粉体表面改性

粉体表面改性学习报告

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。

2．颗粒状态易于流动，具有与液体相类似的流动性。

3．实现分散、混合、均质化控制材料的组成与构造。

4．易于成分分离，有效地从天然资源或废弃物中分离有用成分。

5. 由于比表面积大，因此粉体粒子容易聚集，吸附。

6. 具有与气体相类似的压缩性，具有固体的抗变形能力。

因此，利用这些特点，对矿物粉体进行表面改性，然后运用于农业、化工、造纸、塑料、橡胶、涂料等产品中。特别是经过改性的矿物粉体用于有机物填料不仅可以降低材料的成本，而且还可以改善材料的各方面性能。常用的矿物填料有碳酸钙、云母、硅灰石、滑石、高岭土、等因为具有独特的物理化学性质，能改善聚合物的物理性能、力学性能、加工性能和热性能，在聚合物中的应用发展很快。无机填料在聚合物中的作用，概括起来就是增量、增强和赋予新功能，但是由于无机填料与高聚物的相容性差，如果直接添加，会造成分散不均，甚至引起应力集中，降低材料的力学性能，这些弊端不但限制了填料在聚合物中的添加量，而且还严重影响制品性能，所以通过对无机填料进行表面改性，改变了无机填料原有的表面性质，改善无机填料与聚合物的亲合性，相容性，以及加工的流动性，分散性，还可以提高填料与聚合物相界面之间的结合力，使聚合物材料的综合性能得到显著提高，从而使非功能的无机填料转变为功能无机填料。近年来，随着聚合物的迅猛发展无机填料的表面改性也受到了前所未有的关注。

一、无机粉体表面改性机理

由于无机矿物材料是极性或强极性的亲水旷物，而有机高聚物基质具有非极性的疏水表面，彼此相容性差，通常无机矿物材料难以在有机基体中均匀分散，因此如果过多地或者直接将无机矿物材料填充到有机基体中，容易导致复合材料的某些力学性能下降甚至出现脆化等问题。无机粉体表面改性是利用粉体表面的活性基团或电性与某些带有两性基团的小分子或高分子化合物( 表面改性剂) 进行复合改性，使其表面性质由疏水性变为亲水性或由亲水性变为疏水性，从而改善粉体粒子表面的浸润性，增强粉体粒子在介质中的界面相容性，使粒子容易分散在水中或有机化合物中。粉体表面改性是材料制备工程的重要手段，也是新材料、新工艺和新产品开发的重要内容，通过粉体表面改性可以提高粉体材料的附加价值、扩大产品的用途并且开发新的产品。如滑石粉可作为塑料填料，提高塑料制品的电绝缘性、抗酸性耐火性等; 云母可作为塑料增强填料，提高塑料制品的弯曲弹性模量和拉伸弹性模量;高岭土具有优良的电绝缘性能和一定的阻燃作用，可作为聚氯乙烯等聚烯烃绝缘电线包皮; 石英对热塑性树脂和热固性树脂具有较高的补强作用，并且能提高制品的刚硬度，对提高塑料制品的电绝缘性也能起一定的作用; 金红石型二氧化钛作为塑料填料可增大光的反射率，起到光屏蔽剂的作用。赤泥、粉煤灰均为塑料填料，既可消除污染，又可降低成本。目前无机粉体表面改性技术在保证改性效果的前提下力求降低成本，并根据无机粉体的具体情况，如粒度大小、颗粒分布、表面极性、浸润性、电性、酸碱性以及应用目的和要求等来选择适当的表面改性剂和相应的改性工艺。由于无机粉体种类的多样性以及表面改性剂的不断更新，无机粉体改性的方法很多。根据表面改性剂和粉体粒子之间有没有发生化学反应，可以将无

机粉体表面改性方法分为表面物理改性和表面化学改性两大类。

二、无机填料的表面改性方法

无机填料的表面改性方法按作用效果或实施改性的手段等进行分类，可分为物理法、化学法和机械力化学法三大类。

物理法:

凡是不用表面改性剂而对填料实施表面改性的方法,都可归于物理法,例如高聚物涂敷改性和高能改性方法等。涂敷改性是借助粘附力用高聚物或树脂等对粉体进行包覆改性的方法高能表面改性是利用等离子体、电晕放电、紫外线等手段对填料进行表面改性的方法。该方法改性效果好,但工艺复杂,成本高,目前在工业生产中还无法应用。

化学改性：

利用各种表面改性剂或化学反应对填料进行表面改性的方法,通称为化学法。目前用得最多的表面改性剂是表面活性剂和偶联剂。两者的改性机理很相似,都是处理剂分子一端的极性基团与填料表面发生物理吸附或化学反应而连接在一起,而另一端的亲油性基团能与树脂基体进行物理缠绕,从而在无机填料和有机高聚物之间架起一座分子桥，增强了高聚物基体和填料之间的相互作用,改善了制品性能。

常用的偶联剂有硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类、硼酸酯类、磷酸酯类和锆铝酸酯类等,常用的表面活性剂为硬脂酸及其盐类、酯类等。一般说来,偶联剂种类多,适用范围广,改性效果较好,但价格昂贵。

机械力化学改性法：

通过粉碎、磨碎、摩擦等机械方法,使填料晶格结构、晶型等发生变化,体系内能增大,温度升高,促使粒子融解、热分解,产生游离基或离子,增强填料表面活性,促使填料和其它物质发生化学反应或相互附着,达到表面改性的目的,这种表面改性方法即为机械力化学改性。

在我国现阶段的生产实践中,物料的超细粉碎和表面改性是两道独立的工序,而机械力化学改性可使超细粉碎和表面改性合二为一,能大大地简化生产工艺，降低生产成本,被认为是一种最具应用价值的高效改性方法,我国在这方面的研究刚刚起步。

2 表面物理改性

所谓表面物理改性是通过分子间作用力( 如

范德华力、氢键等) 将无机或有机表面改性剂吸

附到无机粉体粒子表面，在粉体粒子表面形成包

覆层，以降低粉体的表面张力，改变粉体粒子的表

面极性，减少粉体粒子之间的团聚作用，从而达到

均匀稳定分散粉体粒子的目的。

2．1 物理涂覆

物理涂覆是一种对无机粉体表面进行简单改

性的工艺方法。它主要是利用表面活性剂、水溶

性或油溶性高分子化合物及脂肪酸等对粉体表面

进行“覆膜”处理而达到表面改性的目的。经过

物理涂覆以后，无机粉体的胶结能力、强度、耐高

温能力等均有明显改善〔1 －3〕。用荧光涂料涂覆的石英砂可作为示踪矿物，代替同位素示踪粒子，并

且对生物体没有损害。张巨先等〔4〕利用非均匀

成核法在纳米SiC微粒表面均匀涂覆一层

Al( OH)

3

，涂覆后的SiC粒子表面性质被改变，在

1 000 ℃以下具有很强的抗氧化能力，其水悬浮

液表现出类似Al2O3

胶体的性质，分散状况得到

了改善。吕庆淮等〔5〕研究发现复合颗粒肥料外

表面用液体石蜡包膜后再涂覆重质碳酸钙粉体可

以提高肥料颗粒的分散性，有效地防止其在运输

过程中结块。

2．2 表面活性剂改性

表面活性剂包含疏水基和亲水基，是极少数

能显著改变物质表面或界面性质的物质，具有两

个基本特点: ( 1) 在物质表面或两相界面容易定

向排列，使其表面性质或界面性质发生显著变化; ( 2) 在溶液中的溶解度很低，在通常使用浓度范

围内大部分以胶团( 缔合体) 状态存在，使其表面

张力显著下降。

在进行无机粉体表面物理改性时，表面活性剂

主要是依靠吸引作用、静电吸附沉积作用或直接包裹到粉体颗粒表面，从而达到表面改性的目的。Bijsterbosch等〔6〕对水性溶液中聚氧化乙烯和聚丙烯酰胺的接枝共聚物在钛和硅上的不同吸附行为

进行了探索，为学者们研究无机粉体表面活性剂改性提供了理论支持。Somasundaran〔7〕研究发现表面改性的效果决定于表面活性剂和聚合物在液/固

界面上的吸附行为。张颖等〔8〕用十二烷基苯磺酸钠( SDBS) 对表面包覆Al( OH)

