粉体表面处理技术
粉体表面AS(三乙氧基癸酰基硅烷)处理技术
粉体表面AS（三乙氧基癸酰基硅烷）处理技术金华彩纳科技有限公司摘要：本文主要介绍粉体表面AS（三乙氧基癸酰基硅烷）处理技术在化妆品中的应用和发展。
关键词：TiO2CR-50、Talc46R AS、色粉、表面处理、三乙氧基癸酰基硅烷近年来，随着化妆品技术和要求不断提高，表面处理的粉体在化妆品中得到了越来越广泛的应用。
表面处理的方法很多，小石真纯他将粉体表面改性方法分为六类，1.表面覆盖改性，利用表面活性剂使高分子、无机物、有机物覆盖于粉体表面，达到表面改性；2.表面化学改性，利用表面改性剂与粉体进行化学反应或者化学吸附的方式完成，使其表面产生新的机能；3机械化学法改性，通过粉体粉碎、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。
4.胶囊改性，在粉体表面附上一层或者多层均匀的其他物质的薄膜，使粉体的表面得到改性。
5.高能处理改性，利用电晕放点、紫外线、等离子束等对粉体表面进行改性。
6.沉淀法，利用化学反应并将生成物沉积在粉体表面，形成一层或者多层改性的方法。
化妆品中常用的粉体包括钛白粉、滑石粉、硅粉、云母粉、氧化铁颜料等。
以下主要介绍AS（三乙氧基癸酰基硅烷）表面处理技术及其应用。
(1)以TiO2CR-50AS为例As表面处理粉体是目前使用最为广泛的表面处理方法，大量应用在粉饼、BB霜、眼影、粉底液等产品中。
AS处理的粉体是在粉粒子的表面化学键结合了三乙氧基癸酰基硅烷分子，应用在硅油体系中能达到非常好的使用效果。
未处理：没有经过AS处理的粉体，容易聚结增加了配伍的难度，不防水防汗，使用在产品中容易落妆，亲油性能力差，容易出现油光而且妆容不够持久厚重不自然，在粉饼应用中可压性很弱，容易出现粉屑，甚至脆裂。
处理后：例如TiO2CR-50AS中每一个初始粒子都通过OMC过程应用2%三乙氧基癸酰基硅烷包覆。
AS处理后防水性得到了最大程度的改观，表面防水性能大于硅油处理的粉体。
粉体表面处理技术
CH-4型超分散剂
—用于颜（填）料表面处理
粉体表面处理技术
CH-4的应用特点
增加颜（填）料疏水性，过滤容易 颜料粒度细，团聚疏松，容易分散 取代松香类表面处理剂，提高耐热性 滤饼含水量少，容易干燥 降低吸油值，改善着色效果
粉体表面处理技术
CH-4的使用方法
在偶氮颜料偶合之前或偶合过程中加入 在颜料（填料）过滤以前或进行其它 表 面处理之前加入 在滤饼打浆过程中加入 与颜料（填料）充分混合 用量为颜料或填料干重的10-50% （CH-4有效成分含量为10%）
s 3）亲油基太短，位阻不够 碳链长度不超过18个碳原子
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超分散剂的锚固基团
锚固基团取代亲水基 针对颜料表面设计 (1)强极性表面 单点化学键结合 (2)弱极性表面 多点氢键结合 (3)非极性表面 表面增效剂
粉体表面处理技术
超分散剂的溶剂化链
1）单端官能化 2）相容性可调 单体种类及配比 溶解度参数 容剂化链极性 相似相容原则 3）容剂化链长度 分子量控制
粉体表面处理技术
颜料分散的基本过程
s 1）润湿过程 液固界面取代气固界面；润湿角
s 2）破碎过程 外力作用；粒子团聚与破碎平衡
s 3）稳定过程 影响分散稳定性的基本因素 分散稳定的基本特征
粉体表面处理技术
润湿分散剂的作用机理
s 1）降低液 / 固界面张力 s 2）电荷稳定机理
双电层理论 s 3）空间稳定机理
熵排斥理论 渗透排斥理论
粉体表面处理技术
润湿分散剂的常见类型
1）水性体系 聚磷酸盐 表面活性剂 水溶性聚合物 2）非水分散体系 天然高分子 合成高分子 偶联剂
粉体表面处理技术
粉体的表面修饰方法的研究
粉体的表面修饰方法的讨论粉体的团聚与分散问题已经成为制备与进展陶瓷超细/纳米粉体的瓶颈。
单相粉体往往难能充足高技术陶瓷与功能陶瓷进展的需要,因此,人们开展了超细粉体的表面修饰、表面改性乃至利用表面包覆技术更改材料的相结构和性质的讨论。
粉体的表面修饰是解决超细粉体团聚的一种最紧要的途径。
粉体的表面修饰重要是改善粉体的表面化学与物理特性,在提高粉体在介质中的分散性、降低粉体的团聚程度的同时,给与材料新的特性。
