粉体表面改性处理介绍
粉体表面改性的研究进展
粉体表面改性的研究进展物理改性中的热处理和球磨是两大常见且有效的方法。
热处理可以改变粉体表面的化学成分和结构，从而影响其性能。
比如通过高温热处理，可以在粉体表面形成高熵合金、氧化层等，改善其力学性能和耐腐蚀性。
球磨作为一种粗糙化技术，可以通过改变粉体表面形貌提高其活性。
通过改变球磨参数，甚至可以将一种粉体转变为另一种具有完全不同性能的粉体。
化学改性方法中，溶剂处理技术被广泛应用于许多工业领域，如环保、能源及催化剂等。
这种方法主要通过选择不同的溶剂来改变粉体表面的化学组成和物理状态，进而达到优化粉体性能的目的。
化学气相沉积（CVD）这种技术已成功地用于粉体表面的加工改性，能显著改善包括磁性、电性、光学性、催化性在内的多种性能。
化学吸附和化学反应也是现阶段常用的化学改性方法，其中化学吸附主要通过在粉体表面吸附不同的化学物质来调整其性能，而化学反应则可以在粉体表面制备复合薄膜，提高其功能性。
需要注意的是，粉体表面改性不仅影响粉体的性能，也会影响到其环境适应性、经济性和安全性等方面。
因此，在粉体表面改性研究中，除了追求性能优化，还需要充分考虑这些因素，使改性后的粉体既具有良好性能，又具有广阔的应用前景。
最近的研究还向生物改性方向发展，如通过酶催化，生物胶凝等方式对粉体进行改性，让粉体获得新的功能和特性。
还有通过物理、化学和生物的组合方式对粉体进行多重改性，使粉体在多个方面都具有优越性能。
总的来说，粉体表面改性技术的研究已经取得了显著的进展，在许多领域都得到了广泛的应用。
然而，由于粉体的复杂性，粉体表面改性仍然面临许多挑战，包括改性机制的解析、改性效果的稳定性及改性方法的绿色化等问题亟待研究解决。
未来的研究还需要持续深入，不断探索更有效、更经济、更环保的粉体表面改性方法，让这种技术在生产实践中发挥出更大的作用。
粉体改性方法与工艺
粉体改性方法与工艺
实验室改性装置
粉体改性方法与工艺
沉淀包覆改性原理 硅灰石表面无机改性
纳米碳酸钙/硅灰石
纳米硅酸铝/硅灰石
已经在造纸、塑料（PP、PA6）工业中应用
粉体改性方法与工艺
硅藻土表面无机纳米包覆改性 TiO2/硅藻土复合材料
粉体改性方法与工艺
硅藻土表面无机纳米包覆改性
优点： 1. 兼具吸附捕捉性能与光催化降解性能 2. 具有较高的比表面积和良好的光透性 3. 在紫外光和太阳光下都有优良的光催化性能而且稳定
性和重复使用性能好
粉体改性方法与工艺
TEM剖面分析 包覆层厚度为200-300 nm
A
B
0.9μm
250 nm
40 nm
0.6μm
影响粉体表面化学包覆改性效果的因素
表面改性剂的配方：
－－品种：选择能够化学吸附的改性剂；根据用途来选择（如 塑料、橡胶、油性涂料选亲油型；电缆绝缘考虑介电性能及 电阻率；水性涂料选亲水性）；避免改性剂造成体系中其他 组分功能的失效；改性剂分解温度高于加工温度；考虑改性 剂水溶性决定改性工艺；价格和环境因素也要考虑。
影响因素：(1)粉体的表面性质；(2)表面改性剂的配 方；(3)表面改性工艺（4）表面改性设备等。
粉体改性方法与工艺
影响粉体表面化学包覆改性效果的因素
粉体的表面性质： －－粒度：越细，比表面积越大，则改性剂用量大； －－表面能：较大的会团聚，需事先解聚； －－表面官能团：决定物理吸附还是化学吸附，如：硅烷偶
粉体改性方法与工艺
硅藻土表面无机纳米包覆改性 TiO2/硅藻土复合材料
应用于临江保健木业公 司木制百叶窗：经中国 建筑材料环境检测中心 检测，用量5-8 g/m2， 24 h甲醛去除率达到 75 %以上。
粉体表面改性技术
位置不同
分级精度差，不适于精密
分级
静 态 分 级
惯性 分级
碰撞式、 附壁式
由于不同粒径颗粒 的惯性不同，形成 不同的运动轨迹， 从而实现大小颗粒 的分级
构造简单，不需动力；适 于较大的颗粒（10250μm）;较大的处理能 力；不适于精密分级
机
离心 分级
旋风式、 DS式