3

的纳米SiO2

改性

后，纳米SiO2

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

触角可达116°，TiO2

粉体的亲油性明显提高。李

远等〔10〕研究发现使用高分子型超分散剂对纳米碳酸钙在聚丙烯( PP) 中的分散效果显著提高。

2．3 高能表面改性

利用紫外线、红外线、电晕放电和等离子体照

射等方法对无机粉体进行表面处理的方法称为高

能表面改性。Sugiyama〔11〕将CH4

与H2

的混合气

体通入微波等离子体反应器对TiO2

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

，在降解亚甲基兰染料时显示出

良好的可见光催化活性。郑晓降〔13〕发现经

ArC3H5

低温等离子体处理后的CaCO3

粒子表面

存在非极性有机层作为界面相，从而降低了

CaCO3

的极性，提高了其与PP 的相容性，与未经

处理的CaCO3

相比，改善了CaCO3

与PP 的界面

粘结性。王怀法等〔14〕认为电子束辐射可以在颗

粒体内部形成大能量释放和电击穿，造成微观缺

陷及显微裂隙，从而强化颗粒的磨碎过程，以达到

表面改性的目的。

如果将高能表面改性与其他表面改性方法并

用，效果会更好，但是由于高能改性方法技术复

杂、成本较高，目前在粉体表面处理方面的应用并

不多。

2．4 胶囊化改性

胶囊化改性是现代医药领域最先采用的技

术，最初是由为了满足药品药效的缓释性需求而

出现的固体药粉胶囊化发展而来的。胶囊化改性

是在粉体颗粒表面上覆盖均质而且有一定厚度的

薄膜，它的特点是能够将液滴固体( 胶囊) 化。胶

囊化改性的实例很多〔15 －19〕，如采用原位聚合法可以制备聚甲基丙烯酸酯包覆的钛白粉胶囊改性粉

37

黎明职业大学学报2011 年3 月

体，利用高速气流冲击法可以实现聚甲基丙烯酸

甲酯( PMMA) 在尼龙－12 上、SiO2

在聚乙烯上、

二氧化钛和含氟石墨在尼龙－12 上的包覆。经

过微小颗粒胶囊化改性不仅可以制备出无机/有

机复合胶粒，改变颗粒的性质，还可以实现胶囊的缓释作用，拓宽无机粉体的应用范围〔20〕。

3 表面化学改性

所谓无机粉体表面化学改性是指通过无机粉

体粒子表面和表面改性剂之间的化学吸附作用或

化学反应，改变粒子的表面结构和状态，从而达到表面改性的目的。表面化学改性法是目前最常用

的表面改性方法，在无机粉体粒子表面改性技术中占有极其重要的地位。超细无机粉体颗粒比表面

积大，表面键态、电子态与粒子内部不同，配位不全等都为用化学方法对无机粉体粒子进行表面改性

提供了有利条件。通常，表面改性剂一端为极性基团，能与粉体表面发生化学反应而连接在一起，另一端的非极性基团能与基体形成物理缠绕或是发

生化学反应，从而改变无机粉体的分散性，改善制品的性能。

3．1 表面沉积法

表面沉积法是利用无机化合物在颗粒表面进

行沉淀反应，从而在颗粒表面形成一层或多层

“包覆”或“包膜”，以达到改善粉体表面性质的目的。这种方法一般采用湿法工艺，具有如下优点: ( 1) 所使用的工艺和设备较简单，便于工业化生

产; ( 2) 可以实现不同组分之间在分子/原子水平

上的均匀混合，精确控制各组分的含量; ( 3) 所需

粉体的纯度、相组成、颗粒大小、晶粒大小和分散性均可以通过控制沉淀条件及沉淀物的煅烧程度

来实现。因此，近年来采用表面沉积法对无机粉

体进行表面改性已经引起了材料科学界的广泛关注，并且得到迅速地发展。

Navio等〔21〕用Fe( OH)

3

胶体包覆纳米TiO2

，由

于外层膜阻止了电子空穴对与水和氧气的结合，从而降低了纳米TiO2

的光化学性能，进而提高了产品

的耐候性。Fabrice等〔22〕用Y( NO3

)

3·6H2O 和

La( NO3

)

