粉体材料的发展情况及应用

粉体材料的发展情况及应用：
发展
从上世纪 50 年代日本首先进行超细材料的研究以后 ,到上世纪 80～90 年代世界各国都投入了大量的人力、物力进行研究。

我国早在上世纪 60 年代就对非金属矿物超细粉体技术、装备进行了研究 ,对于超细粉体材料的系统的研究则开始于上世纪 80 年代后期。

超细粉体从广义上讲是从微米级到纳米级的一系列超细材料 ,在狭义上讲是从微米级、亚微米级到 100 纳米以上的一系列超细材料。

材料被破碎成超细粉体后由于粒度细、分布窄、质量均匀 , 因而具有比表面积大、表面活性高、化学反应速度快、溶解速度快、烧结体强度大以及独特的电性、磁性、光学性等 ,因而广泛应用于电子信息、医药、农药、军事、化工、轻工、环保、模具等领域。

可以预见超细粉体材料将是 21 世纪重要的基础材料。

应用
在材料领域的应用超细粉体在材料领域应用广泛。

如磁性材料、隐身隐形材料、高耐磨及超塑材料、新型冶金材料及
建筑材料。

利用超细陶瓷粉可制成超硬塑性抗冲击材料 ,可用其制造坦克和装甲车复合板 ,这种复合板较普通坦克钢板重量轻30 %～50 % ,而抗冲击强度较之提高 1～3 倍 ,是一种极好的新型复合材料[2] 。

将固体氧化剂、炸药及催化剂超细化后 ,制成的推进剂的燃烧速度较普通推进剂的燃烧速度可提高 1～ 10 倍[3] ,这对制造高性能火箭及导弹十分有利。

在化工领域的应用将催化剂超细化后可使石油的裂解速度提高 1 ～5 倍 ,赤磷超细化后不仅可制成高性能燃烧剂 ,而且与其它有机物反映可生成新的阻燃材料。

油漆、涂料、染料中固体成分超细化后可制成高性能高附着力的新型产品。

在造纸、塑料及橡胶产品中 ,其固体填料如 :重质碳酸钙、氧化钛、氧化硅等超细化后可生产出高性能的铜板纸、塑料及橡胶产品。

在生物医药领域的应用医药经超细化后 ,外用或内服时可提高吸收率、疗效及利用率 ,适当条件下可改变剂型 ,如微米、亚微米及纳米药粉可制成针剂使用[4] 。

在医疗诊断方面可将超细粉经适当处理后注入或服入人体内进行各种病理诊断。

南京理工大学超细粉体与表面科学技术研究所已成功地为上海 XX医药公司、常州XX公司及浙江 XX公司等单位生产了大量超细硫糖铝及超细阿基诺维奇等药 ,产品性能提高 ,达到国际标准 ,因而大量出口创汇 ,价格显著提升 ,产生了良好的经济效益和社会效益。

在中医药保健食品中的应用超细粉体技术扩展到中草药及保健食品中 ,扩大了人类的食品源 ,使得有营养 ,但因无法直接被人体吸收的植物变成了高档的营养性保健食品。

经超细化的中药材大大提高了有效成分的溶出速度和利用率 ,且服用方便 ,避免了繁杂的煎煮。

再如茶叶、灵芝、孢子、花粉、螺旋藻、蔬菜、水果、珍珠、蚕丝、人参、贝壳、蛇、蚂蚁、甲鱼、动物和鱼类的鲜骨及脏器的超细化 ,都为人类提供了大量的新型纯天然高吸收率的保健食品。

