响
超分散剂的分散稳定作
50 清
液
高
40
度 mm
30
CH-1的使用方法
在高速混合机中加入聚合物
加入计量的CH-1（约为颜料 填料总重量 的5-10%）充分 混合（2MIN/1800RPM）
加入颜料、填料及其它加工助 剂，继续 充分混合（ 1MIN/1800RPM）
CH-1用于PE色母的典
LDPE CH-1 PB15:1 PROCESS AID
型配方 CONVENTIONAL
{技术管理套表}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
粉体表面改性的目的
增加相容性 提高分散性 赋予新功能
着色力 遮盖力 耐侯性 耐热性 提高附加值 控制释放
2.0 Xap（mg/m2磁粉） 1.5
起始配比1:1. 起始配比31:2
起始配比 1:1
1.0
1.0
0.5
Ce（%）
0
12 34 567 89
超分散剂在磁粉表面的吸附等温线 (Mn=700)
0.5
Ce（％）
0
123456 789
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
H EA TSET 20 28 18
2 40
SH EETFED 24
24 20 2 30
成品油墨配方
36% CONTROL RUBINE MILLBASE 50% CH-5 RUBINE MILLBASE LET-DOWN VARNISH PE-WAX COMPOUND ALIPHATIC DISTILLATE
用量 ( % )
100
0
1
2
3
4
5
6
7
超分散剂的降粘作用
14 剪切粘度Pa. s
12 10 8 6
10% HTPCL 5% JTPCL
20% CTPCL 15% ZTPCL—C1 10% STPCL
5% ZTPCL—1 10% ZTPCL—C3
4
2
0
0.1
1
10
剪切速率
-1
s
100
1000
锚固基团对流变曲线的影响
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 双电层理论
3）空间稳定机理
熵排斥理论 VR
NS KT (
d
)2
2r
d
渗透排斥理论 VR
4 3
RTBCa 2 (
H 2
)2
3r
2
H 2
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
MaCa
Rehacek方法
tgθ=Ma
直线
θ
Ca Ce
Xap Mo(Co Ce) X MoCo (Mo X Xsolv)Ce Ma X Xsolv Ca X / Ma Xap Ma(Ca Ce) Ma / ( s)
2.0 Xap（mg/m 2 磁粉） 1.5
起始配比1:1 起始配比1:1.3 起始配比1:2
胶印油墨用超分散剂的
选择
立索尔红 / 罗宾红…8％…CH －5
酞箐及炭黑颜料……10％
……3：1
CH－
5：CH-11B
联苯胺黄…… 10％……3：1 CH－5： CH-22
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
CONVENTIONAL 100 2 2 0.5 0.5 0.3 4 4 8 1 /
WITH CH-1 100 2 2 0.5 0.5 0.3 4 4 8 1 0.4
CH-1用于吹瓶级PVC的典型配方
传统润湿分散剂的局限
性
1）亲水基结合力不强，易脱
附
起亲水作用，不
为颜料表面性质设计
2）亲油基为正构烷烃，相容 性欠佳 非极性基团，不适 应极性介质
3）亲油基太短，位阻不够
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
超分散剂的溶剂化链
CONVENTIONAL 35
48 7 10
36% CONTROL BLUE MILLBASE
32
50% CH-5 BLUE MILLBASE
LET-DOWN VARNISH
51
PE-WAX COMPOUND
7
ALIPHATIC DISTILLATE
10
WITH CH-5
25 61 7 7
23 62 7 8
热固型/单张纸型研磨
基料配方
RUBINE / Ca 4B TONER 36 50
PHTHALOCYANINE BLUE
36 50
DIARYLIDE YELLOW
28 40
CARBON BLACK
40 50
GRINDING VEHICLE
48 26 52 33 65 49 53 33
ALKYD RESIN
起始配比
Ｘ
Ma
Ca
δ
(mg/m2磁粉表面) (mg/m2磁粉表面) （%） （nm）
1:2.0
1.89
10.4
18.3 11.8
1:1.3
2.01
11.3
17.8 12.9
1:1.0
1.80
9.81
18.3 11.2
平均
1.90
10.5
18.1 12.0
δth （nm）
11.4
超分散剂作用体系的流变性能
12.5% 25.0%
25
9.2
CH-1用于硬质PVC门窗材料的典型配方
CORVIC S68/173 DIBASIC LEAD PHOSPHITE BARIUM/CADMIUM SOAP 12-HYDROXY STEARIC ACID ESTER(LOXIOL G21) LEAD STEARATE CALCIUM CARBONATE TIOXIDE R-TC30 ACRYLIC IMPACT MODIFIER PROCESS AID CH-1
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
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，
超分散剂的应用特点
润湿快速充分,缩短研磨时间, 提高生产率
提高颜基比，减少能耗和设备 损耗
降低粘度，改善流变性
提高分散稳定性，避免再分散
研磨基料相容性好，通用性强
CH-5型超分散剂
－－ 在胶印油墨中的应用
应用特点
提高油墨质量 高光泽，高着色力，高透明度 提高生产效率 提高颜 / 基比，缩短研磨时间 通用性强 热固型与单张纸型通用同一基 料
(Mn=700)
起始配比
Ｘ
Ma
Ca（%） δ（nm）δth（nm）
（mg/m2磁粉表面） （mg/m2磁粉表面）
1:2.0
1.74
9.14 19.Baidu Nhomakorabea 10.4
1:1.3
1.90
12.1 15.7 13.8 5.32
1:1.0
2.14
14.6 14.6 16.6
超分散剂在磁粉表面的吸附参数
(Mn=1500)
40
50% CH-5 BLACK MILLBASE
LET-DOWN VARNISH
37
PE-WAX COMPOUND
8
ALIPHATIC DISTILLATE
10
ALKALI BLUE TONER
5
32.5 47.5
8 8 5
CH-1型超分散剂
—在色母及塑料混合物中的应用
CH-1的应用特点
提高遮盖力与着色强度，节省 颜料成本 提高生产效率，同时提高分散 质量 消除色点及表面斑点，改善表 面状况 质量稳定性好，浪费少，加工
20
30%
2%
20%
5%
15%
7%
10%
1%
3%
用 1,200 粘度 ( cp )
1,000
D
C 800
B
10
沉降时间 min 0 20 40 60 80 100 120
600
A
400
0.1
1
10
100
剪切速率 ( s )-1
超分散剂对磁浆沉降稳定性的影响
超分散剂对油墨粘度稳定性的影响
超分散剂的使用方法
1）降低研磨介质的树脂浓度 传统树脂浓度及颜料含量—正 常粘度 降低树脂浓度—降 低粘度及稳定性
2）加入超分散剂 提高稳定性， 进一步降低粘 度
超分散剂使用注意事项
1）研磨基料中树脂浓度最低
化
维持稀释稳定性
即可
2）先于颜料及填料加入 3）其它助剂尽量在稀释及后 续过程加入
4）用量与颜料比表面积有关