粉体的表面修饰为了实现良好的表面修饰效果,用于改性的有机物应当与颗粒达到最大程度的润湿,即形成均匀致密的包覆层,这重要倚靠于有机改性剂在颗粒表面的物理和化学吸附作用。
其中物理吸附重要通过改性剂与颗粒之间通过范德华力、静电引力等物理作用；化学吸附重要是利用颗粒外表面的官能团与改性剂间的化学反应实现表面活性剂对颗粒的表面包覆,这是粉体表面修饰讨论的重要内容。
由于用于改性的有机物种类繁多、官能团结构各异,其吸附机制以及吸附层的结构特别多而杂。
其吸附量以及吸附作用的强弱通常与粉体的表面性质,改性剂的结构特点以及温度、介质性质（如体系的pH值、无机盐的添加）等因素有关,更多的是一些阅历性的规律。
1.偶联剂处理偶联剂（couplingagent）是一种同时具有与无机物和有机物分别反应的功能基团的化合物,其分子量不大。
偶联剂的作用是其一端能与粉体表面结合,另一端可与分散介质有强的相互作用。
因此,偶联剂可以提高陶瓷材料与聚合物材料的亲和性,实现粉体在聚合物材料中的分散。
目前常用的偶联剂有钛酸酯偶联剂（如三异硬脂酰基钛酸异丙酯:（CH3）2CHOTi（OOC17H35）3）、硅烷偶联剂（其通式可以表示为R—Si—X）和锆铝酸盐偶联剂。
2接枝反应颗粒（如TiO2、SiO2等粉体）表面由于存在活性羟基,可以作为接枝聚合反应的地方。
当然也可以在肯定条件下,应用化学或物理的方法使颗粒表面产生可参加接枝反应的活性基团。
颗粒表面接枝聚合后,粉体在有机溶剂或聚合物中的分散性有了显著改善。
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。
材料报告粉体涂装
材料报告粉体涂装粉体涂装技术报告粉体涂装是一种金属零件表面处理的高效、环保、高性能的涂装工艺。
它既有很高的装饰性，也有非常良好的防护性，符合当今行业向高效、环保、节能的方向发展。
以下将详细介绍粉体涂装的操作过程及其优点。
一、操作过程1.预处理：系统的清洁和化学处理，以去除油污、锈迹、旧涂层及其它表面杂质，提高涂物的附着力。
涂装部位不容许有溅在涂料上的水滴等。
2.悬挂：涂装件挂在输送线上，进行良好的地线。
涂装件以静电吸附粉末，地线故障直接影响涂层质量。
3.粉末涂装：通过电磁力场粉枪，将带电的粉末在聚合物化学交联作用下，飘浮在空气中，由于阴、阳电荷的排斥，颗粒间会避让彼此，从而形成均匀的粉烟，使得粉烪中的每一个粉点都能吸附在工件表面，进一步通过静电吸附效应形成均匀的粉层。
4.固化：涂装件在200-250摄氏度的高温下固化3-5分钟，使粉末熔化、平流、固化成坚韧的防护涂层。
二、优点1.高效率：一次完成涂装。
由于无需溶剂稀释，涂装效率高。
整个涂装过程均由自动设备完成，省去了部分手工操作。
2.良好的装饰效果：涂料颗粒均匀，涂层厚薄均衡。
涂料种类多样，颜色丰富，光泽度可以由全亮到全哑调节，更有透明、珠光、闪光、金属和热感应变色等特种效果。
3.良好的防护效果：涂层具有耐磨、耐腐蚀、抗冲击性好、附着力强的特点。
防护性能远超过传统的湿涂工艺。
4.环保：粉体涂装无毒，无溶剂，几乎无有害气体排放，符合现代环保标准。
5.良好的设计灵活性：根据工件形状、大小和生产效率的需要，可以灵活设计涂装线。
虽然粉体涂装有很多优点，但其仍然存在一些限制，如不能涂装非金属和有绝缘层的材料，固化过程需要耗费大量能源，粉体的回收和利用也是一个问题。
尽管如此，粉体涂装因其高效、环保、节能的特性和出色的装饰和防护性能，仍然受到了工业生产中的广泛应用。
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
粉体的分散与表面处理
7.1 粉体的分散
7.1.1 颗粒间的作用力 7.1.2 颗粒的分散原理 7.1.3 粉体的分散方法 7.1.4 颗粒分散性的表征与评价
7.2 粉体的表面处理
7.2.1 粉体处理的方法及工艺 7.2.2 表面处理剂
1
7.1 粉体的分散
7.1.1 颗粒间的作用力
主要分为短程作用力和长程作用力 短 程 力 作 用 范 围 小 于 2nm ， 长 程 力 作 用 范 围 5 ～ 100nm
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（4）静电分散
静电分散就是给颗粒荷上相同极性的电荷，利用库 仑斥力使颗粒分散，表面处理、电极电压、颗粒粒径 和湿度都是影响静电分散的重要因素
