粉体改性剂对滑石粉表面改性方法及作用
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。
AKD对滑石粉和绢云母的改性效果与作用机理
AKD对滑石粉和绢云母的改性效果与作用机理杨德清;刘温霞【摘要】用AKD改性滑石粉和绢云母,滑石粉对AKD的吸附量和改性后的疏水性均大于绢云母,且在AKD与填料的质量比较高的情况下,改性滑石粉的施胶效果好于改性绢云母的.AKD吸附于滑石粉和绢云母上,不降低施胶效果,并显著提高纸张抗张强度.利用FT-IR、XPS等手段就AKD对填料改性机理的分析表明,AKD通过物理吸附沉积在滑石粉和绢云母土.在改性填料悬浮液的放置过程巾,吸附于绢云母上的AKD比吸附于滑石粉上的水解速度慢,且其内酯环基团与绢云母表面的活性基团发生了某种化学结合.【期刊名称】《中国造纸》【年(卷),期】2010(029)004【总页数】7页(P1-7)【关键词】AKD;填料;改性;FT-IR;XPS【作者】杨德清;刘温霞【作者单位】山东轻工业学院造纸科学与技术省部共建教育部重点实验室,山东济南,250353;山东轻工业学院造纸科学与技术省部共建教育部重点实验室,山东济南,250353【正文语种】中文【中图分类】TS753.9填料表面改性是指用物理、化学、机械等方法对填料表面进行处理,根据实际需要有目的的改变填料表面的物理化学性质,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,以满足现代新材料、新工艺和新技术发展的需要。
目前,造纸工业常用的填料主要包括滑石粉、碳酸钙及高岭土等无机填料。
这些无机填料可以提高纸料的滤水性能,降低纸张生产过程中的能耗,改善纸张的光学性能、平滑度和印刷适性。
但同时也会影响纤维间的氢键结合、并吸附大量施胶剂,降低纸张强度和施胶剂的施胶效率[1]。
填料作为硬度远高于纤维素纤维的填充材料,还会增加抄纸设备的磨损[2]。
碳酸钙填料的碱性特质用于酸性抄纸体系中也会分解释出二氧化碳和钙离子而影响纸机的运行并产生各种纸病。
因此,为充分发挥填料的优势,降低其不利影响,适应各种纸张的加填要求,填料改性已经成为造纸科学研究中的重点领域之一,如为减少造纸填料碳酸钙在机械浆中加填时的分解而进行的酸稳定改性[3-5];为降低填料对纸张强度的不利影响而进行的淀粉、壳聚糖、纤维素及其衍生物、聚乙烯醇等水溶性聚合物包覆改性[6-9];为提高填料留着率而进行的填料阳离子化改性[10];为提高加填纸张的施胶性能而进行的淀粉-脂肪酸包合物改性[11];将施胶与加填合二为一的填料疏水改性[12-15]等。
硅微粉滑石粉碳酸钙硫酸钡粉体资料
改性碳酸钙所谓改性碳酸钙系指将重质碳酸钙或轻质碳酸钙表面进行活化处理制得, 不但疏水化而且活性化。
改性碳酸钙分子式为CAC03, 分子量100.09, 别名胶体碳酸钙, 日本商品名称为白艳华，也称活性碳酸钙。
一、改性碳酸钙的性质活性碳酸钙是极细微的白色粉末, 无臭、无味, 粒子近似球体, 粒径0.1um以下, 因粒子表面吸附了一层脂肪皂, 故具有胶体活化性能是优良的白色补强性填料。
溶于水, 遇酸分解, 灼烧时变成焦黑色, 放出二氧化碳并生成氧化钙。
二、改性碳酸钙的应用改性碳酸钙是目前用途广泛的填充剂, 应用于橡胶、塑料、造纸、涂料、油漆、印刷、电缆、制革、医药和食品等工业。
其用性能大大优于普通碳酸钙、广泛应用于PVC电缆料、合成革、聚乙烯薄膜, 泡沫塑料拖鞋等制品的填充料。
用活性碳酸钙填充的塑料制品,能提高耐冲性能。
活性碳酸钙做橡胶补充剂, 加入到橡胶制品中, 其机械性能明显提高, 如抗撕裂强度可提高一倍以上,屈挠次数可提高5-6倍, 因此活性碳酸钙既是橡胶的填料, 又是橡胶的补强剂。
在我国, 橡胶工业是碳酸钙的最大用户, 年用量为碳酸钙总量的一半以上。
活性碳酸钙的白度、细度好, 用于造纸、涂料工业, 可提高纸张、涂料的质量。
此外活性碳酸钙还可用作中、高档油墨的填料, 光泽度、透明度好,分散性和流动性均能达到高档油墨填料的要求。
三、改性碳酸钙生产工艺改性碳酸钙的生产工艺与生产轻质碳酸钙大致相同, 但在碳化这一工序中应严格控制条件, 使生成微细的碳酸钙颗粒, 再用活化剂进行表面处理。
即将石灰石与煤混合, 其配比约7.5左右, 于900-1000℃温度下在石灰窑中缎烧, 二氧化碳经洗气除尘后送碳化塔, 生石灰进消化槽, 用80-90℃的热水充分消化, 制‘成浓度约9%的乳液, 进入碳化塔, 通二氧化碳进行碳化, 当碳化时悬浮液的PH值等于7时为反应终点,此时可引入活化剂, 对生成的碳酸钙进行表面处理。
《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
粉体工程粉体表面改性
• (2)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 电性能及点阻率；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。
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降低其表面能，使其不产生 团聚。
四 粉体表面的主要物理化学性质