3·6H2O作为共沉淀剂对Si3N4

进行表面改

性，改性后的Si3N4

悬浮液的电动力学行为同包覆剂

的种类、溶解性有很大关系，同时该粉末的表面性质

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%。

3．2 化学包覆

化学包覆是利用表面化学方法对颗粒表面进

行局部包覆，使颗粒表面有机化，从而对无机粉体

颗粒表面进行改性的方法。这种方法主要是利用

官能团反应、游离基反应、整合反应、溶胶吸附等

对无机粉体进行表面包覆改性。对无机粉体进行

化学包覆改性之后，可以改善其在高分子聚合基

体中的分散性、相容性等，大大拓宽其应用范围。

化学包覆所用的表面改性剂种类很多，如偶联

剂、表面活性剂等。其中，偶联剂改性适用于各种

不同的有机高聚物和无机填料的复合材料体系，这

是因为偶联剂是具有两性结构的化学物质，其分子

中的一部分基团可以与粉体表面的各种官能团反

应，形成强有力的化学键，另一部分基团可以与有

机高聚物基料发生化学反应或物理缠绕，从而将两

种性质差异很大的材料牢固结合起来，使无机粉体

和有机高聚物分子之间建立起特殊的“分子桥”，

从而改善无机粉体的分散性。常用的偶联剂有硅

烷偶联剂〔26 －28〕、钛酸酯偶联剂〔29 －30〕、铝酸酯偶联剂〔31 －33〕、锆铝酸盐偶联剂等。而表面活性剂改性

是利用其分子中的某个基团和无机粉体表面的各

种官能团发生反应，形成稳定的化学键，从而改变

粉体的表面性质。常用的表面活性剂有高级脂肪

酸及其盐〔34 －35〕、聚乙二醇( PEG)〔36〕、磷酸酯〔37〕、不饱和有机酸〔38〕等。虽然表面改性剂的选择范围较

大，但具体选用时要综合考虑无机粉体的表面性

质、改性产品的用途、质量要求、处理工艺以及表面

改性剂的成本等诸多因素。

3．3 机械力化学

机械力化学是在20 世纪初由德国学者Wilhem Ostward提出的。由于机械力的作用，颗粒出

现无定形化、晶格畸变、晶型转变、结晶构造整体

结构变形等现象，同时由于体系内能增大，温度升高，可能伴随游离基的形成，表面自由能增大，出

现外激电子放射以及等离子区等现象，使得颗粒

处于亚稳的高能态。此时如果利用特定的设备和

方法，使处于这种高能状态的粒子与基体高聚物

38

第1 期黄颖芬: 无机粉体表面改性方法综述

相结合，那么无机粉体颗粒就可以不经表面改性

剂改性而直接“嵌入”到基体中。丁浩、卢寿慈

等〔39〕认为，机械力化学改性有两层含义: ( 1) 利用矿物超细粉碎过程中机械应力的作用激活矿物表

面，使表面晶体结构与物理化学性质发生变化，从

而实现应用需要; ( 2) 利用机械应力对表面激活

作用和由此产生的离子或游离基引发单体烯烃类

有机物聚合，或使偶联剂等表面改性剂高效附着

从而实现改性。目前，能对粉体物料进行机械力

化学作用的粉碎设备主要有球磨机、气流磨、高速

机械冲击式球磨机等。

但是，仅仅依靠机械激活作用进行表面改性

处理很难满足应用领域对粉体表面物理化学性质

的要求。如果在粉碎过程中添加表面改性剂及其

他有机化合物，那么机械激活作用可以促进这些

有机化合物分子在无机粉体表面发生化学吸附或

化学反应，达到粒度减小和表面有机化双重目的。

此外，还可以在无机粉体物料的粉碎过程中添加

另一种无机物或金属粉，使无机核心材料表面包

覆另一种无机物粉体或金属粉体或者发生机械化

学反应生成新相，如将石英和方解石一起研磨时

可生成CO2

和少量CaO、SiO2

等。

3．4 单体吸附包裹后聚合

所谓单体吸附包裹后聚合是先把单体吸附在

微粒表面，再进行引发聚合，形成聚合物包覆层，

从而改变无机粉体的表面性质。Oyama等〔40〕进

行了SiO2

颗粒表面包覆聚二乙烯基苯( PDVB) 的

研究，先将SiO2

用偶联剂，如4 －乙烯吡啶或1 －

乙烯－2 －吡咯烷酮处理，再和PDVB 单体及自由

基引发剂混合引发聚合，然后测定改性后SiO2

的

电泳移动性，证实SiO2

颗粒表面发生了变化。若

“核层”颗粒具有催化活性可以引发吡咯单体的

聚合反应，则可不必使用引发剂〔41〕。如将SiO2

修饰的α－Fe2O3

及CeO2

放置在乙醇/水介质

中，加热到100 ℃，可使粉体表面形成聚吡咯包覆层，经过改性的α－Fe2O3

颗粒具有导电性。贺拥

军等〔42〕通过分散聚合反应在碱式碳酸铜微球表

面锚接聚苯乙烯纳米粒子以调节其亲水、亲油性，

结果表明锚接的聚苯乙烯纳米粒子尺寸愈大，所

得的改性碱式碳酸铜微球疏水性愈强。陈平、杜

惠等〔43〕指出在有纳米粒子存在的情况下发生乳

液聚合，将形成无机粒子被聚合物包裹的核/壳结构，可达到改变纳米粒子表面性质的目的。余江

涛等〔44〕研究发现通过原位乳液聚合的方法可以

得到TiO2 －St －Ba 复合粒子，该复合粒子的表面性质由亲水转变为亲油，在塑料、化纤、涂料以及

化妆品中都有很好的分散性。

4 小结与展望

无机粉体表面改性已经成为当今粉体材料学

发展的主要方向之一，也是粉体材料由科研阶段

向工业应用过渡的重要环节。现代高新技术和新

材料的发展，尤其是功能性复合材料、新型高分子

材料、特种涂料以及生物化学材料的发展为无机

粉体表面改性的发展提供了坚实的基础。无机矿

物粉体的表面改性满足了现代高分子材料、高聚

物基复合材料、胶粘材料、功能化纤维以及提高涂

料综合性能的需求，据估计，仅仅在塑料工业中，

经过表面改性处理的无机填料的用量今后将以每

年约10%以上的速率增长，其增长速度明显高于

普通无机填料。由于大多数改性后的粉体物料只

是作为一种填料、颜料或其他性质及功能的原料，

并非最终的材料或制品，因此粉体表面技术也将

不断发展和提高以灵活适应相关应用领域的发展

和现代科学技术日新月异的变化。目前普遍认为

未来无机填料发展的三大方向是粒径微细化、表

面活性化、结构复杂化。因而“复合”处理工艺，

即将复合、超细粉碎、表面改性在同一工艺或系统

中完成，将成为未来无机粉体加工技术的主要发

展趋势。

粉体表面改性设备介绍

粉体表面改性设备

中国粉体表面改性设备种类很多，例如高速混合机、捏合机、密炼机、开炼机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机等，但这些设备大多从化工机械借用过来。存在许多严重问题，针对这些问题，近年来有了许多改进和进展，本文重点介绍引进国外机型和对高冷搅机组进行的改进。 现状粉体表面改性设备，主要担负三项职责，一是混合，二是分散，三是表面改性剂在设备中熔化和均匀分散到物料表面，并产生良好的结合。由于混合物的种类和性质各不相同，混合、分散和表面改性要求的质量指标也不相同，因而出现多种性质不同的改性设备，而这些设备又多为借用，因而并不能很好地完成改性任务。主要使用的改性设备为： •。重力混合器 •。气动混合器 •。转鼓式混合机 •。v型混合机 •。Z型混合机 •。高速混合机及高速混合机和冷却混合机组(简称高冷搅机组) •。开炼机 •。密炼机 •。混炼型单螺杆挤出机，布斯混炼机 •。双螺杆挤出机以及静态混合器，空腔混合器，和拉伸混合器等。 这些设备存在的主要问题是： ①多数是间歇式的，连续式设备如单、双螺杆挤出机大都是直线运动式，混合效果差。存在产量低，能耗大，工人劳动强度高，易造成环境污染等问题。

②升温慢，改性时间长，相反改性剂用量大，改性效果差。 ③比较而言，高冷搅机组价格低、耐用、易操作、改性效果好。 ④与国外设备相比，差距明显，主要表现在连续性和改性效果方面。 可以说，中国的粉体表面改性设备的落后，严重制约表面改性深加工技术的发展。已经到了非改不可的地步。 从90年代开始，一些科技人员就着手对改性设备进行改革、到2002年已经取得阶段性成果。 这些阶段成果包含两个方面： ①引进国外连续改性机型 ②对高冷搅机组进行改革 引进国外机型 引进、吸收、消化国外先进设备，是现阶段我们的主要手段之一。改性设备也不例外，现在由大专院校、科研单位与生产企业共同引进开发的改性设备已经问世，且价格大大低于直接购买的国外同类设备。 1、PS系列粉体表面改性机 由原武汉工业大学北京研究生部非矿所和青岛青矿矿山设备有限公司共同开发研制成功的PSC系列粉体表面改性机是表面化学改性的专用设备，它具有设计先进，科学，能连续生产，产量高，能耗低，自动化程度高，工人劳动强度低，无粉尘污染，且表面改性剂用量少，包覆率高等特点。 ①PSC表面改性性能结构特征： 本机由给料输送、主机、改性剂供给、排料、成品输送、成品收集仓、加热、给风、除尘等系统构成。

高分子材料中粉体表面改性的作用

超细粉体材料进行表面改性的作用分析 （上海汇精亚纳米新材料有限公司刘涛） （凤阳汇精纳米新材料科技有限公司） 高新技术的发展对材料的要求越来越高，而材料又是技术进步的关键和后盾。随着科技的发展，我们经常需要既能适应高温、高压、高硬度条件的材料，又具有能发光、导电、电磁、吸附等特殊性能的材料。因此，对材料特殊性能及品质要求的提高，为适应发展需要，人们不断地开发超微细粉体这一新兴填料体系。但由于超细粉体间普遍存在着范德华力（分子间作用力）、库仑力(静电力)，粉体的细化过程实质上是以粒子的内部结合力不断被破坏，体系总能量不断增加的过程。因此从热力学角度来看，超细粉体有自发凝聚的倾向，而且颗粒越细小，团聚越严重。因此如何使团聚解聚，使颗粒均匀分散成为超细粉体材料得到很好应用的首要问题。研究表明，影响超细粉体分散的主要原因是：1：液桥力（液体的表面张力）：当粉体受潮时，此力最大；2：范德华力；3：库仑力，不同电荷吸引力是粉体团聚的第三大因素。而对于超细粉体在高分子材料中的分散，一是常温下的分散混合，二是熔融状态下的分散混合，这两个过程都要求做到分散均匀。表面改性就是指在保持材料或制品原性能的前提下，赋予其表面新的性能，如生物相容性、抗静电性能、染色性能及良好的分散性能等。汇精公司粉体材料的表面改性产品就是用偶联剂及表面活性剂在粉体表面进行，其可以降低粉体表面能，提高相容性，阻止或减轻团聚体的形成，提高其分散性，并使得粉体在高分子材料中得到迅速、均匀的分散。若超细粉体不加任何处理就加入到高分子材料中去，材料与聚合物之间就会存在明显的界面，如果在基体树脂中存在的许多空洞，在外力作用下能承受外力的有效截面积减少，填充材料的力学性能就会变差。因此超细粉体在表面处理水份控制以及选择合适的表面改性剂是非常关键的。 上海汇精亚纳米新材料有限公司、凤阳汇精纳米新材料科技有限公司利用自身丰富粉体应用技术资源，采用专业的配方，使用SLG加热式连续性表面改性机对超细粉体材料进行表面改性处理，使得超细粉体材料在各行业的使用性能得到大大提升，更赋予它新的功能；使得超细粉体的各项性能得到更好的发挥，适应了时代发展的趋势需求。