目前南京理工大学超细粉体与表面科学技术研究所已成功的
研制出粉碎上述物料的技术 ,并可使灵芝孢子、花粉在常温下 100 %破壁。

近几年来已在全国建成了多条生产线 ,利用该技术已取得了很好的社会效益和经济效益。

在日用化工领域的应用在美容、护肤、化妆品方面超细粉体的作用十分重要。

如护肤防晒膏中 ,加入超细蚕丝粉具有良好的防紫外线作用。

由于它是一种含有大量蛋白质的天然有机物 ,进入皮肤毛孔后 ,易被内分泌物溶化吸收 ,不仅不堵塞皮肤毛孔而且还会起到一定的营养皮肤的作用。

这种新型产品研究成功的关键是如何采用超细粉体技术及设备将极难超细化的蚕丝纤维粉碎到 5μm 以下 ,使毛孔内分泌物快速溶化。

南京理工大学超细粉体与表面科学技术研究所成功地研究出了 d50 < 5μm 的超细蚕丝粉、超细珍珠粉 ,用其制成的珍珠粉饼和珍珠丝素粉饼受到了用户的欢迎 ,养颜美容护肤效果十分好。

在废弃物再生与综合利用方面的应用废地毯、废电缆、废汽车轮胎等如何再生利用是环保的需要 ,也是经济建设的需要。

将这些废物回收处理再利用已成为各界关注的课题。

将废物粉碎处理 ,制成各类材料 ,针对环境与资源的综合利用课题 ,越来越被国内外研究机构重视 ,有关这类的研究报道逐年增加。

如炉渣的粉碎 ,作为填料加入建筑材料中 ,不仅减轻重量而且经济耐用。

超细粉体的种类
超细粉主要由金属和非金属矿化物以及有机物加工生产而成。

以金属或金属矿为原料生产的超细粉有铁粉、铝粉、镁粉、钛铁粉、锰铁粉、铜粉、铅粉、锌粉、氧化锌粉、钼粉、钨粉等等。

以非金属矿化物加工的超细粉有高岭土粉、钛白粉、滑石粉、长石粉、方解石粉、石英粉、重钙粉、轻钙粉、莹石粉、云母粉、重晶石粉、石墨粉、石膏粉、澎润土粉等等，以有机物加工而成的则有各种粮食、农产品、药材、其它动植物加工而成的粉体。

超细粉体的特点
比表面积大、表面活性高、化学反应速度快、烧结温度低且烧结体强度高、填充补强性能好、遮盖率高
超细高岭土粉与滑石粉应用：
高岭土和滑石粉在造纸中的主要用途是作为填料和涂布纸中的颜料。

