粉体表面改性资料
PbO2粉体的表面改性研究

成 都联 合化 工试 剂研 究 所 ) 。 8— 5 2型磁力 加热 搅拌 器 ( 苏省 金坛 市 医疗 仪 江 器 厂 )T 10 ;M一 00扫 描 电 子 显 微 镜 (E ( S M) 日立 公 司 )Ncl 0 里 叶变换 红外 光谱 ( HR) 美 国 ; i e80傅 ot F ( 热 电尼 高力公 司 ) 。
12 制备 过 程 .
首先 将 表 面改性 剂 C A T B溶 解 于 配置好 p H值 的蒸 馏 水 中 ,然 后将 一 定 质 量 的 P O 粉 体 加入 到 b 改性 剂 水溶 液 中进 行 加热 搅 拌 , 滤 、 涤 , 滤 饼 抽 洗 将 置 于干 燥箱 中 10C 2  ̄干燥 2 , 终得 到表 面 有机 改 h最 性 的 P O 粉 体 。通过 控 制 C AB占粉体 的重 量 比 b T 例 、 T B水溶 液 浓 度 、T B水 溶液 p CA CA H值 、 性 时 改
(ih a o g n nua n tr l eh ooyC .Ld, a yn 2 0 0 C ia Sc unD nf gIslt gMaei c nlg o t.Mina g6 11 , hn ) a i aT ,
Ab t a t P O2 o e swe e s r c d f d wi r a i uf c a ti t rs l t n I f e c fp o e s sr c : b wd r r u f e mo i e t o g n c s r t n n wae ou i . n u n e o r c s — p a i h a o l i g p rmee n mo i c t n ef c s i v sia e y o t o o a x e me t x e me tl r s l n iae n a a tr o df a i f t wa n e t t d b r g n l e p r n .E p r n a e u t i d c td s i o e g h i i s t a p i m o d t n o r c si g w s c n e to u f ca twa .% , H f s l t n wa , d f ai n t r— ht t o mu c n i o f o e sn a o t n f ra t n s3 5 i p s p o ou i s5 mo i c t e o i o n p r t r a 5 C, o c n r t n o ou in w s 4 e a u e w s5  ̄ c n e t i f lt a mmo ・ 一1mo i c t n t s 5 . d o g n c s r c a tw s ao s o l L , d f a i i wa h An r a i u f t n a i o me a a s r e n s ra e o b o d r n o me are l b t e n t e p w e s h s r d c d a go r t n o b ob d o u f c fP O2 w e sa d f r d b ri rf m e w e h o d r,tu e u e g l me a i f p i o
无机粉体表面改性的目的、原理及方法及改性剂的选择

无机粉体表面改性的目的、原理及方法及改性剂的选择
虽然无机粉体表面改性的目的因应用领域的不同而异,但总的目的是通过粉体改性剂改善或提高粉体材料的应用性能或赋予其新的功能以满足新材料、新技术发展或者新产品开发的需要。
无机粉体改性的目的是什么呢
1.使无机矿物填料由一般增量填料变为功能性填料;