静电分散的时效性不长
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（5）分散剂分散
分散剂的主要作用：增大颗粒表面电位的绝对值， 提高颗粒间的静电排斥力；增强颗粒间的位阻效应； 调控颗粒表面极性，增强介质对颗粒的润湿性，增强 溶剂化膜作用
两个颗粒互相接触时，受外力作用以及浓度等因素 的影响，吸附层中的物质将重新调整以建立新的平衡。 如果吸附层中的物质为小分子或小离子，它们的扩散 速度很大，可以在很短时间内达到新的平衡；如果是 长链状的表面活性剂或高分子时，其调整速度非常缓 慢，短时间内难以建立新的平衡，此时颗粒间就会产 生位阻作用。
液体介质中颗粒间的主要长程作用力有：范德华力、 双电层静电作用力、位阻排斥力、溶剂化膜作用力、 疏水作用力以及偶极作用力和磁作用力等
2
（1）范德华作用能及作用力
半 径 分 别 为 R1 和 R2 的 两 个 球 形 颗 粒 ， 当 间 距 为 h 时 （h<<R），其作用能UA和作用力F分别为:
UA
判据：Ur＝UA+Uel+Us+Ust+UH
粉体的分散与表面处理
＝0
完全润湿或称铺展
润湿过程也能够用铺展系数S1/s来表达： S1/s＝s/g-(s/l+l/g)＝l/g(cos-1)
8
可添加润湿剂或浸润剂，或对粉体进行表面处理， 以改善浸润条件
（3）颗粒悬浮液旳分散状态及判据
两种不同旳分散状态：一种是形成团聚体，即单一 颗粒因为相互吸引，形成较大旳二次颗粒；另一种是 颗粒之间相互排斥，形成稳定旳分散体系
7.2.1 粉体表面处理旳措施及工艺
按实际使用措施，分为表面化学包覆处理、机械化 学处理、胶囊式处理、高能表面处理和沉淀反应表面 处理
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（1）表面化学包覆处理
A、表面活性剂处理 软团聚和硬团聚旳区别 基本作用：吸附并降低表面张力和胶团化作用 既可湿法进行，也可干法进行或干湿结合
B、偶联剂处理 可提升粉体与其他物质旳相容性，在改善颗粒在有 机高聚物基料中旳分散性旳同步，增强两种不同性质 材料之间旳结合力
A132 R1R2 6h(R1 R2 )
,
F A132 R1R2 6h2 (R1 R2 )
半径为R旳球形颗粒与片状颗粒间旳作用能与作用力
分别为
UA
A132 R 6h
,
F
A132 R 6h2
A132为在液体介质3中颗粒1与颗粒2相互作用旳哈马 克常数
3
（2）双电层静电作用能及作用力
来自于扩散层中旳离子相互接近时产生旳排斥或吸 引作用
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（2）机械搅拌分散
指经过强烈旳机械搅拌引起液流强湍流运动而造成 颗粒聚团碎解，其必要条件是机械对液流旳剪切力及 压力不小于颗粒间旳黏着力
机械搅拌分散旳时效性不长，即在停止机械作用一 定时间后颗粒可能重新团聚
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润湿分散剂的常见类型
• 1）水性体系 聚磷酸盐 表面活性剂 水溶性聚合 物 • 2）非水分散体系 天然高分 子 合成高分子 偶联 剂
传统润湿分散剂的局限性
• 1）亲水基结合力不强，易脱附 表面性质设计 • 2）亲油基为正构烷烃，相容性欠佳 介质 • 3）亲油基太短，位阻不够 子 起亲水作用，不为颜料 非极性基团，不适应极性
影响粉末分散性的基本因素
不可更改因素 粉体材料的化学成分 粉体形貌 粒径与粒径分布 可更改因素（提高分散性的手段) 1)干燥 工艺 2)表面处理剂(改变表面能， 表面酸 碱性 表面张力,表面化学位，表面官能团) 3)润湿分散剂(改 变粉末/介质界面张力，降低界面自由能，提高分散稳定性)
粉体分散领域的研究课题
tgθ=Ma
直线 θ
Ca Ce
2.0
Xap（mg/m
2
磁粉）
起始配比1:1 起始配比1:1.3 起始配比1:2
2.0 Xap（mg/m 2磁粉）
1.5
1.5
起始配比 1:1. 1:2 起始配比 3 起始配比 1:1
1.0
1.0
0.5
0.5
Ce（%） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Ce（％） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