两者均可以作为填料和颜料来使用。

（一）滑石粉
滑石粉在造纸中的主要用途是用作填料，是目前国内使用得最广泛的造纸填料。

它具有矿藏丰富、价格低廉、对纸张性能适应性高的特点。

滑石粉质感滑腻，化学性质不活泼，加入纸张中能提高纸页的匀度、平滑度、光泽度和吸油墨性，改善纸页的印刷性和书写性，多用与印刷类和书写类等的一般文化用纸的加填。

由于其折射率不高，很少用于薄页纸中。

（二）高岭土
高岭土，主要用作涂布纸涂料中的颜料，也叫瓷土、白土、或铝矾土，在造纸中每年用量超过800万吨，主要为片状和管状结构，具有化学惰性。

其价格也便宜，储量比较丰富。

我国苏州、茂名、湛江等地都盛产高岭土。

同样叫作高岭土，不同的产地，就会有不同的性质，不同的性质就导致了不同的用途。

但是，颗粒较细、品种较好的高岭土多用作涂布中的颜料。

一般来说涂布纸涂料中的颜料首选高岭土，其次才是碳酸钙、硫酸钡、缎白、二氧化钛、氢氧化铝、滑石粉、氯化锌、锌钡白、硫酸钡等，滑石粉作颜料使用得比较少。

片状结构的高岭土，涂于原纸表面之后，再经过压光，使之平行的排列在纸面上，这样对光有较高的反射率，因而能达到非常高的平滑度和光泽度。

非片状结构（比如管状和菱形六面体结构）的高岭土，则没有上述优点。

具体选材和生产中这是必须考虑的问题。

在国内，苏州、茂名、湛江的高岭土质量高（包括片状结构含量高），所以一般用作颜料比较多一点。

高岭土作为填料使用的情况也是比较普遍的。

同样能提高纸页的书写性和印刷性，增加纸页的匀度、平滑度、光泽度。

作为造纸填料的高岭土，通常是在干燥和粉碎后用分选法进行分级净化，而用作颜料的高岭土，往往需要用水的方法净化，以便制得更好颜色和更细粒度的高岭土。

（三）两者作填料时的比较
具体生产中是否需要加填、选用何种填料、用量多少，都是根据纸张的质量要求、用途以及填料本身特性来确定的，同时还要兼顾生产成本和经济效益。

加填可以改善纸页的不透明度、透气度、柔韧性、印刷性和书写性，降低成本。

但是，它也会降低纸页物理强度和施胶度。

高岭土和滑石粉在性质上的差别主要体现于白度上。

滑石粉的白度为90%～96.8%，高岭土的白度为80%～86%。

因此相较而言，对白度要求比较高的纸种也多选用滑石粉。

但是，滑石粉一般少用于薄页纸（如生活用纸）的生产。

生产有光纸、书写纸、画报纸等一般纸种时，应选用比较廉价的填料，这时可以选用滑石粉、高岭土。

含管状结构比较多的差品种高岭土多用作填料，而含片状结构较多的
高岭土一般不选来作填料，而是多用作颜料。

一些印刷纸中其添加量为15%～20%，有些纸种甚至达到35%。

两者的具体性质一定程度上决定着它们在造纸中的应用。

由于它们物理性质很相似，并且都具有化学惰性，所以在用作填料时没有太多的差别。

当然，在具体的生产中，即使他们有同样的特性，我们还需要更多的考虑原料供应的稳定性、采购成本以及他们对该生产线的适应性等。

三．重钙粉
碳酸钙已广泛应用于造纸、塑料、塑料薄膜、化纤、橡胶、胶粘剂、密封剂、日用化工、化妆品、建材、涂料、油漆、油墨、油灰、封蜡、腻子、毡层包装、医药、食品（如口香糖、巧克力）、饲料中，其作用有：增加产品体积、降低成本，改善加工性能（如调节粘度、流变性能、硫化性能），提高尺寸稳定性，补强或半补强，提高印刷性能，提高物理性能（如耐热性、消光性、耐磨性、阻燃性、白度、光泽度）等。

涂料行业中应用
在涂料和塑料行业，“重钙”就是方解石粉，是“重质碳酸钙”的简称，主要成分是重质碳酸钙，重质碳酸钙也简称为“重钙”，通常用作填料，广泛用于人造地砖、橡胶、塑料、造纸、涂料、油漆、油墨、
电缆、建筑用品、食品、医药、纺织、饲料、牙膏等日用化工行业，作填充剂起到增加产品的体积，降低生产成本。

化肥行业中应用
在化肥行业，“重（zhòng）过磷酸钙”也简称为“重钙”（TSP），化学式：Ca(H2PO4)2。

而简称为“普钙”的过磷酸钙的主要成分是磷酸二氢钙和石膏，化学式：Ca(H2PO4)2和CaSO4。

别名：重钙；三倍过磷酸钙：三料过磷酸钙
英文名：Triple superphosphate（TSP）
物化性质：外观呈灰白色或暗褐色，是高浓度、微酸性磷肥，大部分为水溶性，还有少量硫酸钙、磷酸铁、磷酸铝、磷酸一镁游离磷酸和水等。

农化性质：重钙不含硫酸铁、硫酸铝，几乎全部由磷酸一钙组成，在土壤中不致发生磷酸退化作用。

在碱性土壤及喜硫作物中，重钙效果不如普钙。

其余与普钙相似。

石英粉又称硅微粉。

石英砂是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分是SiO2 ，石英砂的颜色为乳白色、或无色半透明状，硬度7，性脆无解理，贝壳状断口，油脂光泽，密度为2.65，堆积密度(20-200目为1.5)，其化学、热学和机械
从矿山开采出的石英石经加工后，一般细度在120目以上（小于120目）的产品称石英砂。