自由涡或准自由涡 离心力粉体场表中面改离性心技术力
乙烯基 乙烯基三甲 CH2=CHSi(OCH3)3 硅烷 氧基硅烷
A-171、 SCA1603
粉体表面改性技术
29
硅烷偶联剂
作用机理：
与硅相连的3个Ｓｉ-Ｘ基水解成Ｓｉ— ＯＨ;
Ｓｉ—ＯＨ之间脱水缩合成含Ｓｉ—Ｏ Ｈ的低聚硅氧烷;
粉体表面改性技术
30
硅烷偶联剂
低聚物中的Ｓｉ—ＯＨ与基材表面上的ＯＨ形 成氢键；
– 铝酸酯类
– 锆铝酸盐
– 有机络合物
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。
粉体表面改性技术
加入的金属和金属氧化物起缓冲剂作用，当钛 盐加热水解时，析出的偏钛酸沉积在云母薄片 表面上，伴随生成的酸则与金属或金属氧化物 反应生成盐。
由于这种成盐反应，使悬浮液的PH值得以缓冲， 酸度相对稳定，有粉利体表于面改偏性技钛术 酸平滑地沉积在云38
表面化学改性法
表面化学改性法：采用多种工艺过程， 使表面改性剂与粉体颗粒表面进行化学 反应，或者使表面改性剂吸附到粉体颗 粒表面，进行粉体表面改性的方法。
第四章 粉体表面处理技术
SｉO2的ｐH＝2-3时为电中性（等电点） 1）ｐH＝7时， SｉO2带负电，这时SｉO2可以 吸附阳离子表面活性剂获得改性。 2）若无机物带正电荷（可测），它能吸附阴离 子表面活性剂获得改性。 3）在带负电荷的颗粒中加入无机阳离子，使颗 粒由带负电荷变为带正电荷，再加阴离子表面 活性剂吸附。 例：
第四章 粉体表面处理技术
1、粉体表面处理的目的ｐ４9 通过物化学、机械等技术措施，对粉体表面进 行改性后，粉体表面性质发生变化，其表面晶 体结构和官能团、表面能、表面润湿性、电性、 表面吸附、分散性和反应特性等一系列性质都 发生变化，以满足现代化新材料、新工艺和新 技术发展的需要。 例1：不同领域不同目的ｐ４９ 例2：坤彩化工的云母粉ｐ４９ 例3：药物的缓释胶囊ｐ４９
2、表面改性后材料测试手段 1）ｐ５１最后一段 2）改性后材料与改性前材料同时做应用试验，应用后得出产品 的性能判断改性前后优劣。
*粉体表面改性目的，因应用领域不同而异， 总的目的是改善或提高粉体原料的应用性能 （功能），以满足新材料、新工艺和新技术发 展或产品开发的需要。
2、粉体表面改性方法ｐ５０使其获得有 机化改性，是最常用的方法。 *无机化合物表面电性质： 无机物 SｉO2 TｉO2 Fｅ2O3 Aｌ（OH）3 Mｇ（OH）2 等电点ｐH值 2-3 6 7 8.5-10 12.4
粉体表面改性处理介绍-文档资料
（3）气相法改性 气相法改性是指将改性剂汽化以后与固体颗粒表
面进行接触，在其表面发生化学反应或物理结合而吸
附在颗粒表面，达到对颗粒进行表面改性处理的方法 。在该方法中由于要将改性剂汽化，一般局限于一些 低分子量、低沸点的改性剂。
干法表面改性设备
目前干法表面改性设备主要有高速加热 式混合机、SLG型连续式粉体表面改性机、 PSC型连续式粉体表面改性机、高速气流冲
图4 HYB主机的结构示意图
（5）流化床式粉体表面改性机
图5 不同形式的流化床
(a) 顶喷式 (b) 底喷式 (c)Wurster式 (d) 侧喷旋转式
2)表面改性的分类
包覆处理改性 表面化学包覆
沉淀反应包膜 胶囊化处理
机械化学改性，等
包覆处理改性 包覆 也称涂敷，利用有机高聚物或树脂等对粉体
（1）干法改性 干法改性是指颗粒在干态下在表面改性设备中首先进 行分散，然后通过喷洒合适的改性剂或改性剂溶液，在一 定温度下使改性剂作用于颗粒材料表面，形成一层改性剂 包覆层，达到对颗粒进行表面改性处理的方法。这种改性 方法具有简便灵活，适应面广，工艺简单，成本低，改性
后可直接得到产品，易于连续化、自动化等优点，但是在
粉体表面改性
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 等方法对粉体表面进行处理，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，如表面晶体 结构和官能团、表面能、表面润湿性、电性、表面吸附和