SLG 型连续式粉体表面改性机应用研究

SLG型连续式粉体表面改性机应用研究 郑水林1李 杨2骆剑军3 1.中国矿业大学北京校区，北京 100083； 2.北京工业大学； 3.江阴市启泰非金属工程有限公司 摘 要：在论述粉体表面改性设备应具备的工艺特性的基础上，介绍了新研制开发的SLG型连续式粉体表面改性机的结构、工作原理、性能特点以及在重钙、轻钙、纳米氧化锌、纳米碳酸钙、煅烧高岭土等无机粉体表面改性中的应用。工业应用结果表明，SLG型连续式粉体表面改性机对粉体和表面改性剂具有良好的分散性，能使它们充分和机会均等地接触，对粉体，特别是对超细粉体和无机纳米粉体的表面改性或处理效果较好，且能耗低、无粉尘污染、操作简单、运行平稳。 关键词：粉体 表面改性 改性机 超细粉体 纳米粉体 在现代有机/无机和无机/无机复合材料中，广泛应用各种无机粉体原(材)料。这些粉体原料的分散性及与有机基料或其它无机组份的相容性，对复合材料的性能，尤其是力学性能有重要的影响。而且，随着粉体制备技术向亚微米及纳米尺度推进，解决粉体的团聚问题就成为其应用的关键。此外，随着对粉体材料功能性要求的提高，粒子表面性能的优化和设计也越来越重要。因此，现代粉体材料，尤其是超细和纳米粉体材料的表面改性或表面处理技术，已成为重要和必需的粉体深加工技术之一。 粉体的表面改性或表面处理技术，包括表面改性方法、工艺、表面改性剂及其配方、表面改性设备等。其中在表面改性工艺和改性剂配方确定的情况下，表面改性设备的优劣就成为粉体表面改性或表面处理的关键。性能好的表面改性设备应具备以下基本工艺特性：①对粉体及表面改性剂的分散性好；②粉体与表面改性剂的接触或作用机会均等；③改性温度可调；④单位产品能耗低；⑤无粉尘污染；⑥操作简便、运行平稳。 我国粉体表面改性技术的发展较晚，在2000年之前基本上无专业化的表面改性设备。除湿法改性之外，干法改性大多采用塑料加工行业的高速加热混合机或其它带导热油加热的混合设备。由于不是针对粉体表面改性处理，尤其是不是针对超细和纳米粉体表面改性设计的，这些设备难以满足超细粉体表面改性的要求。在这种背景下，原武汉工业大学北京研究生部与江阴市启泰非金属工程设备有限公司合作研制开发了专门针对超细粉体表面改性或表面

非金属矿物粉体表面改性技术探讨

非金属矿物粉体表面改性技术探讨 发表时间：2018-07-26T10:08:10.707Z 来源：《基层建设》2018年第15期作者：张仕奇张君杰张扬[导读] 摘要：表面改性是进行非金属矿物材料性能优化的关键技术，本文对非金属矿物分体表面改性的方法和表面改性工艺进行了分析。 内蒙古科技大学内蒙古自治区包头市昆都仑区 014010 摘要：表面改性是进行非金属矿物材料性能优化的关键技术，本文对非金属矿物分体表面改性的方法和表面改性工艺进行了分析。 关键词：非金属矿物；表面改性；技术 随着新型复合材料的兴起，非金属矿物表面改性技术也得到了快速的发展，表面改性是非金属矿物材料必须的加工技术，通过表面改性能够使材料的性能和应用价值得到极大的提升。 1 表面改性方法 表面改性的方法很多，能够改变非金属矿物粉体表面或界面的物理化学性质的方法，如表面物理涂覆、化学包覆、无机沉淀包覆或薄膜、机械力化学、化学插层等可称为表面改性方法。目前工业上非金属矿物粉体表面改性常用的方法主要有表面化学包覆改性法、沉淀反应改性法和机械化学改性法及复合法。 （1）表面化学包覆改性法：是目前最常用的非金属矿物粉体表面改性方法，这是一种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的方法。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。改性工艺可分为干法和湿法两种。 （2）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”的粉体表面改性方法。粉体表面包覆纳米Ti02、ZnO、CaC03等无机物的改性，就是通过沉淀反应实现的，如云母粉表面包覆TiO2制备珠光云母颜料、钛白粉表面包覆Si02和A1203。 （3）机械力化学改性法：是利用超细粉碎过程及其他强烈机械力作用有目的地激活颗粒表面，使其结构复杂或无定形化，增强它与有机物或其他无机物的反应活性。机械化学作用可以增强颗粒表面的活性点和活性基团，增强其与有机基质或有机表面改性剂的使用。以机械力化学原理为基础发展起来的机械融合技术，是一种对无机颗粒进行复合处理或表面改性，如表面复合、包覆、分散的方法。 （4）化学插层改性法：是指利用层状结构的粉体颗粒晶体层之间结合力较弱（如分子键或范德华键）或存在可交换阳离子等特性，通过化学反应或离子交换反应改变粉体的性质的改性方法。因此，用于插层改性的粉体一般来说具有层状或似层状晶体结构，如蒙脱土、高岭土等层状结构的硅酸盐矿物或粘土矿物以及石墨等。用于插层改性的改性剂大多为有机物，也有无机物。 （5）复合改性法：是指综合采用多种方法（物理、化学和机械等）改变颗粒的表面性质以满足应用的需要的改性方法。目前应用得复合改性方法主要有物理涂覆/化学包覆、机械力化学/化学包覆、无机沉淀反应/化学包覆等。 2 表面改性工艺 表面改性工艺依表面改性的方法、设备和粉体制备方法而异。目前工业上应用的表面改性工艺丰要有干法工艺、湿法工艺、复合工艺三大类。干法工艺根据作业方式的不同又可以分为间歇式和连续式；湿法工艺又可分有机改性工艺和无机改性工艺；复合工艺又可分为物理涂覆／化学包覆、机械力化学／化学包覆、无机沉淀反应／化学包覆工艺等。 （1）干法工艺：是一种应用最为广泛的非金属矿物粉体表面改性工艺。目前对于非金属矿物填料和颜料，如重质碳酸钙和轻质碳酸钙、高岭土与煅烧高岭土、滑石、硅灰石、硅微粉、玻璃微珠、氢氧化铝和轻氧化镁、陶土、陶瓷颜料等，大多采用干法表面改性工艺。原因是干法工艺简单，作业灵活、投资较省以及改性剂适用性好等特点。其中，间歇式干法工艺的特点是可以在较大范围内灵活调节表面改性的时间（即停留时间），但颗粒表面改性剂难以包覆均匀，单位产品药剂耗量较多，生产效率较低，劳动强度大，有粉尘污染，难以适应大规模工业化生产，一般应用于小规模生产。连续式改性工艺的特点是粉体与表面改性剂的分散较好，颗粒表面包覆较均匀，单位产品改性剂耗量较少，劳动强度小，生产效率高，适用于大规模工业化生产。连续式干法表面改性工艺常常置于干法粉体制备工艺之后，大批量连续生产各种非金属矿物活性粉体，特别是用于塑料、橡胶、胶粘剂等高聚物基复合材料的无机填料和颜料。 （2）湿法表面有机改性工艺：与干法工艺相比具有表面改性剂分散好、表面包覆均匀等特点，但需要后续脱水（过滤和干燥）作业。一般用于可水溶或可水解的有机表面改性剂以及前段为湿法制粉（包括湿法机械超细粉碎和化学制粉）工艺而后段又需要干燥的场合，如轻质碳酸钙（特别是纳米碳酸钙）、湿法细磨重质碳酸钙、超细氢氧化铝与氢氧化镁、超细二氧化硅等的表面改性，这是因为化学反应后生成的浆料即使不进行湿法表面改性也要进行过滤和干燥，在过滤和干燥之前进行表面改性，还可使物料干燥后不形成硬团聚，改善其分散性。无机沉淀包覆改性也是一种湿法改性工艺。它包括制浆、水解、沉淀反应和后续洗涤，脱水、煅烧或焙烧等工序或过程。 （3）机械力化学／化学包覆复合改性工艺：是在机械力作用或细磨、超细磨过程中添加表面改性剂，在粉体粒度减小的同时对颗粒进行表面化学包覆改性的工艺。这种复合表面改性工艺的特点是可以简化工艺，某些表面改性剂还具有一定程度的助磨作用，可在一定程度上提高粉碎效率。不足之处是温度不好控制；此外，由于改性过程中颗粒不断被粉碎，产生新的表面，颗粒包覆难以均匀，要设计好表面改性剂的添加方式才能确保均匀包覆和较高的包覆率；此外，如果粉碎设备的散热不好，强烈机械力作用过程中局部的过高温升可能使部分表面改性剂分解或分子结构被破坏。 （4）无机沉淀反应／化学包覆复合改性工艺：是在沉淀反应改性之后再进行表面化学包覆改性，实质上是一种无机／有机复合改性工艺。这种复合改性工艺已广泛用于复合钛白粉表面改性，即在沉淀包覆SiO2或A1203薄膜的基础上，再用钛酸酯、硅烷及其他有机表面改性剂对Ti02／Si02或A1203复合颗粒进行表面有机包覆改性。 （5）物理涂覆／化学包覆复合改性工艺：是一种物理涂覆的方式，在进行金属镀膜或者覆膜之后，在通过有机化学进行改性的工艺。 参考文献： [1] 刘伯元.中国粉体表面改性（塑料填充改性）的最新进展[C]// 中国建筑材料及非金属矿物加工与检测技术交流大会.建筑材料工业技术情报研究所，2009. [2] 郑水林.粉体表面改性工艺设备及其选择[C]// 中国白色工业矿物技术与市场交流大会.2009.