2.提高涂料或油漆中颜料的分散性并改善涂料的光泽、着色力、遮盖力和耐候性、耐热性和保色性等;
3.在无机/无机复合粉料中,提高无机组分,特别是小比例无机组分在大比例无机组分中的分散性,如陶瓷颜料和多相陶瓷材料;
4.通过对层状粉体进行插层改性,制备新型的层间插层矿物材料;
5.对于吸附和催化材料,提高其吸附和催化活性以及选择性、稳定性、机械强度等性能
6.超细和纳米粉体制备中的抗团聚;
粉体表面改性的原理和方法
1.表面或界面性质与其应用性能的关系
2.表面或界面与表面改性剂或者处理剂的作用机理和作用模型
3.各种表面改性方法的基本原理或者理论基础,包括表面改性处理过程中的热力学和动力学,模拟和化学计算等。
《粉体表面改性》--3表面改性剂

表面活性剂
• (2)高级胺盐 • 阳 离 子 表 面 活 性 剂 , 其 分 子 通 式 为 RNH2( 伯 胺 ) 、 R2NH(仲胺)R3H(叔胺)等.其中,至少有1~2个为长链 烃基(C12 ~C22)。与高级脂肪酸一样,高级胺盐的烷 烃基与聚合物的分子结构相近,因此与高聚物基料 有一定相容性,分子另一端的氨基与无机粉体表面 发生吸附作用。 • 在对膨润土或蒙脱石型粘土进行有机覆盖(或插 层)处理以制备有机土时,一般采用季铵盐,即甲 基苯基或二甲基二烃基胺盐
偶联剂
• 硅烷偶联剂的应用: • 适用于中性和酸性无机粉体的表面处理 • Ⅰ品种选择 • 在用硅烷偶联剂改性矿物粉体时,品种选择 至关重要。 • 选择考虑因素: • ①应用体系的性质或树脂种类; • ②填充材料(或复合体系)的技术指标要求
偶联剂
• Ⅱ用法: • 一般水解后使用。水解pH范围为酸性或中性 (pH3.5~6.0)。 • Ⅲ用量: • 一般为粉体质量的0.2~2.0%;如已知粉体的比表面 积和偶联剂最小包覆面积可按下式估算:
偶剂
• (3)铝酸酯偶联剂 • 化学通式: • Dn • ↓ • (RO)x—Al----(OCOR’)m
• 式中, Dn代表配位基团,如N、O等
偶联剂
• 用途: • 各种无机填料、颜料及阻燃剂,如重质碳酸 钙、碳酸镁、磷酸钙、硫酸钡、硫酸钙、滑 石粉、钛白粉、氧化锌、氧化铝、氧化镁、 铁红、铬黄、碳黑、白炭黑、立德粉、云母 粉、高岭土、炼铝红泥、叶腊石粉、硅灰石 粉、粉煤灰、玻璃粉、玻纤、氢氧化镁、氢 氧化铝、三氧化二锑、聚磷酸铵、偏硼酸锌 等的表面改性
偶联剂
• 配位型 • (i—C3H7O)4Ti•[P—(OC8H17)2OH]2
• 配位型偶联剂是以2个以上的亚磷酸酯为配体,将磷 原子上的孤对电子移到钛酸酯中的钛原子上,形成2 个配价健, 钛原子由4价键转变为6价键,降低了钛酸 酯的反应活性,提高了耐水性。配位型钛酸酯偶联剂 多数不不溶解于水,可以直接高速研磨使之乳化分散 在水中,也可以加表面活性剂或亲水性助溶剂使它分 散在水中,对填、颜料进行表面处理
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。 :
粉体表面改性技术

粉体表面改性方法
涂敷改性(冷法、热法) 石英砂涂敷树脂,提高铸造时粘结性 表面化学改性(主要方法) 颗粒表面性质、改性剂种类、用量用法 及工艺设备与操作条件 沉淀反应改性(钛白、云母) 机械化学改性 高能改性、酸碱处理等
粉体表面改性设备
高速混合(捏和)机 HYB高速气流冲击式粉体表面处理机 (东京理科大学、奈良机械制作所) 球磨机、砂磨机 液相表面处理 喷雾表面处理
超分散剂的吸附形态
超分散剂在强极性 表面的单点化学吸附
超分散剂在弱极性 表面的多点氢键吸附
超分散剂通过表面增 效剂在非极性表面吸附
超分散剂作用机理示意图
锚固基团
颗粒
颗粒
溶剂化链
超分散剂的吸附性能
Rehacek方法
Xap
MaCa