反应特性等等，以满足现代新材料、新工艺和新技术发展
的需要。
2) 表面改性的目的
化学方法
物理化学方法 机械物理方法
其它表面改性方法
第四讲 纳米粉体表面改性
（2）纳米粉体表面改性的必要性 ）
纳米粉体一般是指粒径在 以下的粒子或颗粒。 纳米粉体一般是指粒径在100nm以下的粒子或颗粒。由于 一般是指粒径在 以下的粒子或颗粒 纳米粉体粒度细、比表面积大、表面能高、表面原子数增多、 纳米粉体粒度细、比表面积大、表面能高、表面原子数增多、 原子配位不足及高的表面能， 原子配位不足及高的表面能，使得这些表面原子具有很高的 活性，极不稳定，很容易“团聚” 失活” 活性，极不稳定，很容易“团聚”及“失活”。 对于软团聚的纳米粒子，通过表面的物理和化学改性，来 对于软团聚的纳米粒子，通过表面的物理和化学改性， 提高纳米粉体的分散性 分散性； 提高纳米粉体的分散性；改善或提高无机纳米粉体与复合材 料中基料或其他物质之间的相容性 相容性； 料中基料或其他物质之间的相容性； 纳米粉体在催化、环保、微电子、 纳米粉体在催化、环保、微电子、生物医药及化工等领域 的应用需要特定的表面物理化学特性及功能。因此， 的应用需要特定的表面物理化学特性及功能。因此，有选择 性地赋予无机纳米粉体材料新的物理化学性能及新的功能 新的物理化学性能及新的功能也 性地赋予无机纳米粉体材料新的物理化学性能及新的功能也 要通过表面改性或表面处理来实现。 要通过表面改性或表面处理来实现。
1.表面活性剂改性 表面活性剂改性
无机纳米粉体颗粒经表面活性剂改性或处理后可阻止或 减轻硬团聚体的形成 提高其分散性。 的形成， 减轻硬团聚体的形成，提高其分散性。表面活性剂还能改善 或提高纳米粒子与相应体系中基料或其他物质的相容性 相容性。 或提高纳米粒子与相应体系中基料或其他物质的相容性。 纳米粉体的表面活性改性法既可湿法进行也可干法进 纳米粉体的表面活性改性法既可湿法进行也可干法进 行或干-湿结合 湿结合。 行或干 湿结合。 对于湿法化学合成，如沉淀法、水热法、溶胶 凝胶法等 对于湿法化学合成，如沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等 湿法化学合成 工艺制备纳米粉体， 工艺制备纳米粉体，在湿法生成纳米粉体过程中或生成后立 即加入表面活性剂，不仅可以防止硬团聚体的形成， 即加入表面活性剂，不仅可以防止硬团聚体的形成，还有助 于遏止粒子“长大”。纳米粉体的表面改性最好在湿法制备 于遏止粒子“长大” 过程中就开始进行。 过程中就开始进行。 进行干法改性。 表面活性剂也可以用于对纳米无机粉体 进行干法改性。 干法改性的关键是改性设备能够很好地将纳米粉体和表面活 干法改性的关键是改性设备能够很好地将纳米粉体和表面活 性剂分散， 性剂分散，使表面活性剂能够均匀地吸附包覆于纳米颗粒表 面。 ：
【精品文章】一文认识机械化学法粉体表面改性技术
一文认识机械化学法粉体表面改性技术
表面改性是指利用各类材料或助剂，采用物理、化学等方法对粉体表面进行处理，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。
粉体表面改性的方法很多，分类方法依分析问题的角度不同而异，下面小编就机械化学法粉体表面改性技术进行介绍。
一、粉体表面改性方法概述
目前，粉体改性方法按照改性工艺性质分类，主要分为6类，表面覆盖改性、表面化学改性、机械化学法改性、胶囊式改性、高能处理改性、沉淀反应改性。
（1）表面覆盖改性
表面覆盖改性是利用表面活性剂使高分子、无机物、有机物等覆盖于粉体表面，达到表面改性。
表面覆盖法改性纳米碳酸钙结构图
（2）表面化学改性
表面化学改性是利用表面改性剂与粉体表面进行化学反应或化学吸附的方式完成，使其表面产生新的机能。
表面化学改性示意图
（3）机械化学法改性
