粉体表面改性处理介绍共57页文档
【精品文章】一文了解粉体表面改性技术
一文了解粉体表面改性技术
超细粉体具有常规材料难以比拟的优异性能，在先进陶瓷、微电子、航天航空、生物制药、光学检测等领域获得了广泛的应用，但由于稳定性低、易发生团聚和难于分散，需要对超细粉体进行适当的表面处理以改善颗粒的表面特性和提高其分散性能，达到应用要求。
一、粉体表面改性方法
粉体表面改性方法是指改变非金属矿物粉体表面或界面的物理化学性质的方法，主要有表面物理涂覆、化学包覆、无机沉淀包覆或薄膜、机械力化学、化学插层等。
目前工业上粉体表面改性常用的方法主要有表面化学包覆改性法、沉淀反应改性法、机械化学改性法和复合法。
1、表面化学包覆改性法
表面化学包覆改性法是目前最常用的粉体表面改性方法，是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。
改性工艺可分为干法和湿法两种。
SiO2粉体颗粒表面改性示意图
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)、有机低聚物及不饱和有机酸等）。
2、沉淀反应法
沉淀反应法是利用化学沉淀反应将表面改性物沉淀包覆在被改性颗粒表面，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。
粉体表面改性
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;
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
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。
11-12 粉体表面改性技术
27
硅烷偶联剂
硅烷类偶联剂：具有特殊结构的低分子有机硅化 合物，通式为RSiX3 。 R------代表与聚合物分子有亲和力或反应能力的 活性官能团，如氨基、乙烯基、环氧基等； X------代表能够水解的烷氧基，如卤素、酰氧基 等。
28
常见硅烷的化学结构和主要物理性质
23
粉体表面改性剂
表面改性剂与粉体间的相互作用： 吸附、反应、包覆或成膜等。 偶联剂 表面活性剂 不饱和有机酸 聚烯烃低聚合物 有机硅 金属化合物
24偶联剂 Nhomakorabea
偶联剂：具有两性结构的化学物质。适用于各种 不同的有机高聚物和无机填料的复合材料体系。 分子中的一部分与粉体表面的官能团反应，形成 强有力的化学键合； 另一部分基团与有机高分子发生化学反应或物理 缠绕作用或与其它分散相亲和；
动 态 分 级 机
粉体表面改性
Surface Modification of Powder
主要内容
粉体表面改性的目的
粉体表面改性剂 粉体表面改性方法 影响粉体表面改性的主要因素
5
粉体表面改性
粉体表面改性：利用物理、化学或机械的方 法对粉体颗粒表面进行处理，根据应用的需 要有目的地改变粉体材料表面的物理化学性 质，以满足现代新材料、新工艺和新技术发 展的需要。 物理化学性质：如表面组成、结构和官能团、 表面能、表面润湿性、电性、光性、吸附和 反应特性等。
自由涡或准自由涡离 构造比较简单，比较细的分 心力场中离心力与空 级（5-50μm）；不适于高浓 气曳力作用 度、精密分级
集惯性分级、迅速分 级和微细颗粒的附壁 效应等原理于一身
粉体表面改性技术共62页
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
粉体面改性技术
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
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。
了解石英砂粉体表面改性
了解石英砂粉体表面改性1、石英砂粉体为什么要表面改性（1）更改石英砂粉体表面的亲油性、浸润性、吸油率、黏度等；（2）改善石英砂粉体作为填料与有机聚合物的相容性、亲和性、分散性和流动性等；（3）提高石英砂粉体填料与有机聚合物相界面之间的结合力；（4）提高复合材料的性能。
2、石英砂粉体表面涂敷改性石英砂粉体表面涂敷改性是利用树脂或高聚物等对石英砂粉体表面进行“覆膜”，如用吠喃树脂涂敷石英砂，用于油井钻探时可提高油井的产量；用酚醛树脂涂敷石英砂，可提高精细铸造砂的黏结性能，涂覆改性铸造石英砂不仅具有较高的熔模铸造速度，还可保持模具和模芯在生产中得到较高的抗开裂和抗卷壳性能。
在涂敷改性之前一般要对石英砂粉体进行必要的擦洗和干燥，可分为冷法涂覆和热法涂覆两种。
树脂冷法涂敷石英砂工艺树脂热法涂敷石英砂工艺采纳树脂冷法涂敷石英砂由于冷法要使用大量的溶剂，故仅用于少量生产。
树脂热法涂敷石英砂的涂敷效果较好，适合大量生产，但其工艺较多而杂难控，需专门的混砂设备。
影响石英砂涂敷改性效果的重要因素有石英砂颗粒的形状、比表面积、孔隙率、涂敷聚合物的种类及用量、涂敷工艺方法等。
3、石英砂粉体表面化学改性（1）石英砂粉体干法表面化学改性石英砂粉体干法表面化学改性是将干燥后的石英砂粉体与改性剂处理液进行高速搅拌分散，同时进行加热处理。
该工艺具有流程简单、作业快捷、投资少和改性剂适用性好等特点。
（2）石英砂粉体湿法表面化学改性石英砂粉体湿法表面化学改性是利用配置好的表面改性剂和助剂混合配成的处理液，在搅拌分散和肯定温度条件对石英砂粉体进行表面改性，之后进行脱水、干燥。
与干法工艺相比，湿法工艺具有改性剂分散好、粉体表面包覆均匀等特点，不过湿法需脱去水分（过滤和干燥），故适用于各种可水溶或水解的改性剂，以及前段为湿法粉磨工艺而后段又需干燥的工艺流程。
（3）石英砂机械粉磨与化学包覆改性石英砂机械粉磨与化学包覆改性是指在机械力作用或细磨、超细磨过程中添加改性剂，随着石英砂粉体粒度减小的同时，对其颗粒进行表面改性。
粉体表面处理技术
CH-1的应用特点
第六页，共59页
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
第七页，共59页
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
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
第十四页，共59页
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
VR
NSKT(
d)22r
d
超分散剂的分散稳定作用
50 清
液
高
40
度 mm
30
20
30%
2%
20%
5%
15%
7%
10%
1%
3%
10
沉降时间 min
0 20
40
60
80
100
120
超分散剂对磁浆沉降稳定性的影响
1,200 粘度 ( cp )
1,000
D
C 800
B 600
A
400
0.1
1
10
100
剪切速率 ( s ) -1
超分散剂对油墨粘度稳定性的影响
第三十六页，共59页
成品油墨配方
28% CONTROL YELLOW MILLBASE
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。