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粉体表面改性“灵魂三问”
2019年07月19日 发布 分类:粉体入门 点击量:348
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粉体表面改性其实涵盖了非常多的内容,涉及改性目的、机理、方法、改性剂、工艺、设备、过程控制和产品检测等多个方面,不是走在生产一线的小编也只是瞧见了它的冰山一角。但这座“冰山”所裸露出来的这一小角便已足够引发小编的深思......

下面是小编关于粉体表面改性的“灵魂三问”,Are You Ready???

1. 灵魂三问之什么是粉体表面改性?

答:粉体表面改性就是在保持粉体原性能的前提下,根据应用的需要采用化学的、物理的方法改变表面的化学成分或组织结构,如表面晶体结构和官能团、表面能、表面湿润性、电性、表面吸附和反应特性等;以此赋予其表面新的性能,如亲水性、生物相容性、抗静电性能、染色性能等。

2. 灵魂三问之为什么要对粉体表面进行改性?

答:由于超细粉体,尤其是纳米级粉体的粒径很小,表面能高,很容易发生团聚,形成二次粒子,无法表现出其受人青睐的表面积效应、体积效应及量子尺寸效应等。要解决超细粉体的团聚问题,提高其分散性、流变性,最有效的方法就是对粉体的表面进行改性处理。

 

粉体团聚现象

表面改性目的

♦改善粉体颗粒的分散性、稳定性和相容性

♦提高粉体颗粒的耐久性,如耐药性、耐光性、耐候性、耐热性等

♦使颗粒表面产生新的物理、化学和力学性能及新的功能,从而提高粉体的附加值;

♦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

♦出于环保和安全生产目的

粉体表面改性的应用

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

♦油漆、涂料:提高涂料、油漆中颜料的分散性、流变性,并改善涂料的光泽、遮盖力、着色力和耐候性、耐热性、保光性、保色性等

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

吸附与催化材料:提高吸附和催化活性、选择性、稳定性和机械强度

超细和纳米粉体:抗团聚

层状晶体结构粉体材料:使原矿物粉体具备新的物化性质或功能

♦有害原料:不影响使用性能的同时使其无害化

……

总的来说,粉体表面改性是为了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,通过表面改性使粉体材料得以满足现代新材料、新工艺和新技术发展的需要。

 

3. 灵魂三问之怎么对粉体表面进行改性?

答:超细粉体表面改性的机理是超细粉体表面与表面改性剂发生作用,改善粒子表面的可润湿性,增强粒子在介质中的界面相容性,使粒子容易在有机化合物或水中分散。根据粒子与改性剂表面发生作用的方式,改性的机理可分为包覆改性、偶联改性等。

超细粉体表面改性的方法


1.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包覆使颗粒表面改性。改性工艺可分为干法和湿法两种。

 

图一:未改性前,粉体团聚现象严重  

图二:添加改性剂样品后,浆料中的粉体颗粒迅速降粘、分散、解聚,还原到原生粒径  

图三:改性后的粉体,表面形成一层有机包膜,包覆在粉体表面  

图四:改性剂具有特殊的双亲基团,一端与粉发生化学反应产生缔合  

图五:亲油端朝外与树脂结合 

2.物理涂覆改性法

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。实验表明,无孔隙的高密度球形颗粒的涂敷效果最好。

3.沉淀反应改性法

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,在颗粒表面形成一层或多层“包膜”,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。一般采用湿法工艺。

4.机械力化学改性法

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。

5.高能改性法

高能改性是指利用紫外线、红外线、电晕放电和等离子体照射等方法进行表面处理,将这些方法与前述各种改性方法并用,效果更好。酸碱处理、化学气相沉积(CVD)和物理沉积(PVD)等。

6.微胶囊改性法: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改性方法。微小颗粒胶囊化改性不仅可以制备无机——有机复合胶粒,还可以利用胶囊的缓释作用将固体药粉胶囊化。

7.复合改性法

复合改性法是指综合采用多种方法粉体进行表面处理的工艺方法,如机械化学与化学包覆的复合、沉淀反应与化学包覆的复合,高能辐射与表面包覆的复合等等。机械化学与表面包覆处理是在粉碎过程中添加表面改性剂,使颗粒在粒度减小过程中达到表面有机化学包覆改性。沉淀反应与表面包覆处理是在沉淀包膜改性之后再进行表面化学包覆。

超细粉体表面改性的工艺

目前工业上应用的表面改性工艺主要有以下几种:

干法工艺干法改性工艺是粉体在干态下或干燥后在改性设备中进行强烈机械分散,同时添加配置好的表面改性剂在一定温度下进行表面改性的工艺。干法改性工艺简单、适用于各种有机表面改性剂,特别是非水溶性的各种表面改性剂的物理或化学包覆改性。表面改性剂的分散和表面包覆的均匀性取决于表面改性设备

湿法工艺湿法改性工艺是在一定固液比的浆料中添加配置好的表面改性剂,在机械搅拌分散和一定温度条件下进行表面改性的工艺。适用于各种可水溶/水解的有机表面改性剂、无机表面改性剂(沉淀反应包膜)。具有表面改性剂分散较好、表面包覆较均匀等特点,但要后续干燥作业。因此,特别适用于前段为湿式制粉作业而后又需要干燥的场合。

复合工艺:复合工艺包括机械化学与表面化学包覆改性复合工艺、干燥与表面化学包覆改性复合工艺、沉淀反应与表面化学包覆改性复合工艺等,复合表面改性工艺最大的特点是可以简化工艺,但在具体生产应用中需要严格控制各项条件。

粉体表面改性工艺选择原则

既然是为了应用的需要而对粉体表面进行改性,那么粉体表面改性方法选择和工艺设计势必要根据改性目的、改性方法、改性剂性质和原料性质来进行选择及调整。

对粉体及表面改性剂的分散性好

粉体与表面改性剂的作用机会均等

改性温度和时间可调

单位产品能耗低、磨耗小

粉尘污染少

操作简便、运行平稳

 

粉体圈 作者:朱朱


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