超过120目的产品称为石英粉。

石英粉的用途编辑
石英粉不分等级，只分规格。

因其具备白度高，无杂质、铁量低
剂。

十、航空、航天：其内在分子链结构、晶体形状和晶格变化规律，使其具有的耐高温、热膨胀系数小、高度绝缘、耐腐蚀、压电效应、谐振效应以及其独特的光学特性。

五，云母粉
云母粉是一种非金属矿物，含有多种成分，其中主要有SiO 2 ，含量一般在49%左右， Al 2 O 3 含量在30%左右。

云母1具有良好的弹性、韧性。

绝缘性、耐高温、耐酸碱、耐腐蚀、附着力强等特性，是一种优良的添加剂。

它广泛地应用于电器、电焊条、橡胶、塑料、造纸、油漆、涂料、颜料、陶瓷、化妆品、新型建材等行业，用途极其广泛。

随着科学技术的不断发展，人们开辟出新的应用领域。

（2）、白云母粉
白云母化学式为 KAl2(AlSi3O10)(OH)2 ，具有连续层状硅氧四面体构造，具极完全之解理，可剥离为具弹性之薄片，质柔可弯曲，透明无色，厚块半透明带有灰、棕、淡绿、玫瑰红色，具玻璃至绢丝
或珍珠光泽，硬度 2.5~3 ，比重2.75~3.0 ，耐酸性。

白云母化学组成：KAl2[Si3AlO10](OH,F)2,理想的组份是八面体片含 Al ，也可少量地被 Fe 3+ 、Mg、Fe 2+ 甚至 Mn 、Cr 、V 等所置换。

白云母具有高度完全的底解理、颜色淡白。

薄片富弹性的特点。

白云母粉广泛的应用于建材行业、消防行业、灭火剂、电焊条、塑料、电绝缘、造纸、沥青纸、橡胶、珠光颜料等化工工业。

超细云母粉作塑料、涂料、油漆、橡胶等功能性填料，可提高其机械强度，增强韧性、附着力抗老化及耐腐蚀型等。

除具有极高的电绝缘性、抗酸碱腐蚀、弹性、韧性和滑动性、耐热隔音、热膨胀系数小等性能外，又率先推出片体二表面光滑、径厚比大、形态规则、附着力强等特点．
（3）、合成云母
合成云母晶片也称合成氟金云母晶片, 是用化工原料经高温融、冷却析晶而制得,为晶典型的层状硅酸盐。

它是一种无色、从紫外到红外（5um）的良好的透明材料,击穿强度随云母片厚度的增加而降低(测试条件: 交流 50Hz、平面电极<φ25mm>、垂直解理面)。

合成云母晶片的真空放气极低，用质谱仪测定,放出的微量气体只是O2、N2和Ar等吸附气体。

由于它不会放出水蒸汽，这对用作电真空绝缘材料是极为可贵的, 将大大提高真空器件的使用寿命。

产品纯白透明,韧性强度高,可无休止地剥离,是做尖端高品质的上选材料,可用于高端珠光云母粉的研磨,也是制造高品质耐高温绝
缘制品的最佳基材。

氟金云母具有优异的性能，是制取合成云母纸、云母粉及珠光云母良好的基材。

较大单晶还可以做成耐温、耐腐蚀的窗口材料。

云母陶瓷可制成绝缘耐高温骨架，还可以做成氯化炉的通氯管，炉内衬等。

云母粉可做高档涂料、人造金刚石合成棒辅件，低氢焊条辅料等很多领域。

如:绝缘纸、绝缘带、绝缘板、珠光云母粉、云母纸、云母带、陶瓷、涂料、塑料、油漆、耐火料材料、电焊条、航天航空、日化用品等填料之用。

（4）、导电云母粉
导电云母粉是以湿法白云母为基质，采用纳米技术，通过表面处理、半导体掺杂处理，使其基质表面形成导电性氧化层, 从而制得一类新型电子导电功能性半导体颜(填)料。