Xap Mo(Co Ce) X MoCo ( Mo X Xsolv)Ce Ma X Xsolv Ca X / Ma Xap Ma (Ca Ce) Ma / ( s )
CH-5使用方法
将研磨基料的树脂浓度降低至30-40% 在基料中尽量少使用胶质油或胶凝剂 在用基料调制油墨时多补充上述物质 由于CH-5降低基料粘度,故可提高颜 料含量,减少溶剂用量,改善油墨干燥 性能
热固型/单张纸型研磨基料配方
RUBINE / Ca 4B TONER 36 PHTHALOCYANINE BLUE DIARYLIDE YELLOW CARBON BLACK GRINDING VEHICLE 48 ALKYD RESIN 8 CH-5 HYPERDISPERSANT CH-11B HYPERDISPERSANT CH-22 HYPERDISPERSANT ANTIOXIDANT 2 ALIPHATIC DISTILLATE 6 50 36 50 28 26 8 4 52 9 33 9 3.75 1.25 3 65 5 40 49 5 3 1 2 40 53 5 50 33 5 4
表面改性剂

一粉体表面改性概念粉体表面改性, 是指用物理、化学、机械等方法对粉体材料表面或界面进行处理,有目的地改变粉体材料表面的物理化学性质,如表面能、表面润湿性、电性、吸附和反应特性、表面结构和官能团、等等,以满足现代新材料,新工艺和新技术发展的需要。
二表面改性的目的(1)改善粉体颗粒的分散性、稳定性和相容性。
(2)提高粉体颗粒的化学稳定性,如耐药性、耐光性、耐候性等。
(3)改变粉体的物理性质,如光学效应、机械强度等。
(4)出于环保和安全生产目的。
三粉体表面改性技术的应用•(1)有机/无机复合材料(塑料、橡胶等)•改善无机填料(包括增量无机填料和功能性无机填料)与有机(高聚物)基料的相容性,提高其分散性及复合材料的综合性能•(2)油漆、涂料•提高涂料、油漆中颜料的分散性并改善涂料的光泽、着色力、遮盖力和耐候性、耐热性、保光性、保色性等•(3)无机/无机复合材料•提高无机组分,特别是小比例无机组分在大比例无机组分中的分散性,如陶瓷颜料和多相陶瓷材料•(4)吸附与催化材料•提高选择性、活性和机械强度•(5)健康与环境保护•(6)超细和纳米粉体制备中的抗团聚•(7) 其它(插层改性)四粉体表面改性的主要研究内容•(1)粉体表面改性的原理和方法•表面或界面性质与其应用性能的关系•表面或界面与表面改性剂或处理剂的作用机理和作用模型•各种表面改性方法的基本原理或理论基础,包括表面改性处理过程的热力学和动力学,模拟和化学计算等•(2)表面改性剂及其配方•种类、结构、分子量、活性基团与其应用性能或功能的关系•与粉体表面及复合材料的作用机理和作用模型•用量和使用方法•新型和专用表面改性剂的制备或合成•(3)表面改性工艺与设备•不同种类和不同用途粉体表面改性的工艺流程和工艺条件•不同种类和不同用途粉体的表面改性配方•影响表面改性效果的因素•高性能和专用改性设备的研制开发•(4)过程控制与产品表征与检测技术•过程温度、浓度、酸度、时间及表面改性剂用量、表面包覆率或包膜厚度等监控技术•表面改性产品的表征与检测(直接检测和表征)方法及仪器;•控制参数与指标之间的对应关系及过程的智能化控制等。
第三章、粉体表面

粉体表面吸附:当气相或液相中的分子(或 原子、离子)碰撞在粉体表面时,由于它们 之间的相互作用,使一些分子(或原子、离 子)停留在粉体表面,造成这些分子(或原 子、离子)在粉体表面上的浓度比在气相或 液相中的浓度大的现象。
物料 碳酸钙 石墨 磷灰石 玻璃 云母
表面能 65~70 100 190 1200 2400~25 00
高能表面(100~1000mJ/m2),金属及氧化物、玻璃、 硅酸盐等;
低能表面(小于100mJ/m2 ),石蜡和各种塑料等。
