技术文摘

超细粉体表面改性的8条干货

2018-10-24 来源:研发中心

  超细粉体通常包括微米级(1~30μm)、亚微米级(0.1~1μm)和纳米级(1~100 nm)的粒子,因具有不同于原固体材料的表面效应和体积效应,而表现出独特的光学、电学、磁学、热学、催化和力学性质等,它不仅是一种功能材料,而且为新功能材料的复合与开发展现了广阔的应用前景,在国民经济各领域有着广泛的应用,起着极其重要的作用。

  1、超细粉体表面改性的目的是什么?

  由于超细粉体,尤其是纳米级粉体的粒径很小,表面能高,很容易发生团聚,形成二次粒子,无法表现出其受人青睐的表面积效应、体积效应及量子尺寸效应等。要解决超细粉体的团聚问题,提高其分散性、流变性,最有效的方法就是对粉体的表面进行改性处理。表面改性的目的包括:(1)改善或改变粉体粒子的分散性;(2)改善耐久性,如耐药、耐光、耐热、耐候性等;(3)提高颗粒表面活性;(4)使颗粒表面产生新的物理、化学和力学性能及新的功能,从而提高粉体的附加值;(5)改善粉体粒子与其他物质之间的相容性。

  2、超细粉体表面改性的机理是什么?

  超细粉体表面改性的机理是超细粉体表面与表面改性剂发生作用,改善粒子表面的可润湿性,增强粒子在介质中的界面相容性,使粒子容易在有机化合物或水中分散。根据粒子与改性剂表面发生作用的方式,改性的机理可分为包覆改性、偶联改性等。包覆改性是用无机化合物或者有机化合物对粒子表面进行覆盖,对粒子的团聚起到减弱或屏蔽作用,由于包覆物而产生了空间位阻斥力,使粒子再团聚十分困难,从而达到改性的目的。偶联改性是粒子表面发生化学偶联反应,两组分之间除了范德华力、氢键或配位键相互作用外,还有离子键或共价键的结合。粒子表面经偶联剂处理后可以与有机物产生很好的相容性。

  3、超细粉体表面改性的方法有哪些?

 

   (1)表面吸附包覆法:利用物理或化学吸附原理使包覆材料均匀附着到被包覆对象上,形成连续完整的包覆层。在这个过程中,发生的是简单的吸附反应,吸附层一般为单分子层。选择的包覆材料大多是一些有机物质,这些有机物质选择性地吸附在无机颗粒表面,定向排列,使改性粉体表面呈现出包覆材料的性质。

   (2)液相包覆法:是指无机粉体颗粒表面沉积一层或几层氧化物或氢氧化物的盐类物质的一种表面改性方法,主要分为沉淀法、醇盐水解法、溶胶凝胶法和非均相凝固法。这些都是用包覆物全部或部分先成核长大的胶粒,再包覆到陶瓷粉体表面上。

  (3)微胶囊法:胶囊化改性是在颗粒表面覆盖均质而且有一定厚度薄膜的一种表面改性方法。

 

超细粉体表面包覆改性工艺流程图

  (4)聚合物表面接枝改性方法:将聚合物长链接枝在粉体表面,而聚合物中含亲水基团的长链通过水化伸展在水介质中起立体屏障作用,这样,粉体在介质中的分散稳定除了依靠静电斥力外又依靠空间位阻,效果十分明显。

  (5)机械力化学改性法:运用粉碎、摩擦等方法增强粒子表面活性,从而使分子晶格发生位移,内能增大,在外力的作用下,活性的粉末表面与其他物质发生反应、附着,达到表面改性的目的。

  (6)高能改性法:是利用等离子体或辐射处理等引发聚合反应而实现改性的方法。

  4、超细粉体表面改性的设备有哪些?

  粉体表面改性设备,主要担负3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。目前表面改性机主要有:

  (1)PSC系列粉体表面改性机,是表面化学改性的专用设备。

  (2)复合式粉体连续改性系统,是引进日本技术经消化、吸收生产的新型表面改性设备,适用于年产3 000~5 000 t改性粉体的企业。

  (3)SLG型三筒连续粉体表面改性机,是引进瑞典AGMW公司三筒高速强烈混合表面改性机HSTP-3/1000而研制的。

  (4)半自动强烈混合改性机组。

 

连续式粉体表面包覆改性机

  表面改性设备的发展趋势是:在设备结构优化的基础上采用先进计算机技术和人工智能技术对主要参数和改性剂用量进行在线自动调控,以实现表面改性在颗粒表面的单分子层吸附、减少改性剂用量、稳定产品质量和方便操作。

  5、超细粉体的表面改性剂有哪些?

 

  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有决定性的作用。目前应用的表面改性剂主要有偶联剂、表面活性剂、有机低聚物、不饱和有机酸、有机硅、水溶性高分子以及金属氧化物及醇盐。

  6、影响表面改性效果的因素是什么?

  影响粉体表面改性效果的主要因素是粉体原料的性质、表面改性剂配方、表面改性工艺、表面改性设备等。粉体原料的比表面积、粒度大小和粒度分布、比表面能、表面物理化学性质、团聚性等均对表面改性效果有影响;表面改性剂的配方包括选择品种、确定用量和用法等内容;表面改性工艺要满足表面改性剂的应用要求或应用条件,同时要求工艺简单、参数可控性好、产品质量稳定,而且能耗低、污染小;高性能的表面改性机应能够使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。

  7、超细粉体表面改性的效果如何表征?

  超细粉体表面改性效果的表征及评价有直接评价法和间接评价法。直接评价法是通过测定经改性后的粉体作为填充物应用于复合材料的力学性能以及在材料中的加工性能等来评定其改性效果。间接评价法是通过改性物料的一些参数来表征粉体表面改性效果,例如接触角、粘度、亲油性和平均粒径等方法,这些方法在实际生产中简便、直观地反映了粉体的改性效果。也可采用先进的分析测试手段对超细粉体表面改性机理进行分析并评判其改性效果。

  8、关于超细粉体表面改性今后的研究重点

  (1)进一步研究超细粉体的改性原理,找到适用于各种改性要求并能应用于实际生产的新型改性方法;

  (2)在深入研究改性机理的基础上优化改性工艺流程,发展能够达到多种改性目的的“复合”处理工艺;

  (3)在改进原有一些的通用化工设备基础上发展适应表面改性的设备;

  (4)大力研发低成本、高效能的改性剂,并针对某些特殊改性要求研制具有特殊功能的改性剂。

 

  参考文献:

  [1] 刘昊,才庆魁,张宁,等.超细粉体的表面改性研究进展[J].沈阳大学学报,2007,19(2): 16-20.

  [2] 铁生年,李星.超细粉体表面改性研究进展[J].青海大学学报,2010,28(2):16-21.
  (文章来源:粉体技术网)

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