3、表面润湿性； 接触角。杨氏方程。
• 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
举例：纳米TiO2/硅藻土
制备工艺
提纯
硅藻土
制浆
水解
沉淀反应
洗涤过滤
干燥
煅烧
配制
钛的无机化合物
样品
实验室改性装置
SEM表面形貌
TEM剖面分析
A
B
0.9μm
250 nm
40 nm
0.6μm
0.9μm
2.粉体表面改性方法
• 2.4机械力化学
• 利用超细粉碎及其它强烈机械作用对粉体表面 进行激活,在一定程度上改变颗粒表面的晶体结 构、化学吸附和反应活性(增加表面活性点或活 性基团)等
滑石粉改性降解塑料：使用方法+注意事项
滑石粉改性降解塑料：使用方法+注意事项
滑石粉的使用方法：
(1)粉体直接加入法把滑石粉直接和塑料原料混合经双螺杆挤出机挤出造粒成为改性塑料原料，这是塑料改性中常用的方法，也是最经济的方法。
(2)无载体母粒法将滑石粉通过特殊的工艺制成一种无载体的松散的颗粒，然后再把这种颗粒和塑料原料混合，经双螺杆挤出机造粒成改性塑料原料。
采用这种方法有两个优点，一个是减少生产过程中的粉尘污染，提高改性工作环境；二是改善混料过程中的颗粒和粉料之间的分层现象，提高混合过程物料的均匀性，从而提高产品的质量。
(3)填充母粒法将滑石粉和塑料载体混合，通过挤出机造粒而成高含量的母粒，这种母粒可和塑料原料直接混合，经挤出和注射完成成品加工。
此法使用方便，但分散性不好，一些质量要求高的制品此法不行。
滑石粉使用的几点注意事项：
(1)滑石粉必需进行表面活化处理，对滑石粉表面进行活化处理，主要是改善滑石粉和塑料原料之间的相溶性，增加改性效果，应用于不同的塑料应选择不同的表面处理剂。
(2)滑石粉在塑料原料中的分散性，在相同配方的条件下，滑石粉在塑料原料中的分散性对改性料最终理化性能影响很大，在生产过程中应严格控制，影响滑石粉在塑料原料中的分散性的主要因素有配方、温度、产量、工艺过程等。
此外，当滑石粉加入量大时，可采用分步加入的办法，以达到好的分散效果。
(3)对于不同的塑料，不同的要求应选择不同规格的滑石粉，才能达到理想的效果。
这一点是很有讲究的，选择不好可能事与愿违。
因为不同的塑料，不同的制品，不同的使用条件对原料有不同的要求，所以必须进行不同的选择，才能达到理想的效果。
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
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粉体改性剂对滑石粉表面改性方法及作用
滑石粉是一种层状含水镁硅酸盐，其表面含有亲水基团，且具有较高的表面能，作为无机填料与有机高聚物分子材料之间在化学结构和物理形态上有着很大的差异，缺少亲和性，使之滑石粉与聚合物之间混合不均匀、粘合力弱，导致制品的力学性能降低。
为此，必须对滑石粉进行表面改性处理。
滑石粉表面改性的机理是利用某些带有两性基团的小分子或高分子化合物对进行复合的物质中的一种或两种进行表面改性，使其表面由憎水变为亲水，目的是使两种物质与树脂更好地相结合。
1、表面覆盖改性法
表面覆盖改性法是将表面活性剂或粉体改性剂覆盖于粒子表面，使表面活性剂或粉体改性剂以吸附或化学键的方式与粒子表面结合，使粒子表面由亲水变为疏水，赋予粒子新的性质，使粒子与聚合物的相容性得以改善。
该方法是目前最普遍采用的方法。
大致可理解为：针对滑石粉与聚合物亲和力不高的缺点，将带有两性基团的表面活性剂覆盖粒子上，亲水基团朝向粒子表面，亲油基团朝向外面，这样与聚合物结合时就有好的相容性，达到改性目的，扩大滑石粉的应用范围。
2、机械化学法
机械化学法是通过粉碎、摩擦等方法将比较大的粒子变得较小，使粒子的表面活性变大，即增强其表面吸附能力，简化工艺的同时还可以降低成本，同时更易控制产品的质量。
超细粉碎是物料深加工的重要手段，其主要目的是为现代工业提供高性能的粉体产品。
此过程不是简单的物料粒度减小，它包含了许多复杂的粉体物质性质和结构的变化、机械化学变化。
滑石粉经搅拌磨超细粉碎后，表面活性增强，热效应改善，白度提高，粉体性质变化与超细粉碎过程的热力学特性密切相关。
3、外膜层改性法
外膜层改性是在粒子表面均匀地包覆一层聚合物，从而赋予粒子表面新的性质。
用澳达粉体表面改性剂对无机粒子滑石粉进行表面处理，与常规的滑石粉粒子填充物相比，包覆后的滑石粉填充高分子材料后，其最大拉伸强度、冲击强度均明显提高，提高率分别达到136%和162%，可作为新型强韧型填充改性剂用于PVC电缆料。
4、局部活性改性
局部活性改性利用化学反应在粒子表面接枝上一些可与聚合物相容的基团或官能团，使无机粒子与聚合物有更好的相容性，从而达到无机粒子与聚合物复合的目的。
5、高能量表面改性
高能量表面改性是利用高能放电、等离子射线、紫外线等所产生的巨大能量对粒子表面改性，使其表面具有活性，提高粒子与聚合物的相容性。
6、沉淀反应改性
沉淀反应改性利用沉淀反应进行改性。
这种方法就是利用沉淀效应对粒子表面进行包覆，从而达到改性的效果。
随着人们对滑石粉特性的认识逐步加深，滑石粉在涂料、塑料等行业中的应用领域将不断扩大。
由于改性高档滑石粉的生产能力远远小于国内外市场的需求，滑石粉的合理改性越来越被人们重视。