非金属矿物粉体表面改性技术探讨
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。
【精品文章】一文了解粉体表面改性技术
一文了解粉体表面改性技术
超细粉体具有常规材料难以比拟的优异性能，在先进陶瓷、微电子、航天航空、生物制药、光学检测等领域获得了广泛的应用，但由于稳定性低、易发生团聚和难于分散，需要对超细粉体进行适当的表面处理以改善颗粒的表面特性和提高其分散性能，达到应用要求。
一、粉体表面改性方法
粉体表面改性方法是指改变非金属矿物粉体表面或界面的物理化学性质的方法，主要有表面物理涂覆、化学包覆、无机沉淀包覆或薄膜、机械力化学、化学插层等。
目前工业上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、机械化学改性法和复合法。
1、表面化学包覆改性法
表面化学包覆改性法是目前最常用的粉体表面改性方法，是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。
改性工艺可分为干法和湿法两种。
SiO2粉体颗粒表面改性示意图
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）。
2、沉淀反应法
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。
非金属材料表面改性技术研究进展
非金属材料表面改性技术研究进展非金属材料表面改性技术是近年来非常热门的研究领域之一。
通过改性技术可以改善非金属材料的表面性质和性能，提高其抗氧化、耐磨、耐腐蚀等能力，使其具备更好的工程应用性。
目前，常用的非金属材料表面改性技术主要包括化学改性、物理改性、生物改性等。
本文将对非金属材料表面改性技术的研究进展进行详细介绍。
化学改性技术是当前非金属材料表面改性的重要手段之一。
该技术通过物理或化学手段在非金属材料表面引入化学物质，改变其表面组成和结构，从而改善材料的性能。
常用的化学改性技术有溶液共沉积、电化学沉积和溶胶凝胶法等。
溶液共沉积是将改性剂与金属离子共同沉积在非金属材料表面，通过界面反应改变材料的表面形貌和性能。
电化学沉积则利用电化学反应原理，在外加电流作用下，在非金属材料表面沉积金属层或合金层，以提高材料的耐腐蚀性、导电性等性能。
溶胶凝胶法是通过溶胶凝胶反应制备具有特殊结构和性能的材料，从而改善非金属材料的表面态势和热稳定性等性能。
物理改性技术是另一种常用的非金属材料表面改性手段。
该技术利用物理能量（如激光、等离子体、电子束等）在非金属材料表面进行处理，从而改变材料的表面形貌和性能。
激光处理是将激光束聚焦到非金属材料表面进行加热或照射，使其表面熔化、挥发或结构改变，从而提高材料的致密性、硬度和耐磨性等性能。
等离子体处理是利用等离子体的高能粒子轰击材料表面，形成氮化物、碳化物等复合层，从而提高材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性等性能。
电子束处理是利用高速电子束轰击非金属材料表面，形成薄膜、纳米颗粒等结构，以改善材料的表面性能。
生物改性技术是近年来非金属材料表面改性的新兴领域。
该技术通过利用生物体的特殊性质和作用机理，对非金属材料表面进行处理，从而改善其表面性能。
常用的生物改性技术有生物相互作用、生物仿生和生物涂层等。
生物相互作用是利用生物体细胞与非金属材料表面之间的相互作用，改变材料的表面形貌和性能。
粉体表面改性处理介绍
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
粉体表面改性处理介绍
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
粉体表面改性处理介绍
常用改性剂
偶联剂 ——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
粉体表面改性处理介绍
❖ 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
粉体表面改性处理介绍
粉体表面改性处理介绍
（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
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
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。
石英粉体表面疏水化改性及其研究进展
石英粉体表面疏水化改性及其研究进展马宏相;陈荣芳;吕剑明【摘要】表面改性是非金属矿深加工的一种重要技术之一，能显著提高非金属矿的应用性能和实用价值。
本文通过表面改性原理、改性方法及工艺、改性剂及其应用，综述了近年来石英粉体改性技术的研究进展，并探讨了石英粉体表面改性技术的发展趋势。
%Surface modification was one of the most important methods in nonmetal deep processing , which can improve the application performances and practical values of nonmetal mineral.The resent research progress of quartz powder modification including principles , methods, technologies, modifier and its application were summarized.The surface modification tendency of quartz powder was also discussed.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】2页(P38-39)【关键词】石英粉体;表面改性;改性剂;趋势【作者】马宏相;陈荣芳;吕剑明【作者单位】贵州大学化学与化工学院，贵州贵阳 550003;贵州大学化学与化工学院，贵州贵阳 550003;贵州大学化学与化工学院，贵州贵阳 550003【正文语种】中文【中图分类】TD985石英的主要成分是SiO2，是地球上储量丰富的矿产资源之一。