导电云母粉呈鳞片状，其外观一般呈灰白色或浅灰色粉末，具有色浅、易分散、比重小、耐热、化学稳定性高、耐腐蚀、阻燃、透波性好、导电性好、价格低等特点。

与彩色颜料共用可提高光泽而不影响其颜色，与其它颜料配合使用可制成各种浅色、彩色、近白色的永久性导电、防静电制品。

用于涂料中可增加漆膜的弹性，它在涂层中的水平排列可阻止紫外线的辐射而保护漆膜，防止龟裂，防止水份穿透。

能提高漆膜的机械强度、抗粉化性、耐温性、防火性、防水性、抗冲击性和耐久性等。

在防静电油罐中尤为适用。

导电云母粉几乎适用于任何要求导电、防静电的环境和场合。

将
其添加于涂料、塑料、橡胶、粘合剂、油墨、水泥、纤维、陶瓷中，与其它颜料配合，易调制成近白色等各种颜色的永久性导电、防静电制品，可广泛应用于石油、化工、建材、电子、机电、通讯、汽车、医药、造纸、纺织、包装、印刷、船舶、陶瓷、航空航天、兵器等各个工业部门及人们日常生活的导电、防静电领域。

导电云母粉产品特点
1、导电云母粉导电性能卓越。

2、导电云母粉化学性能稳定。

3、导电云母粉比重轻，容易分散，不易沉淀。

4、导电云母粉颜色浅，便于调色。

云母粉在涂料中的应用主要体现在以下几个方面：
1、阻隔作用片状填料在漆膜内形成基本平行的取向排列，水和其它腐蚀性物质对漆膜的渗透受到强烈阻隔，在使用优质绢云母粉的情况下（晶片的径厚比至少50倍，最好70倍以上），水和其它腐蚀性物质穿透漆膜的穿透时间一般延长3倍。

由于绢云母粉填料比特种树脂廉价得多，所以具有非常高的技术价值和经济价值。

使用优质绢云母粉是提高防腐涂料和外墙涂料等品质和性能的重要手段。

在涂装过程中，绢云母晶片在漆膜固化前受到表面张力的作用而躺下，自动形成互相平行，而且与漆膜表面也平行的结构。

这样的层层排列，其取向正好与腐蚀性物质穿透漆膜的方向相垂直，阻隔作用的发挥最为充分。

2、改善漆膜的物理机械性能使用绢云母粉可以改善漆膜的一系列物理机械性能。

其中的关键是填料的形态学特征，即片状填料的径厚比和纤维状填料的长径比，颗粒装填料如同混凝土中的沙石，起到钢筋的增强作用。

3、提高漆膜的抗磨性能树脂本身的硬度都有限，而不少填料的强度也不高（如滑石粉）。

相反，绢云母是花岗岩的成分之一，其硬度和机械强度很大。

所以，涂料中加入绢云母粉作填料，其抗磨性能可明显提高。

车用涂料、路面涂料、机械防腐涂料、墙面涂料大多使用绢云母粉。

4、绝缘性能绢云母具有极高的电阻，本身就是最优异的绝缘材料。

与有机硅树脂或有机硅硼树脂形成复配物，遇到高温时转化为机械强度和绝缘性能良好的陶瓷性物质，因此用这类绝缘材料制成的电线、电缆，即使在火灾中烧毁之后，仍然保持原有的绝缘状态。

这对于矿井、隧道、特殊建筑物、特殊设施等，是非常重要的。

5、阻燃绢云母粉是很有价值的阻燃填料，如果配合有机卤阻燃剂，可制得阻燃性和防火性涂料。

6、抗紫外、红外线性能绢云母具有优异的屏蔽紫外线和红外线等的性能。

所以在户外用涂料中添加湿法绢云母粉，就可以大幅度提高漆膜的抗紫外线性能，延缓漆膜的老化。

它的屏蔽红外线的性能被用于配制保温、隔热材料（如涂料）。

7、热辐射和高温涂料绢云母有良好的红外辐射能力，如与氧化铁等配合，可以造成优异的热辐射效果。

8、隔音减震作用绢云母能显著改变材料的一系列物理模量，形成或改变材料的粘弹性。

这类材料高效率地吸收振动能量、削弱震动波和声波。

另外，震动波和声波在云母晶片之间形成反复反射，也造成削弱其能量的作用。

绢云母粉也被用来配制消声、隔音、减震涂料。

应用
在材料领域的应用超细粉体在材料领域应用广泛。

如磁性材料、隐身隐形材料、高耐磨及超塑材料、新型冶金材料及
建筑材料。

利用超细陶瓷粉可制成超硬塑性抗冲击材料 ,可用其制造坦克和装甲车复合板 ,这种复合板较普通坦克钢板重量轻30 %～50 % ,而抗冲击强度较之提高 1～3 倍 ,是一种极好的新型复合材料[2] 。

