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粉体材料的表面改性，这8大理由及6大方法不得不知！
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- 2024-11-15 09:40:15
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粉体改性的八大理由 粉体表面改性是指用物理、化学、机械等方法对粉体表面进行处理，根据应用的需要有目的的改变粉体表面的物理化学性质或赋予其新的功能，以满足现代新材料、新工艺和新技术发展的需要。 理由一：改善相容性，增强分散性 在塑料、橡胶、胶粘剂等高分子材料工业及高聚物基复合材料领域中，无机矿物填料占有很重要的地位。但由于无机粉体填料与基质，即有机高聚物的表面或界面性质不同，相容性较差，因而难以在基质中均匀分散，直接或过多地填充往往容易导致材料的某些力学性能下降以及易脆化等缺点。因此，必须对无机粉体填料表面进行改性，以改善其表面的物理化学特性，增强其与基质，即有机高聚物或树脂等的相容性和在有机基质中的分散性，以提高材料的机械强度及综合性能。 表面改性是无机填料由一般增量填料变为功能性填料所必需的加工手段之一，同时也为高分子材料及有机/无机复合材料的发展提供了新的技术方法，这是粉体表面改性最主要的目的之一。 理由二：提高颜填料分散性，改善涂料性能 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、抗菌防霉性和保色性等是粉体表面改性的第二个主要目的。 涂料的着色颜料和体质颜料多为无机粉体，为了提高其在有机基质油漆或涂料中的分散性，要对其进行表面改性，以改善其表面的湿润性，增强与基体的结合力。 在新发展的具有电、磁、声、热、光、抗菌防霉、防腐、防辐射、特种装饰等功能的所谓特种涂料中的填料和颜料不仅要求粒度超细，而且要求具有一定的功能。因此，必须对其进行表面处理。 此外，为提高某些颜料的耐候性、耐热性以及遮盖力和着色力等，用一些性能较好的无机物包覆，如用氧化铝、二氧化硅包覆钛白粉可改善其耐候性等性能。 理由三：赋予颜填料良好的分散稳定性和流变性 在成为当今流行化趋势之一的水性建筑装饰涂料中，除了与其他组分的相容性和配伍性之外，还要求无机颜料和填料具有较长时间的分散稳定性和良好的流变性，这也是水性涂料中应用的颜料和填料必须要进行表面改性或表面处理的原因之一。 理由四：赋予产品珠光效应 当今许多高附加值产品要求有良好的光学效应和视觉效果，使制品更富色彩。这就需要对一些粉体原料进行表面处理，以赋予制品良好的光泽和装饰效果。 如白云母粉经氧化钛、氧化铬、氧化铁、氧化锆等金属氧化物进行表面改性后用于化妆品、塑料制品、浅色橡胶、油漆、特种涂料、皮革等，可赋予这些制品珠光效应，显著提高了这些产品的价值。 理由五：改善无机颜料的分散性 在无机/无机复合新材料中，无机组分之间的分散性对于材料的最终性能有很大的影响。特别是当小组分陶瓷颜料在大组分陶瓷坯料中分散时，例如在彩色陶瓷地砖中添加的陶瓷颜料，其分散性直接影响陶瓷制品色彩的均匀性和产品的档次。 使用分散性能好的陶瓷颜料不仅可以使最终产品的色泽好，而且用量少，可减少昂贵的颜料的用量。因此，无机颜料或组分的表面处理（提高在无机相中的分散性）对无机/无机复合材料的发展也有重要意义。 理由六：赋予功能特性，扩展应用领域 在许多层状晶体结构的粉体材料中，利用晶体层之间较弱的分子键连接或层间离子的可交换性而进行的插层改性，可产生一种新型的矿物层间化合物，如粘土层间化合物和石墨层间化合物。这些层间化合物具有原矿物粉体所不具有的新的物化性质或功能。 