《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：Surface Modification of powder （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。 1．教学方法：课堂讲授中重点对基本概念、基本原理和基本方法的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力；积极增加课堂教学的趣味性和互动性，充分调动学生学习的主观能动性；注意培养学生独立进行科学研究的能力。讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。 2．教学手段：本课程属于专业课，涉及到许多物粉体表面改性的设备，因此在教学中采用ppt与课堂讲授相结合的教学手段，培养学生浓厚的学习兴趣，确保在有限的学时内，高质量地完成课程教学任务。 （四）对先修课的要求

粉体表面改性复习要点(精简版)

第2章 纳米粉体的分散 1.粉体分散的三个阶段（名词解释） 润湿 是将粉体缓慢加入混合体系形成的漩涡，使吸附在粉体表面的空气或其它杂质被液体取代的过程。 ?解团聚 是指通过机械或超声等方法，使较大粒径的聚集体分散为较小颗粒。 ?稳定化 是指保证粉体颗粒在液体中保持长期的均匀分散 2.常用的分散剂种类 （1）表面活性剂 空间位阻效应 （2）小分子量无机电解质或无机聚合物 吸附－－提高颗粒表面电势 （3）聚合物类(应用最多) 空间位阻效应、静电效应 （4）偶联剂类 3.聚电解质（名词解释） 是指在高分子链上带有羧基或磺酸基等可离解基团的水溶性高分子 4.对不同pH 值下PAA 在ZrO 2表面的吸附构型进行分析。 图.不同pH 值下PAA 在ZrO 2 表 面的吸附构型 a.当pH<4时，PAA 几乎不解离，以线团方式存在于固液界面上，吸附层很薄，几乎无位阻作用 δ δδ

b.随pH值增加，链节间静电斥力使其伸展开 c.ZrO2表面电荷减小直至由正变负，PAA的负电荷量增加，其间斥力增加， 使得PAA链更加伸展，可在较远范围提供静电位阻作用 5.用聚电解质分散剂分散纳米粉体时，影响浆料稳定性的各种因素有哪些？ 1、聚电解质的分子量 当聚电解质分子量过小，在粉体表面的吸附较弱，吸附层也较薄，影响位阻作用的发挥。 分子量过大，易发生桥连或空位絮凝，使团聚加重，粘度增加。 2、分散剂用量 适宜的分散剂用量才可以使分散体系稳定。 用量过低，粉体表面产生不同带电区域，相邻颗粒因静电引力发生吸引，导致絮凝。 用量过高，离子强度过高，压缩双电层，减小静电斥力；同时，还易发生桥连或空缺絮凝，稳定性下降。 3、温度 研究表明，为了获得较好的分散效果（以最低粘度为衡量标准），随温度的升高，所需分散剂的用量随之增加 6.结合下图，分析煅烧为什么能够改善纳米Si3N4粉体的分散性？ 煅烧改善纳米Si3N4粉体的可分散性 ?此前提到，球磨可有效降低粉体的粒度。但球磨过程可能造成分散介质与粉体发生化学反应。 ?以乙醇为介质球磨Si3N4粉体时，表面的Si-OH可能与乙醇反应生成酯。 ?酯基的生成对粉体的分散性影响很大： a、酯基是疏水基团 b、屏蔽负电荷，影响分散剂的吸附 ?采取煅烧去除酯基，可改善其分散性 第3章纳米粉体表面改性（功能化） 1.表面改性有哪些重要应用？ 改善纳米粉体的润湿和附着特性。 改善纳米粉体在基体中的分散行为，提高其催化性能。 改善粉体与基体的界面结合能等。 2.纳米粉体的表面改性方法？ 气相沉积法 机械球磨法 高能量法

粉体表面改性设备

粉体表面改性设备 中国粉体表面改性设备种类很多，例如高速混合机、捏合机、密炼机、开炼机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机等，但这些设备大多从化工机械借用过来。存在许多严重问题，针对这些问题，近年来有了许多改进和进展，本文重点介绍引进国外机型和对高冷搅机组进行的改进。 现状粉体表面改性设备，主要担负三项职责，一是混合，二是分散，三是表面改性剂在设备中熔化和均匀分散到物料表面，并产生良好的结合。由于混合物的种类和性质各不相同，混合、分散和表面改性要求的质量指标也不相同，因而出现多种性质不同的改性设备，而这些设备又多为借用，因而并不能很好地完成改性任务。主要使用的改性设备为： •重力混合器 •气动混合器 •转鼓式混合机 •v型混合机 •Z型混合机 •高速混合机及高速混合机和冷却混合机组(简称高冷搅机组) •开炼机 •密炼机 •混炼型单螺杆挤出机，布斯混炼机 •双螺杆挤出机以及静态混合器，空腔混合器，和拉伸混合器等。 这些设备存在的主要问题是： ①多数是间歇式的，连续式设备如单、双螺杆挤出机大都是直线运动式，混合效果差。存在产量低，能耗大，工人劳动强度高，易造成环境污染等问题。 ②升温慢，改性时间长，相反改性剂用量大，改性效果差。 ③比较而言，高冷搅机组价格低、耐用、易操作、改性效果好。 ④与国外设备相比，差距明显，主要表现在连续性和改性效果方面。 可以说，中国的粉体表面改性设备的落后，严重制约表面改性深加工技术的发展。已经到了非改不可的地步。

从90年代开始，一些科技人员就着手对改性设备进行改革、到2002年已经取得阶段性成果。 这些阶段成果包含两个方面： ①引进国外连续改性机型 ②对高冷搅机组进行改革 引进国外机型 引进、吸收、消化国外先进设备，是现阶段我们的主要手段之一。改性设备也不例外，现在由大专院校、科研单位与生产企业共同引进开发的改性设备已经问世，且价格大大低于直接购买的国外同类设备。 1、PS系列粉体表面改性机 由原武汉工业大学北京研究生部非矿所和青岛青矿矿山设备有限公司共同开发研制成功的PSC系列粉体表面改性机是表面化学改性的专用设备，它具有设计先进，科学，能连续生产，产量高，能耗低，自动化程度高，工人劳动强度低，无粉尘污染，且表面改性剂用量少，包覆率高等特点。 ①PSC表面改性性能结构特征： 本机由给料输送、主机、改性剂供给、排料、成品输送、成品收集仓、加热、给风、除尘等系统构成。 ②工作原理： 粉体原料经给料输送系统被送至主机上方的雾化室，在输送过程中，由给料输送机特设的加热装臵将粉体加热并干燥，与此同时固体状的改性剂在专用加热容器内也被加热熔化至液体状态后经输送管道送至雾化室。 雾化室内设有两组喷嘴，并均通人由给风系统送来之热压力气流，其中一组有四只喷嘴按不同位臵分布于雾化室内壁，其作用是将由给料输送系统送来的粉体物料吹散呈雾状，另一组有一只喷嘴同时与改性剂输送管道相通，将液状改性剂也吹散呈雾状。此时，原料和改性剂形成雾状，由于受到两组喷嘴从不同方向喷射出气流的作用，得以充分的混合，随即进人主机。 主机由高速旋转的主轴、搅拌棒、冲击锤、中间充满循环导热油的夹层简体等部分组成。进入主机内的雾化物料在搅拌棒的高速搅拌下，受到了冲击、摩擦、剪切等诸多力的作用使粉体颗粒与改性剂得到更充分接触、混合。主机夹层内循