粉体表面改性剂
• 偶联剂 硅烷类；钛酸脂、铝酸脂、锆 酸脂类 • 表面活性剂（离子型、非离子型） • 有机聚合物、有机硅 • 不饱和有机酸、丙烯酸树脂 • 氢氧化物及其盐 • 超分散剂
颜料的表面处理
------超分散剂技术
超细粉末的分散性
粉末分散性的具体表现 粉末分散的难易程 度 ……决定加工能耗与时耗 分散粉 体的稳定性 ……决定储存稳定性及最终实用性 能 抗絮凝，抗沉降，抗浮色等 流动性，流平性，遮 盖力 光泽，亮度，着色强度
超分散剂在磁粉表面的吸附等温线 (Mn=700) 超分散剂在磁粉表面的吸附参数 (Mn=7粉表面的吸附等温线 (Mn=1500) 超分散剂在磁粉表面的吸附参数 (Mn=1500)
起始配比
2
Ｘ
2
Ma
Ca（%） δ（nm） δth（nm）
Ｘ (mg/m 磁粉表面)
2
Ma (mg/m 磁粉表面) 10.4 11.3 9.81 10.5
碳链长度不超过18个碳原
超分散剂的锚固基团
• 锚固基团取代亲水基 针对颜料表面设计 • (1)强极性表面 单点化学键结合 • (2)弱极性表面 多点氢键结合 • (3)非极性表面 表面增效剂
超分散剂的溶剂化链
• 1）单端官能化 • 2）相容性可调 单体种类及配比 溶 解度参数 容剂 化链极性 相似 相容原则 • 3）容剂化链长度 分子量控制
粉末表面结构表征与性能测试 表面处理剂的选择及其吸附机理 表面处理剂与介质及其它表面活性 物质之间的竞争吸附,吸附层 结构 表面处理剂与分散介质的相互作用 表面处理工艺与设备
关键：表面处
理剂(润湿分散剂)
CH系列超分散剂
－－结构特征与应用特点
颜料分散的基本过程
• 1）润湿过程 角 • 2）破碎过程 平衡 • 3）稳定过程 分散稳定的基本特征 液固界面取代气固界面；润湿 外力作用；粒子团聚与破碎
Ca （%） 18.3 17.8 18.3 18.1
δ （nm） 11.8 12.9 11.2 12.0
δth （nm） 11.4
（mg/m 磁粉表面） （mg/m 磁粉表面）
1:2.0 1:1.3 1:1.0
1.74 1.90 2.14
9.14 12.1 14.6
19.0 10.4 15.7 13.8 14.6 16.6 5.32
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 )
影响分散稳定性的基本因素
润湿分散剂的作用机理
• 1）降低液 / 固界面张力 • 2）电荷稳定机理 • 3）空间稳定机理 渗透排斥理论 双电层理论 熵排斥理论
2r d VR N S KT ( d )2 4 H H VR RTBCa 2 ( )2 3r 2 3 2 2
粉体表面处理技术
影响粉体性能的基本因素
粉末材料的化学成分 粉末材料的晶体结构 粉末材料的形貌特征 粒径 粒径分布 形状 粉末材料的表面性质 表面能 表面张力 表面化 学位 表面官能团 表面酸碱性
粉体表面改性的目的
• 增加相容性 • 提高分散性 • 赋予新功能 耐侯性 耐热性 • 提高附加值 • 控制释放 • 环境保护
1:2.0 1:1.3 1:1.0 平均
1.89 2.01 1.80 1.90
超分散剂作用体系的流变性能
2,200 2,000 1,800 1,600 1,400 1,200 1,000 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 用量 ( % ) 3.5 4
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 械制作所） • 球磨机、砂磨机 • 液相表面处理 • 喷雾表面处理 （东京理科大学、奈良机
着色力
改性技术的内容与发展趋势
• 粉体表面该性的原理和方法 • 表面改性剂 • 表面改性工艺与设备 • 改性过程的控制与产品检测技术 • 表面性能设计 • 改性产品年增长15% • 新型表面改性剂及改性设备 • 超细化、活性化及晶体结构复杂化统一
粉体的表面及界面性质
• 比表面积 平均粒径） • 表面能 • 表面官能团 • 表面润湿性（接触角） • 表面电性能 比表面积=形状因子/（密度X 表面能=表面张力X比表面积 种类、数量与比例