机械化学法改性是通过粉碎、磨碎、摩擦等方法增强粒子的表面活性，具有强活性的粉体表面与其它物质发生反应、附着，达到表面改性的目的。
无机粉体颗粒表面改性技术在提高燃料的燃烧效率方面的应用
无机粉体颗粒表面改性技术在提高燃料的燃烧效率方面的应用1研究背景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]。
2无机粉体颗粒表面改性的方法表面改性是用物理、化学或机械的方法对粉体表面进行处理,根据应用需要有目的的改变粉体表面的物理化学性质,使其表面性质发生变化,以满足材料、工艺或技术发展的需要。
2.1 物理涂覆改性物理涂覆改性即表面包覆改性,当无机粉体和改性剂按照一定比例混合时,由于搅拌的作用,改性剂通过静电引力或范德华力吸附在粉体表面,从而形成单层或多层包覆。
与化学包覆改性不同的是,改性后改性剂与粒子表面无化学反应。
由于包覆层的存在,粒子间产生了空间位阻斥力,对其再团聚起到了减弱或屏蔽的作用。
该法几乎适用于所有无机粉体的表面改性。
用于物理涂覆改性的改性剂主要有表面活性剂、超分散剂等[2]。
无机粉体经过物理涂覆后,其分散性、与有机体的相容性均显著提高[3]。
2.2 化学包覆改性化学包覆改性是指通过一定的技术手段,利用改性剂分子中的官能团和粉体表面进行化学反应或化学吸附,从而包裹在无机粉体的表面。
化学包覆方法是最常用的改性方法,一般采用湿法工艺。
具体方法有多种。
如溶胶-凝胶法,此法不仅可以用于超细粉体的包覆,还可以用于制备超细粉体;非均相凝聚法是先加入分散剂将两种物质分散,通过调节pH值或加入表面活性剂等使包覆颗粒和被包覆颗粒所带的电荷相反,然后通过静电引力形成单层包覆;表面接枝聚合包覆法是通过化学反应将高分子材料连接到无机粒子表面上,该法的特点是最终接枝包覆在改性主体的聚合物改性剂是在改性过程中同时合成的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（1）高速加热式混合机
图1 高速加热式混合机 1 机座 2 电机 3 气缸 4 折流板 5 锅盖 6 搅拌叶轮 7 夹套 8 卸料装置
（2）SLG型粉体表面改性机
图2 SLG型连续粉体表面改性机的结构示意图 1 温度计 2 出料口 3 进风口 4 风管 5 主机 6 进料口 7 计量泵 8 喂料机
胶囊化处理 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化学改性方法。
主要方法： 化学方法
物理化学方法
机械物理方法
其它表面改性方法
接枝改性 酸碱处理 化学气相沉淀（CVD） 物理沉淀（PVD），等
7.3 表面改性剂及作用
1)偶联剂及其作用机理
粉体表面改性处理介绍
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 提高颗粒的分散性，防止颗粒团聚，
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
机械化学改性既是一种独立改性方法，也可视为实现表面 化学改性、接枝改性等的促进手段
机械化学改性的含义
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，实现改性，满足应用需要
利用机械应力对表面的激活和由此产生的离 子和游离基，引发单体烯烃类有机物聚合， 或使偶联剂等表面改性高效反应附着而实现 改性
偶联剂的作用(functions of coupling agent)： ①在两相界面形成化学键，大幅度提高界面粘接强度 ②改善了界面对应力的传递效果 ③提供了一个可塑界面层，可部分消除界面残余应力 ④提供了一个防水层，保护了界面，阻止了脱粘和腐蚀的发生
偶联剂对不同复合体系具有较强的选择性
作用机理 界面扩散理论 表面能理论
图4 HYB主机的结构示意图
（5）流化床式粉体表面改性机
图5 不同形式的流化床 (a) 顶喷式 (b) 底喷式 (c)Wurster式 (d) 侧喷旋转式