3.4粉体与水的相互作用
3.4.1粉体表面离子的水合作用
颗粒排开周围水分子; 水分子与颗粒表面的晶格阳离子、阴离子发生
பைடு நூலகம் 3.2粉体的晶体和晶体表面
根据晶体中质点的键型,主要存在四种晶体 类型:
离子型:ZnS、TiO2、CaCO3 共价型:金刚石 金属型:自然Au、自然Cu 分子型:石蜡、硫、石墨(层间)
固体表面力
晶体中的每个质点周围都存在着一个力场。由于晶 体内部质点排列是有序和周期重复的,故每个质点 力场是对称的。但在固体表面,质点排列的周期重 复性中断,使处于表面边界上的质点力场对称性破 坏,表现出剩余的键力,这就是固体表面力。
O2-+H2O
2OH-
表面
溶液
于是OH-和H+成为它们的定位离子。如石英、 锡石、刚玉、金红石、赤铁矿等。
pH小于零电点时,矿物表面荷正电; pH大 于零电点时,矿物表面荷负电。
例如,石英的零电点pH=1.8,pH=1时, Ψ 0=0.047伏;pH=7时, Ψ 0=-0.305伏。
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新型和专用表面改性剂的制备或合成。
粉体加工技术
(3)表面改性工艺与设备
非金属矿物 加工技术基础
不同种类和不同用途粉体表面改性的工艺流程和工艺条件;
不同种类和不同用途粉体的表面改性配方;
影响表面改性效果的因素; 高性能和专用改性设备的研制开发。
(4)过程控制与产品表征与检测技术
过程厚度等监控技术; 表面改性产品的表征与检测(直接检测和表征)方法及仪器; 控制参数与指标之间的对应关系及过程的智能化控制等。
粉体加工技术
非金属矿物 加工技术基础
五、粉体表面的主要物理化学性质
与粉体应用及表面改性有关的粉体表面及界面特性主要有: 比表面积、表面能、表面化学组成、晶体结构、官能团、表面润 湿性、表面电性、孔隙结构和孔径分布等。 1. 比表面积 单位质量的表面积,单位为m2/g或cm2/g。是确定表面改性剂 用量的主要依据之一。比表面积越大,达到同样包覆率所需的表 面改性剂的用量就越多。 设Sw代表粉体物料的比表面积,d代表颗粒粉体物料的平均 直径,则有以下关系存在: Sw=K/ρd ρ ----密度;k---颗粒的形状系数,对于球形粉体k=6。 只要知道粉体的平均粒径,就可以计算其比表面积。粉体粒 度测定仪都有这个功能。
粉体加工技术
2、表面能
非金属矿物 加工技术基础
粉体的表面能与粉体的结构、原子之间的键型和结合力、 表面的原子数、表面官能团等有关。 物料粉碎后产生了新的表面,部分机械能转变为新生表面 的表面能。
粉体的表面能与以下两点关系很大:
(1)表面改性剂和粉体表面的作用 ; (2)粉体的应用性能。 通常:表面能越高,吸附性越强,越容易团聚,越不易在 高聚物中均匀分散。对无机填料进行有机表面改性实际上就是
粉体加工技术
4.4 粉体表面改性
4.4.1 概述 4.4.2 粉体表面改性方法 4.4.3 表面改性工艺 4.4.4 表面改性设备 4.4.5 表面改性剂 4.4.6 表面改性产品的表征与检测
非金属矿物 加工技术基础
粉体加工技术
4.4.1 概述
一、粉体表面改性概念
非金属矿物 加工技术基础
粉体表面改性(Powder surface modification or surface
降低其表面能,使其不产生团聚。
粉体加工技术
3、表面润湿性 接触角,杨氏方程。
非金属矿物 加工技术基础
粉体加工技术
4、表面吸附特性
非金属矿物 加工技术基础
当气相或液相中的分子(或原子)碰撞在粉体表面时,由于
它们之间的相互作用,使一些分子(原子、离子)停留在粉体表
面,造成这些分子(或原子、离子)在粉体表面上的浓度比在气 相或液相中的浓度大,这种现象称为吸附。