由于具有稳定的物理和化学性能、无毒、无味、无污染、强耐酸性、耐高温、高耐湿、良好的透光性、抗辐射、低膨胀、低应力等性能，除应用于陶瓷、玻纤、保温材料、耐火材料等，在塑料、橡胶、油漆涂料、电绝缘封装材料等领域作为填料广泛使用，以提高复合材料性能，降低成本。
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
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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
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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
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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。
粉体表面改性--各论
无机填料的应用
塑 料 管 塑钢窗 人造大理石 异型材
PVC
天 花 板
电缆 人 造 革
造纸
无机填料
橡 胶
牙 膏 涂料、油漆 胶鞋 PVC扣板 塑料母粒
无机填料的表面改性
• 无机填料主要技术指标： • 化学组成、粒度大小和粒度分布、比表面积、 颗粒形状、密度与堆砌密度、吸油值、白度、 硬度以及表面性质、热性能、光性能、电性 能、磁性能等。 • 无机填料表面改性的目的： • （1）增强无机填料与基料或树脂的作用或赋 予材料某种功能，提高填充材料的综合性能； • （2）提高无机填料在基料中的分散性和填充 复合工艺性能
硅藻土负载纳米TiO2复合光催化材料中试产品
干燥前滤饼
煅烧后的最终产品
产品 出炉
硅藻土负载纳米TiO2复合光催化材料中试产品 • 物相分析
纳米TiO2/硅藻土复合材料
硅藻精土
主要成分为非晶质二氧化硅和锐钛矿、微量石英
硅藻土负载纳米TiO2复合光催化材料中试产品 • 形貌（TEM）
负载在硅藻土表面的TiO2晶粒为近似球形， 大小分布均匀，其晶粒大小为10～20nm。
吸附与催化材料的表面改性
• 吸附与催化材料表面处理方法： • （1）浸渍 • 将一种或几种活性组份浸渍在载体上。其基本方法 就是将载体放进含活性组份的溶液中浸泡，称为浸 渍，当浸渍平衡后取出载体，再进行干燥、焙烧分 解和活化，是一种广泛采用的催化剂载体表面改性 方法。 • 浸渍工艺可分为湿法和干法两大类。湿法也称浸没 法，它是将已经过预处理的载体放在含有活性组分 溶液中浸渍。 • 干法浸渍又称喷洒法或喷淋拌合法，它是将载体放 入转鼓或捏合机中，然后将浸渍液不断喷洒到翻腾 的载体上。
硅藻土负载纳米TiO2复合光催化材料中试产品
非金属矿物粉体表面改性技术
Ｐ ｏｅ ｔ＆ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｒｊｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ
非 金属矿 物 粉体 表 面改性 技 术
本 项 技 术 成 果 包 括 干 法 连 续 表 面 改 性 技 术 、 ＳＬＧ 型 该项 技术成果 已于 ２ ０ ０ ７年 ３月 ｌ ３通 过 了 中 国 建 １ ７
连 续 粉 体 表 面 改 性 机 ， 湿 法 表 面 改 性 技 术 ； 煅 烧 高 岭 土 筑 材 料 工 业 协 会 组 织 的 技 术 成 果 鉴 定 （ 材 鉴 字 ［ ０ ７ 建 ２０ 】
改 性 温 度 可 以 根 据 需 要 方 便 调 节 ， 可 达 到 １３０ ～ 铝和超 细 氢氧化 镁、超 细二 氧化硅 （ 白炭黑） 、超 细绢 云母 粉 、 ｌ ４０℃ ； ④ 可 以 在 一 机 上 实 现 二 种 以 上 改 性 剂 的 复 合 改 超 细 硅 藻 土 、 氧 化 铁 红 等 的 湿 法 表 面 改 性 研 究 开 发 ， 部 分 已
性和二 种以上粉体 的复合改 性。 该项技术及 Ｓ ＬＧ连 续 粉 体 表 面 改 性 机 已 有 ｌ ０多 台 ０
在工 业上 得到 了应 用 。 湿法 表面 改性 工艺 适用 于湿 法制 备无 机超 细粉 体工 艺 ，
（ ）应 用 于 超 细 轻 质 碳 酸 钙 、超 细 重 质 碳 酸 钙 、超 细 高 特 别是 １ ｉ 以下无 机超 细和纳 米粉体 ，如超 细和 纳米碳酸 套 Ｔ Ｉ 自度 煅 烧 高 岭 土 、滑 石 粉 等 非 金 属 矿 物 超 细 粉 体 的 表 面 钙 、超 细重质 碳酸 钙、超 细氢 氧化铝 和氢 氧化镁 、超 细二氧
０ ，并 获 ２ ０ ０ ７年 建 筑 材 料 科 学 技 术 进 步 奖 二 等 表 面 改 性 技 术 ， 陶 瓷 颜 料 表 面 改 性 技 术 ，纳 米 粉 体 的 表 第 ０ ３号 ） 面 改 性 技 术 、 硅 灰 石 矿 纤 的表 面 改 性 等 。
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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.。