粉体表面改性

粉体表面改性学习报告 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。 2．颗粒状态易于流动，具有与液体相类似的流动性。 3．实现分散、混合、均质化控制材料的组成与构造。 4．易于成分分离，有效地从天然资源或废弃物中分离有用成分。 5. 由于比表面积大，因此粉体粒子容易聚集，吸附。 6. 具有与气体相类似的压缩性，具有固体的抗变形能力。 因此，利用这些特点，对矿物粉体进行表面改性，然后运用于农业、化工、造纸、塑料、橡胶、涂料等产品中。特别是经过改性的矿物粉体用于有机物填料不仅可以降低材料的成本，而且还可以改善材料的各方面性能。常用的矿物填料有碳酸钙、云母、硅灰石、滑石、高岭土、等因为具有独特的物理化学性质，能改善聚合物的物理性能、力学性能、加工性能和热性能，在聚合物中的应用发展很快。无机填料在聚合物中的作用，概括起来就是增量、增强和赋予新功能，但是由于无机填料与高聚物的相容性差，如果直接添加，会造成分散不均，甚至引起应力集中，降低材料的力学性能，这些弊端不但限制了填料在聚合物中的添加量，而且还严重影响制品性能，所以通过对无机填料进行表面改性，改变了无机填料原有的表面性质，改善无机填料与聚合物的亲合性，相容性，以及加工的流动性，分散性，还可以提高填料与聚合物相界面之间的结合力，使聚合物材料的综合性能得到显著提高，从而使非功能的无机填料转变为功能无机填料。近年来，随着聚合物的迅猛发展无机填料的表面改性也受到了前所未有的关注。 一、无机粉体表面改性机理 由于无机矿物材料是极性或强极性的亲水旷物，而有机高聚物基质具有非极性的疏水表面，彼此相容性差，通常无机矿物材料难以在有机基体中均匀分散，因此如果过多地或者直接将无机矿物材料填充到有机基体中，容易导致复合材料的某些力学性能下降甚至出现脆化等问题。无机粉体表面改性是利用粉体表面的活性基团或电性与某些带有两性基团的小分子或高分子化合物( 表面改性剂) 进行复合改性，使其表面性质由疏水性变为亲水性或由亲水性变为疏水性，从而改善粉体粒子表面的浸润性，增强粉体粒子在介质中的界面相容性，使粒子容易分散在水中或有机化合物中。粉体表面改性是材料制备工程的重要手段，也是新材料、新工艺和新产品开发的重要内容，通过粉体表面改性可以提高粉体材料的附加价值、扩大产品的用途并且开发新的产品。如滑石粉可作为塑料填料，提高塑料制品的电绝缘性、抗酸性耐火性等; 云母可作为塑料增强填料，提高塑料制品的弯曲弹性模量和拉伸弹性模量;高岭土具有优良的电绝缘性能和一定的阻燃作用，可作为聚氯乙烯等聚烯烃绝缘电线包皮; 石英对热塑性树脂和热固性树脂具有较高的补强作用，并且能提高制品的刚硬度，对提高塑料制品的电绝缘性也能起一定的作用; 金红石型二氧化钛作为塑料填料可增大光的反射率，起到光屏蔽剂的作用。赤泥、粉煤灰均为塑料填料，既可消除污染，又可降低成本。目前无机粉体表面改性技术在保证改性效果的前提下力求降低成本，并根据无机粉体的具体情况，如粒度大小、颗粒分布、表面极性、浸润性、电性、酸碱性以及应用目的和要求等来选择适当的表面改性剂和相应的改性工艺。由于无机粉体种类的多样性以及表面改性剂的不断更新，无机粉体改性的方法很多。根据表面改性剂和粉体粒子之间有没有发生化学反应，可以将无

粉体表面改性的研究进展

粉体表面改性技术的研究进展 姓名：黄政杰 学号：200839110324 专业：无机非金属材料 班级：0803班 早在20世纪50年代，研究人员就已经注意到，对无机颜料，如钛白粉，用二氧化硅或三氧化铝等进行表面复合或者包膜处理可以改善其保光性和耐候性。但是作为技术加工研究表面改性是在近一二十年的事情，尤其是现代有机／无机复合材料、无机／无机复合材料、涂料或涂层材料、吸附与催化材料、环境材料以及超细粉体和纳米粉体的制备和应用具有重要意义。 粉体表面改性的研究进展 粉体工程表面改性或者表面处理与很多学科，如粉体工程，物理化学，表面与胶体化学，有机化学，无机化学，高分子化学，无机非金属材料，高分子材料，复合材料，结晶学，光学，电学磁学等学科密切相关。可以说，粉体表面改性是粉体工程或者颗粒制备技术与其他众多学科相关的边缘学科。粉体工程改性主要包括四个方面。 1粉体改性的原理和方法 2 表面改性剂 3表面改性工艺与设备 4粉体表面改性产品的检测与表征 一粉体表面改性的原理 利用物理、化学机、械等方法对颗粒表面进行处理，根据应用的需要有目的地改变颗粒表面的物理化学性质，如表面晶体结构和官能团表面能、界面润湿性、电性、表面吸附和反应特性等，以满足现代新材料，新工艺和新技术发展的需要。 二表面改性方法 表面改性的方法很多，能够改变非金属矿物粉体表面或界面的物理化学性质的方法，如表面物理涂覆、化学包覆、微胶囊包覆、机械力化学、等可称为表面改性方法。目前工业上非金属矿物粉体表面改性常用的方法主要有表面化学包覆改性法、微胶囊包覆改性法和机械化学改性法及原位聚合改性法。

(1)表面化学包覆改性法：是目前最常用的非金属矿物粉体表面改性方法，这是一种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的方法。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)、高分子分散剂改性和接枝改性。 （2）微胶囊包覆改性法 微胶囊的制备首先是将液体.固体或者气体囊心物质分细，然后以这些微粒为核心，使聚合物成膜材料在其上沉积.涂成形成一层膜，将囊心微粒包覆。依据囊壁形成机制合成囊条件，微胶囊化方法大致分为三类，即化学法（界面聚合法，原位聚合法，锐孔法），物理法（喷雾干燥法，空气悬浮法，真空蒸发沉积法，静电结合法，溶剂蒸发法，包结络合物法，挤压法等）和物理化学法（水相分离法、油相分离法融化分散冷凝法等）。 （3）机械化学改性法 是利用超细粉碎过程及其他强烈机械力作用有目的地激活颗粒表面，使其结构复杂或无定形化，增强它与有机物或其他无机物的反应活性。机械化学作用可以强颗粒表面的活性点和活性基团，增强其与有机基质或有机表面改性剂的使用。以机械力化学原理为基础发展起来的机械融合技术，是一种对无机颗粒进行复合处理或表面改性，如表面复合、包覆、分散的方法。能够对颗粒进行激活的粉碎设备主要有各种类型的球磨机，气磨机和机械冲击式磨机等。 （4）原位聚合改性法 利用粉体在乳液单体中均匀分散，然后用引发剂引发聚合，从而形成带有弹性包覆层的核一壳结构的纳米粒子。由于外层是有机聚合物，所以可以提高粉体与有机物的亲和力再者它是一种内硬外软的核一壳结构的纳米粒子可以填充到塑料或者橡胶中时可以改变它们的力学性能原位聚合改性法可分为无皂乳液聚合包覆法，预处理乳液聚合法和微乳液聚合法等。 三表面改性剂 粉体的表面改性，主要是依靠表面改性剂在粉体颗粒表面的吸附、反应，包覆或包膜来实现的。因此，表面改性剂对于粉体的表面改性或表面处理具前应用的表面改性剂主要有偶联剂、表面活性剂、有机硅、不饱和有机酸及有机低聚物，超分散剂、水溶性高分子等。