将固体氧化剂、炸药及催化剂超细化后 ,制成的推进剂的燃烧速度较普通推进剂的燃烧速度可提高 1～ 10 倍[3] ,这对制造高性能火箭及导弹十分有利。

在化工领域的应用将催化剂超细化后可使石油的裂解速度提高 1 ～5 倍 ,赤磷超细化后不仅可制成高性能燃烧剂 ,而且与其它有机物反映可生成新的阻燃材料。

油漆、涂料、染料中固体成分超细化后可制成高性能高附着力的新型产品。

在造纸、塑料及橡胶产品中 ,其固体填料如 :重质碳酸钙、氧化钛、氧化硅等超细化后可生产出高性能的铜板纸、塑料及橡胶产品。

在生物医药领域的应用医药经超细化后 ,外用或内服时可提高吸收率、疗效及利用率 ,适当条件下可改变剂型 ,如微米、亚微
米及纳米药粉可制成针剂使用[4] 。

在医疗诊断方面可将超细粉经适当处理后注入或服入人体内进行各种病理诊断。

南京理工大学超细粉体与表面科学技术研究所已成功地为上海 XX医药公司、常州XX公司及浙江 XX公司等单位生产了大量超细硫糖铝及超细阿基诺维奇等药 ,产品性能提高 ,达到国际标准 ,因而大量出口创汇 ,价格显著提升 ,产生了良好的经济效益和社会效益。

在中医药保健食品中的应用超细粉体技术扩展到中草药及保健食品中 ,扩大了人类的食品源 ,使得有营养 ,但因无法直接被人体吸收的植物变成了高档的营养性保健食品。

经超细化的中药材大大提高了有效成分的溶出速度和利用率 ,且服用方便 ,避免了繁杂的煎煮。

再如茶叶、灵芝、孢子、花粉、螺旋藻、蔬菜、水果、珍珠、蚕丝、人参、贝壳、蛇、蚂蚁、甲鱼、动物和鱼类的鲜骨及脏器的超细化 ,都为人类提供了大量的新型纯天然高吸收率的保健食品。

目前南京理工大学超细粉体与表面科学技术研究所已成功的研制出粉碎上述物料的技术 ,并可使灵芝孢子、花粉在常温下 100 %破壁。

近几年来已在全国建成了多条生产线 ,利用该技术已取得了很好的社会效益和经济效益。

在日用化工领域的应用在美容、护肤、化妆品方面超细粉体的作用十分重要。

如护肤防晒膏中 ,加入超细蚕丝粉具有良好的防紫外线作用。

由于它是一种含有大量蛋白质的天然有机物 ,进入皮肤毛孔后 ,易被内分泌物溶化吸收 ,不仅不堵塞皮肤毛孔而且还会起到一定的营养皮肤的作用。

这种新型产品研究成功的关键是如何
采用超细粉体技术及设备将极难超细化的蚕丝纤维粉碎到 5μm 以下 ,使毛孔内分泌物快速溶化。

南京理工大学超细粉体与表面科学技术研究所成功地研究出了 d50 < 5μm 的超细蚕丝粉、超细珍珠粉 ,用其制成的珍珠粉饼和珍珠丝素粉饼受到了用户的欢迎 ,养颜美容护肤效果十分好。

在废弃物再生与综合利用方面的应用废地毯、废电缆、废汽车轮胎等如何再生利用是环保的需要 ,也是经济建设的需要。

将这些废物回收处理再利用已成为各界关注的课题。

将废物粉碎处理 ,制成各类材料 ,针对环境与资源的综合利用课题 ,越来越被国内外研究机构重视 ,有关这类的研究报道逐年增加。

如炉渣的粉碎 ,作为填料加入建筑材料中 ,不仅减轻重量而且经济耐用。