比例无机组分中的分散性,如陶瓷颜料和多相陶瓷材料
(4)吸附与催化材料:提高选择性、活性和机械强度 (5)健康与环境保护 (6)超细和纳米粉体制备中的抗团聚
(7) 其它(插层改性)
粉体加工技术
四、粉体表面改性的主要研究内容 (1)粉体表面改性的原理和方法
非金属矿物 加工技术基础
表面或界面性质与其应用性能的关系;
粉体加工技术
二、表面改性的目的
非金属矿物 加工技术基础
(1)改善粉体颗粒的分散性、稳定性和相容性。 (2)提高粉体颗粒的化学稳定性,如耐药性、耐光性、 耐候性等。 (3)改变粉体的物理性质,如光学效应、机械强度等。 (4)出于环保和安全生产目的。
粉体加工技术
三 、粉体表面改性技术的应用
非金属矿物 加工技术基础
(1)有机/无机复合材料(塑料、橡胶等):改善无机填料(包括
增量无机填料和功能性无机填料)与有机(高聚物)基料的相容性,提高其分
散性及复合材料的综合性能
(2)油漆、涂料:提高涂料、油漆中颜料的分散性并改善涂料的光泽、
着色力、遮盖力和耐候性、耐热性、保光性、保色性等
(3)无机/无机复合材料:提高无机组分,特别是小比例无机组分在大
表面或界面与表面改性剂或处理剂的作用机理和作用模型; 各种表面改性方法的基本原理或理论基础,包括表面改性处理 过程的热力学和动力学,模拟和化学计算等。
(2)表面改性剂及其配方
种类、结构、分子量、活性基团与其应用性能或功能的关系; 与粉体表面及复合材料的作用机理和作用模型; 用量和使用方法;
一、物理涂覆
非金属矿物 加工技术基础
利用高聚物或树脂等表面改性剂对粉体表面进行物理处理而达 到表面改性的工艺方法,是一种对粉体表面进行简单改性的工艺。 如:树脂涂敷石英沙:提高精细铸造沙的粘结性、抗开裂性。 (1)冷法:粉状树脂+沙+溶剂→混碾→干燥→筛分 (2)热法:石英沙加热(140~160℃)+树脂→混沙机+乌 洛托品(壳模形成时使树脂固化) →激冷+硬脂酸钙(防结块) →出沙→破碎→筛分→产品 主要影响因素:颗粒的粒度、形状、比表面积、孔隙率、涂敷剂 的种类、用量、用法、涂敷处理工艺等。 --实验表明:无孔隙的高密度球形颗粒的涂敷效果最好。
小,吸附无选择性,其结合力主要是范德华力和静电引力,而且
是可逆的多层吸附。 化学吸附的特征:吸附剂与吸附质之间有电子转移,形成化 学键,吸附热大,吸附有选择性,而且是非可逆的单层吸附。 被物理吸附的吸附质,可以沿着固体表面位移;而化学吸附
的吸附质由于形成化学键,所以是定位的。
固体自溶液中的吸附是最常见的吸附现象之一,粉体的湿法 表面改性过程实际上就是粉体(吸附剂)吸附溶液中表面改性剂 分子(溶液中的某一组分)的过程。
treatment) 是指用物理、化学、机械等方法对粉体材料表面或 界面进行处理,有目的地改变粉体材料表面的物理化学性质, 如表面能、表面润湿性、电性、吸附和反应特性、表面结构和官 能团等等,以满足现代新材料、新工艺和新技术发展的需要。
未来无机填料发展的三大方向:
(1)粒径微细化(2)表面活性化(3)结构复杂化
通常称粉体为吸附剂,被吸附的物质为吸附质。
粉体的比表面积越大,吸附现象就越明显。 粉体对液体或气体的吸附按其作用力的性质不同可分为物理 吸附和化学吸附两种类型。两者本质的区别是吸附剂与吸附质之 间有无电子转移。
粉体加工技术
非金属矿物 加工技术基础
物理吸附的特征:吸附剂与吸附质之间无电子转移,吸附热
粉体加工技术
5、表面电性
非金属矿物 加工技术基础
--双电层-ξ电位
6、表面的化学性质
粉体表面的化学性质与粉体物料的晶体结构、化学
组成、表面吸附物等有关,它决定了粉体在一定条件下
的吸附和化学反应活性以及表面电性和润湿性等,对其
应用性能以及与表面改性剂分子的作用有重要影响。
粉体加工技术
4.4.2 粉体表面改性方法