SLG型连续式粉体表面改性机应用研究

第25卷增刊非金属矿Vo l 25Special Issue 2002年9月Non M etallic M ines Sep,2002 SLG型连续式粉体表面改性机应用研究 郑水林1 李 杨2 骆剑军3 (1 中国矿业大学北京校区,北京 100083;2 北京工业大学;3 江阴市启泰非金属工程有限公司) 摘 要 在论述粉体表面改性设备应具备的工艺特性的基础上,介绍了新研制开发的SLG型连续式粉体表面改性机的结构、工作原理、性能特点以及在重钙、轻钙、纳米氧化锌、纳米碳酸钙、煅烧高岭土等无机粉体表面改性中的应用。工业应用结果表明,SLG型连续式粉体表面改性机对粉体和表面改性剂具有良好的分散性,能使它们充分和机会均等地接触,对粉体,特别是对超细粉体和无机纳米粉体的表面改性或处理效果较好,且能耗低、无粉尘污染、操作简单、运行平稳。 关键词 粉体 表面改性 改性机 超细粉体 纳米粉体 在现代有机/无机和无机/无机复合材料中,广泛应用各种无机粉体原(材)料。这些粉体原料的分散性及与有机基料或其它无机组份的相容性,对复合材料的性能,尤其是力学性能有重要的影响。而且,随着粉体制备技术向亚微米及纳米尺度推进,解决粉体的团聚问题就成为其应用的关键。此外,随着对粉体材料功能性要求的提高,粒子表面性能的优化和设计也越来越重要。因此,现代粉体材料,尤其是超细和纳米粉体材料的表面改性或表面处理技术,已成为重要和必需的粉体深加工技术之一。 粉体的表面改性或表面处理技术,包括表面改性方法、工艺、表面改性剂及其配方、表面改性设备等。其中在表面改性工艺和改性剂配方确定的情况下,表面改性设备的优劣就成为粉体表面改性或表面处理的关键。性能好的表面改性设备应具备以下基本工艺特性: 对粉体及表面改性剂的分散性好; 粉体与表面改性剂的接触或作用机会均等; 改性温度可调; 单位产品能耗低; 无粉尘污染; 操作简便、运行平稳。 我国粉体表面改性技术的发展较晚,在2000年之前基本上无专业化的表面改性设备。除湿法改性之外,干法改性大多采用塑料加工行业的高速加热混合机或其它带导热油加热的混合设备。由于不是针对粉体表面改性处理,尤其是不是针对超细和纳米粉体表面改性设计的,这些设备难以满足超细粉体表面改性的要求。在这种背景下,原武汉工业大学北京研究生部与江阴市启泰非金属工程设备有限公司合作研制开发了专门针对超细粉体表面改性或表面处理的SLG型连续式粉体表面改性机,并对其进行了应用研究。 1 SLG型连续式粉体表面改性机结构和性能特点1 1 结构和工作原理 SLG型连续式粉体表面改性机, 主要由温度计、出料门、进风口、风管、主机、进料口、计量泵和喂料机组成(图1)。其主机由三个呈品字形排列的改性圆筒组成。 图1 SLG型连续式粉体表面改性机结构 1 温度计; 2 出料门; 3 进风口; 4 风管; 5 主机; 6 进料口; 7 计量泵; 8 喂料机 工作时,待改性的物料经喂料机给入,经与计量和连续给入的表面改性剂接触后,依次通过三个圆筒形的改性腔从出料口排出。在改性腔中,特殊设计的高速旋转的转子和定子与物料的冲击、剪切和摩擦作用,产生其表面改性所需的温度。该温度可通过转子转速、粉料通过的速度或给料速度及风门大小来调节,最高可达120 。同时转子的高速旋转,强制物料松散并形成涡旋二相流,使表面改性剂能迅速、均匀或均等地与颗粒表面作用,包覆于颗粒表面。因此,该机的结构和工作原理,基本上能满足对粉体及表面改性剂的良好分散性、粉体与表面改性剂的接触或作用机会均等的技术要求。 1 2 性能特点 SLG型连续式粉体表面改性机的工艺配置,主要由给料装置、给药装置、SLG型连续式粉体表面改性机、旋风集料器及除尘器组成(图2)。这一配置,具备了连续生产、无粉尘污染等工艺特性,且操作简便、运行平稳、单位产品能耗低。 目前,该型粉体表面改性机共研制出二种机型,

表面与界面

无机粉体表面改性方法综述 摘要：表面改性是无机粉体的主要加工技术之一，表面改性对提高无机粉体的应用性能起着关键的作用。改性后的无机粉体分散性提高，同时也改善了粉体和有机高聚物的相容性。本文介绍了无机粉体表面改性的机理、传统的几类改性方法以及两种新型改性方法，并对无机粉体表面改性方法进行展望。 关键词：无机粉体；表面改性；改性方法；新型方法； 前言 无机粉体具有很高的应用性能和应用价值，添加到聚合物材料当中不仅能降低其生产成本，还提高了复合材料的力学性能和综合性能，甚至赋予其绝缘、阻燃等特殊的物理化学性质。 无机粉体一般为微米或纳米级颗粒，由于其粒径小、比表面积大、表面能高，容易发生团聚，难以在复合材料中均匀分散，影响添加效果。无机粉体的表面性质和聚合物有机体系相差甚远，这也使得无机粉体不能很好的分散到材料中。因此，当无机粉体添加到高聚物复合材料时，首先要对无机粉体进行表面改性，使其粒子表面有机化，改善其亲油性和与基体的相容性，增强界面结合能力，从而发挥无机粉体的功能[1]。 本文介绍了无机粉体表面改性的机理、传统的几类改性方法以及两种新型的改性的方法，并分析了这些方法各自的优缺点。最后对无机粉体表面改性方法进行了展望。 1 无机粉体表面改性的机理 由于无机矿物材料是极性或强极性的亲水矿物，而有机高聚物基质具有非极性的疏水表面，彼此相容性差，通常无机矿物材料难以在有机基体中均匀分散，因此如果过多地或者直接将无机矿物材料填充到有机基体中，容易导致复合材料的某些力学性能下降甚至出现脆化等问题。无机粉体表面改性是利用粉体表面的活性基团或电性与某些带有两性基团的小分子或高分子化合物( 表面改性剂) 进行复合改性，使其表面性质由疏水性变为亲水性或由亲水性变为疏水性，从而改善粉体粒子表面的浸润性，增强粉体粒子在介质中的界面相容性，使粒子容易分散在水中或有机化合物中。粉体表面改性是材料制备工程的重要手段，也是新材料、新工艺和新产品开发的重要内容，通过粉体表面改性可以提高粉体材料的附加价值、扩大产品的用途并且开发新的产品。如滑石粉可作为塑料填料，提高塑

材料改性教学总结

材料改性

浅谈表面改性 摘要：本文主要总结了各种材料的改性及改性剂对其的影响，其中还涉及到各种改性方法及对材料改性的展望。 关键字：表面改性纳米金属 1 引言 表面改性是指在保持材料或制品原性能的前提下，赋予其表面新的性能，如亲水性、生物相容性、抗静电性能、染色性能等。表面改性的方法有很多报道，大体上可以归结为:表面化学反应法、表面接枝法、表面复合化法等。 表面改性技术(surface modified technique) 则是采用化学的、物理的方法改变材料或工件表面的化学成分或组织结构以提高机器零件或材料性能的一类热处理技术。它包括化学热处理(渗氮、渗碳、渗金属等);表面涂层(低压等离子喷涂、低压电弧喷涂、激光重熔复合等门薄膜镀层(物理气相沉积、化学气相沉积等)和非金属涂层技术等。这些用以强化零件或材料表面的技术，赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射、导电、导磁等各种新的特性。使原来在高速、高温、高压、重载、腐蚀介质环境下工作的零件，提高了可靠性、延长了使用寿命，具有很大的经济意义和推广价值。 2表面改性对不同材料性能的影响 2.1 对SF/PP复合材料性能的影响 剑麻纤维（SF）因具有较高的比强度和比模量而成为树脂基体较好的天然纤维增强材料，适用于制备成本低、比模量高和耐冲击的纤维/树脂复合材料。国内常用马来酸酐接枝聚丙烯或有机硅烷为界面相容剂，来提高SF/PP复合材料的力学性能，表面改性可以提高纤维与PP基体的黏合性。使SF/PP复合材料的力学性能和流动性能提高，吸水率下降【1】。 2.2对羟基磷灰石蛋白吸附的影响 羟基磷灰石因为与人体骨组织中的无机组分相近而被广泛应用于有机/ 无机复合物中。但是, HAP 表面具有亲水性, 大多数应用于骨修复的有机材料具有疏水性, 两者的极性差异导致了界面相容性下降, 进而降低复合物的力学性能。克服这一困难最常用的方法

