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
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 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 影响分散稳定性的基本因素 分散稳定的基本特征
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 渗透排斥理论
2r d VR N S KT ( d )2 4 H H VR RTBCa 2 ( )2 3r 2 3 2 2
粉体表面处理技术
上海三正高分子材料有限公司
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 着色力 遮盖力 耐侯性 耐热性 提高附加值 控制释放 环境保护
成品油墨配方
CONVENTIONAL 36% CONTROL RUBINE MILLBASE 35 50% CH-5 RUBINE MILLBASE LET-DOWN VARNISH 48 PE-WAX COMPOUND 7 ALIPHATIC DISTILLATE 10 36% CONTROL BLUE MILLBASE 50% CH-5 BLUE MILLBASE LET-DOWN VARNISH PE-WAX COMPOUND ALIPHATIC DISTILLATE 32 51 7 10 23 62 7 8 WITH CH-5 25 61 7 7
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 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 表面润湿性（接触角） 表面电性能
溶剂化链对流变曲线的影响
超分散剂的分散稳定作用
50 清 液 高 40 度 mm 30% 20% 15% 10% 3% 2% 5% 7% 1%
1,200 1,000
粘度 ( cp ) D C B
30
20
800 600
10 沉降时间 min 120 100
A
0 20 40 60 80
400 0.1
1
10 100 剪切速率 ( s-1 )
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
100 0 用量 ( % ) 1 2 3 4 5 6 7 1,000 10,000
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 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 碳链长度不超过18个碳原子
2 10
3
2
2
2 6
凡立水配方
CONVENTIONAL WITH CH-5
ALKYD(ISOPHTHALIC/URETHANE) HYDROCARBON RESIN MODIFIED PHENOLIC RESIN ALIPHATIC SOLVENT
15 20 25 40
15 10 15 60
留油配方
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1:1.3 起始配比1:2
2.0 Xap（mg/m 2磁粉）
1.5
1.5
起始配比 1:1. 3 起始配比 1:2 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
粘度 (cp)
粘度 (cp)
CTPHSA-1 STPHSA-1 ATPHSA-1
MTPHSA-1 HTPHSA-1
超分散剂的最值用量
超分散剂的降粘作用
14 12 10 8 6 4 2 0
剪切粘度Pa.s 10% HTPCL 5% JTPCL 20% CTPCL 15% ZTPCL—C1 10% STPCL 5% ZTPCL—1 10% ZTPCL—C3
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

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
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
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 约2mg每平方米（BET） 最佳用量对应最低粘度，最佳质量
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 不易氧化结皮，减少废弃物 超分散剂不亲水，不会导入亲水膜 分散彻底，应用性能大幅度提高
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 3）提高颜料含量 高颜基比，高稳定性，正常粘度
超分散剂使用注意事项


H E A T SE T 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 40 20 28 18 24 20 2 30 SH E E T F E D 24
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
3
剪切粘度Pa.s 10% ZTPCL—C3 7% ZTPCL—B1 10% ZTPCL—B2 7% Solsperse 24000 5% ZTPCL—A2 6% ZTPCL—A1
2
1
剪切速率 s 0.1 1 10 100
-1
剪切速率 s 0 0.1 1 10 100
-1
1000
1000
锚固基团对流变曲线的影响
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
百度文库 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
成品油墨配方
28% CONTROL YELLOW MILLBASE 40% CH-5 YELLOW MILLBASE LET-DOWN VARNISH PE-WAX COMPOUND ALIPHATIC DISTILLATE 40% CONTROL BLACK MILLBASE 50% CH-5 BLACK MILLBASE LET-DOWN VARNISH PE-WAX COMPOUND ALIPHATIC DISTILLATE ALKALI BLUE TONER 30 54 7 9 40 37 8 10 5 32.5 47.5 8 8 5 25.5 65.5 7 7
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
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 高分散稳定性

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