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

颜料等，大多采用干法表面改性工艺。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，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湿法工艺：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。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填料和颜料无机。

五表面改性设备

粉体表面改性的方法很多，可采用的设备也是各种各样。目前在这些设备中专用设备较少，大多数是从化工，塑料，粉碎，分散等行

业中引用过来的。根据所应用的表面改性工艺的不同，表面改性设备可分为干法设备和湿法设备两大类。其中干法设备主要有高速加热式混合机，卧式加热混合机，SLG型连续式粉体表面改性机，PSC型连续式粉体表面改性机，高速冲击式粉体表面改性机机械融合式粉体表面改性机，流态化床式粉体表面改性机，漩涡磨等，湿法设备主要是可控温反应釜，反应罐或搅拌反应筒。

六粉体表面改性产品的检测与表征

目前的表征方法大体上可分为直接法和间接法。直接法：通过测定表面改性或者处理后粉体的表面物理化学性质如表面润湿能，表面能，表面电性光学性能包覆量表面结构，形貌和表面化学组成等来表征表面改性的效果。间接法：通过测定表面改性后粉体在确定的应用领域中的应用性能如填充高聚物基复合材料的力学性能，电性能，涂料和涂层材料的光，电，热，化学性能等来表征表面改性的效果。表面改性技术的发展

(1)表面改性工艺与设备。发展适用性广、分散性能好、粉体与表面改性剂的作用机会均等、表面改性剂包覆均匀、改性温度和停留时间可调、单位产品能耗和磨耗应较低，无粉尘污染的先进工艺与装备集成，并在此基础上采用先进计算机技术和人工智能技术对丰要工艺参数和改性剂用量进行在线自动调控，以实现表面改性剂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。

(2)表面改性剂。在现有表面改性剂的基础上、采用先进技术降低生产成本，尤其是各种偶联剂的成本；同时采用先进化学、高分子、生

化和化工科学技术和计算机技术，研发应用性能好、成本低、在某些应用领域有专门性能或特殊功能并能与粉体表面和基质材料形成牢固作用的新型表面改性剂。

(3)粉体表面改性“软技术”。在多学科综合的基础上，根据目的材料的性能要求选择粉体材料和“设计”粉体表面；运用现代科学技术，特别是先进计算方法、计算技术以及智能技术辅助设计粉体表面改性工艺和改性剂配方，以减少实验室工艺和配方试验的工作量，提高表面改性工艺和改性剂配方的科学合理性，达到最佳的应用性能和应用效果。