无机非金属材料粉体表面技术研究进展

学号：1003102111 姓名：杨高林 无机非金属材料粉体表面技术研究进展早在20世纪50年代研究人员就注意到，对于无机颜料，如钛白粉，用二氧化硅或三氧化铝进行表面复合或包膜处理可以改变其保光性和耐候性。但作为技术加工研究表面改性是在最近一二十年的事情，尤其是在现在有机/无机复合材料、无机/无机复合材料、涂料或涂层材料、吸附和催化材料、环境材料及超细粉体和纳米粉体的制备和应用具有重要意义。表面改性是无机粉体的主要要加工技术之一，对提高无机粉体的应用性能和应用价值有着至关重要的作用。我们都知道，粉体表面改性或表面处理与许多学科密切相关，其中包括粉体工程、物理化学、有机化学、无机化学、高分子化学、无机非金属材料、高分子材料、复合材料、结晶学、光学、电学磁学等。可以说分体表面改性是粉体工程或者颗粒制备技术与其他众多学科相关联的边缘学科。粉体表面改性主要包括以下四个研究内容： 1>粉体改性的原理与方法 2>表面改性剂 3>表面改性工艺与设备 4>粉体表面改性产品的检测与表征 一分体改性的原理 利用物理、化学机、械等方法对颗粒表面进行处理，根据应用的需要有目的地改变颗粒表面的物理化学性质，如表面晶体结构和官能团表面能、界面润湿性、电性、表面吸附和反应特性等，以满足现代

新材料，新工艺和新技术发展的需要。 二表面改性方法 表面改性的方法很多，能够改变非金属矿物粉体表面或界面的物理化学性质的方法，如表面物理涂覆、化学包覆、微胶囊包覆、机械力化学、等可称为表面改性方法。目前工业上非金属矿物粉体表面改性常用的方法主要有表面化学包覆改性法、微胶囊包覆改性法和机械化学改性法及原位聚合改性法。 三表面改性剂 粉体的表面改性，主要是依靠表面改性剂在粉体颗粒表面的吸附、反应，包覆或包膜来实现的。因此，表面改性剂对于粉体的表面改性或表面处理具前应用的表面改性剂主要有偶联剂、表面活性剂、有机硅、不饱和有机酸及有机低聚物，超分散剂、水溶性高分子等。 四表面改性工艺 表面改性工艺依表面改性的方法、设备和粉体制备方法而异。目前工业上应用的表面改性工艺丰要有干法工艺、湿法工艺、复合工艺三大类。干法工艺根据作业方式的不同又可分为间歇式和连续式；湿法工艺又可分有机改性工艺和无机改性工艺；复合工艺又可分为机械化学与表面化学包覆改性复合工艺，干燥与表面化学包覆改性复合工艺，沉淀反应与表面化学包覆改性复合工艺等。干法工艺：是一种应用最为广泛的非金属矿物粉体表面改性工艺。目前对于非金属矿物填料和颜料，如重质碳酸钙和轻质碳酸钙、高岭土与煅烧高岭土、滑石、硅灰石、硅微粉、玻璃微珠、氢氧化铝和轻氧化镁、陶土、陶瓷

金属粉体表面改性综述

金属粉体表面改性综述 姓名：王海云学号：1103011030 班级：11级粉（1）［摘要］随着材料新性能的要求越来越高，人们对金属粉体的表面改性也提出了新的要求，本文从概述金属粉体的形状、微结构和缺陷开始，阐述了金属粉体表面改性的方法及金属粉体表面改性的主要影响因素，以探索和研究金属粉体的表面改性。 ［关键词］表面改性金属粉体方法主要影响因素 金属粉体有着独特的形态特征和物理、化学及机械性质，作为独立材料或作为添加材料已广泛应用于各个领域。目前，金属粉末已经形成产业化生产，无论是从粉体的品种，还是粒度、功用都有系列产品可供选择应用，作为金属粉体的主要功用之一，即是将金属粉材料与表面技术结合起来，形成表面涂层，对基体材料进行改性和赋予基体新的功能。随着人民的社会生活水平的提高，对材料的新性能要求日趋提高，材料的功能化便是发展的趋势。然而，从材料的整体性能出发来追求功能化往往受到限制，所以更多关注的是材料的表面性能。 1.金属粉体的形状、微结构和缺陷 金属粉体的结构一般与粗晶相同，用气相蒸气法制取的各种金属粉体的形状是多种多样的。六方密堆金属镁超微粉体呈六角对称的片状或等轴状，锌超微粉基本上与镁的形状相同。 面心立方金属银、钴、镍、铜、钯和金的形状十分相似，它们的单晶为八面体，一般为立方体的平面截了角的八面体，截角的程度从

零（则八面体）至50%（立方八面体）。 2.表面改性 超微粉体表面改性指通过采用表面添加剂的方法，使超微颗粒表面发生化学反应和物理作用，从而改变微粒的表面状态，改善或改变粉体的使用性质的处理过程。通过表面改性，可提高粉体的分散性、耐久性、耐候性，提高表面活性，从而使超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，拓宽其应用领域，并显著提高材料的附加值。粉体表面改性的主要方法是根据需要在粉体表面引入一层包覆层。这样改性后的粉体就可以看成是有“核层”和“壳层”组成的复合粉体，通过在金属粉体上涂覆一层化学组成不同的覆盖层，能够使其具有兼容性、提高其热、机械及化学稳定性，改变其光、磁、电、催化、亲水、疏水及烧结特性，提高其抗腐蚀、耐久性和使用寿命。 2.1 溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶过程是指无机前驱体通过各种反应形成三维网状结构。金属醇盐经过水解或缩合反应形成金属氧化物分子是最常见的溶胶-凝胶反应。 溶胶-凝胶法中，二氧化硅是应用最为广泛的一种调节表面和界面性质的表面修饰剂。选择二氧化硅作为颗粒表面的包覆层原因有两个：其一是二氧化硅粉体即使在等电点PH 值等于2 左右也不容易聚集；其二是它在中性PH 值及较高的盐浓度条件下也有很高的稳定性。因此，用二氧化硅覆盖颗粒表面可以使颗粒分散在介质中达到较高的

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。 改性设备及药剂：球磨机、气流粉碎机、高速机械冲击磨等，助磨剂、分散剂、改性剂等。 影响因素：粉碎设备的类型、机械作用的方式、粉碎环境（干、湿、气氛等）、助磨剂或分散剂的种类和用量、机械力的作用时间以及粉体物料的晶体结构、化学组成、粒度大小和粒度分布等。 适用粉体：高岭土、滑石、云母、硅灰石、钛白粉等各类粉体。 5、插层改性 方法原理：利用层状结构的矿物粉体颗粒晶体层之间结合力较弱（如分子键或范德华力）或存在可交换阳离子的特性，通过离子交换反应或化学反应改变粉体的界面性质和其他性质的改性方法。 粉体改性剂：季铵盐类、聚合物、有机单体、氨基酸等有机插层剂，羧基钛、金属氧化物、无机盐等无机插层剂。 影响因素：原料的性质、反应环境、插层剂种类和用量等。 适用粉体：高岭土、石墨、云母、水滑石、蛭石、累托石、金属氧化物以及层状硅酸盐等。 6、高能表面改性 方法原理：指利用紫外线、红外线、电晕放电、等离子体照射和电子束辐射等方法对粉体进行表面改性的方法。