2)表面改性的分类
包覆处理改性 表面化学包覆 沉淀反应包膜 胶囊化处理 机械化学改性，等
包覆处理改性 包覆也称涂敷，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
3）表面改性的特点
虽然有时采用化学反应的方法，这类反应只改变矿物界 面层次的组分，不改变矿物材料的内部晶体结构及物理化 学性质
表面改性的基本方法和研究内容
1)表面改性的研究内容
表面改性的原理和方法 表面改性剂 表面改性工艺与设备 表面改性过程的控制与产品检测技术
表面改性方法
目前，对于颗粒材料的表面改性方法还没 有十分明确的分类方法。如果按改性过程中改 性剂和颗粒存在的状态对改性方法进行分类， 颗粒的表面改性可以分为干法改性、湿法改性 和气相法改性三类。
（3）气相法改性 气相法改性是指将改性剂汽化以后与固体颗粒表面进行接触，在
其表面发生化学反应或物理结合而吸附在颗粒表面，达到对颗粒进行表 面改性处理的方法。在该方法中由于要将改性剂汽化，一般局限于一些 低分子量、低沸点的改性剂。
干法表面改性设备
目前干法表面改性设备主要有高速加 热式混合机、SLG型连续式粉体表面改性机、 PSC型连续式粉体表面改性机、高速气流冲 击式粉体表面改性机（Hybridization）和流 化床式粉体表面改性机。
偶联作用示意图
界面扩散理论——对矿物进行改性处理时， 偶联剂的亲无机端应与填料表面以化学键结 合；而偶联剂的亲有机端应含有较长的柔软 碳氢链段，能溶解、扩散于树脂的界面区域， 与树脂大分子链发生纠缠或形成化学键，以 形成柔性的有利于应力松弛的界面层，提高 吸收和分散冲击能，使复合材料具有更好的 抗冲击性能。
（3）PSC型粉体表面改性机
图3 PSC型粉体表面改性机的结构示意图 1 改性剂室 2 原料仓 3 螺旋给料器 4 雾化室 5 改性处理仓 6 主轴 7 搅拌棒 8 冲击锤 9螺旋输送机 10 气流输送管 11 成品仓 12 脉动式吸尘器 13 排气管 14 排风扇
（4）高速气流冲击式粉体表面改性机
常用改性剂
偶Байду номын сангаас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
机械化学改性 机械化学改性是利用超细粉碎及其它强烈机 械力作用有目的地对矿物表面进行激活，在 一定程度上改变矿粒表面的晶体结构、溶解 性能（表面无定型化）、化学吸附和反应活 性（增加表面活性点或活性基团）等
（1）干法改性 干法改性是指颗粒在干态下在表面改性设备中首先进行分散，然后通过
喷洒合适的改性剂或改性剂溶液，在一定温度下使改性剂作用于颗粒材料表面 ，形成一层改性剂包覆层，达到对颗粒进行表面改性处理的方法。这种改性方 法具有简便灵活，适应面广，工艺简单，成本低，改性后可直接得到产品，易 于连续化、自动化等优点，但是在改性过程中对颗粒难以做到处理均一、颗粒 表面改性层可控等目的。
沉淀反应改性
利用化学沉淀反应并将生成物沉积在矿粒表面形成 一层或多层“改性层”的方法称沉淀反应改性。
影响因素 浆液的pH、浓度 反应温度和反应时间 颗粒的粒度、形状及后续处理工序，等
pH、温度是沉淀反应改性最重要的控制因素。
表面化学包覆
利用表面化学方法，如有机物分子中的官能团 (游离基反应、鳌合反应、溶胶吸附以及偶联剂) 在无机矿粒（填料或颜料）表面的吸附或化学 反应对颗粒表面进行局部包覆使颗粒表面有机 化而达到表面改性的方法，它是无机填料或颜 料的主要表面改性处理方法。
（2）湿法改性 湿法改性是指颗粒在一定浓度的改性剂水或有机溶液中，在搅拌分散
和一定温度条件下，通过颗粒表面的物理作用或化学作用而使改性剂分子 吸附于颗粒表面，达到对颗粒进行表面改性处理的方法。该方法改性完全 ，颗粒表面包覆完整，颗粒的改性效果好且稳定。但是采用该方法改性后 的粉体如果要在干态下使用，还需要进行干燥后处理，工艺复杂，成本高 较高。