如石墨经过层间化学处理制成的层间化合物，其性质大大优于石墨，具有耐高温、抗热震、防氧化、耐腐蚀、润滑性和密封性等优良性能或功能，是制备新型导电材料、电极材料、储氢材料、柔性石墨、密封材料的原料，其应用范围已扩大到冶金、石油、化工、机械、航空航天、原子能、新型能源等领域。 膨润土层间有机改性后的有机膨润土在非极和弱极性溶剂中也显示出良好的膨胀、吸附、触变和粘结等特性。 理由七：提高粉体吸附、催化等特性 对于吸附和催化粉体材料，为了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，也需要对其进行表面处理或表面改性。 例如，在活性炭、硅藻土、氧化铝、硅胶、海泡石、沸石等粉体表面通过浸渍法负载金属氧化物、碱或碱土金属、稀土氧化物以及铜、银、金、铝、钻、铂、钯、镍等金属或贵金属。 理由八：让纳米粉体成为真正的“纳米粉体” 纳米粉体是在微米粉体基础上发展的一种新的粉体材料，具有良好的应用前景。但是纳米粉体的比表面积大，表面原子数多，表面能高，在制备、储运和使用过程中很容易团聚形成二次、三次或更大的颗粒，从而不能发挥其应有的纳米效应。因此，纳米粉体的表面处理或表面改性对改善和提高纳米粉体的应用性能、加速其工业应用具有至关重要的意义。 粉体改性的六大方法 表面改性是根据应用需要有目的地改变粉体材料表面的物理化学性质，以满足现代新材料、新工艺和新技术发展的需求，在粉体加工和应用过程中越来越受到重视，目前主要有6大类改性方法。 1、物理涂覆 方法原理：利用高聚物或树脂等对粉体表面进行处理，一般包括冷法和热法两种。 改性剂：高聚物、酚醛树脂、呋喃树脂等。 影响因素：颗粒形状、比表面积、孔隙率、涂敷剂的种类及用量、涂敷处理工艺等。 适用对象：铸造砂、石英砂等。 2、化学包覆 方法原理：利用有机物分子中的官能团在无机粉体表面的吸附或化学反应对颗粒表面进行包覆，一般包括干法和湿法两种。除利用表面官能团改性外，该方法还包括利用游离基反应、鳌合反应、溶胶吸附等进行表面包覆改性。 改性剂：如硅烷、钛酸酯、铝酸酯、锆铝酸盐、有机铬等各种偶联剂，高级脂肪酸及其盐，有机铵盐及其他各种类型表面活性剂，磷酸酯，不饱和有机酸，水溶性有机高聚物等。 影响因素：粉体的表面性质，改性剂种类、用量和使用方法，改性工艺，改性设备等。 适用对象：石英砂、硅微粉、碳酸钙、高岭土、滑石、膨润土、重晶石、硅灰石、云母、硅藻土、水镁石、硫酸钡、白云石、钛白粉、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化铝等各类粉体。 3、沉淀反应 方法原理：通过无机化合物在颗粒表面的沉淀反应，在颗粒表面形成一层或多层“包膜”，以达到改善粉体表面性质，如光泽、着色力、遮盖力、保色性、耐候性、电、磁、热性和体相性质等。 改性剂：金属氧化物、氢氧化物及其盐类等各类无机化合物。 影响因素：原料的性质（粒度大小和形状、表面官能团），无机表面改性剂的品种，浆液的pH值、浓度，反应温度和反应时间，洗涤、脱水、干燥或焙烧等后续处理工序。 适用对象：钛白粉、珠光云母、氧化铝等无机颜料。 4、机械力化学 方法原理：利用超细粉碎及其他强烈机械作用，有目的的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、溶解性能（表面无定形化）、化学吸附和反应活性（增加表面活性点或活性基团）等。 改性设备及药剂：球磨机、气流粉碎机、高速机械冲击磨等，助磨剂、分散剂、改性剂等。 影响因素：粉碎设备的类型、机械作用的方式、粉碎环境（干、湿、气氛等）、助磨剂或分散剂的种类和用量、机械力的作用时间以及粉体物料的晶体结构、化学组成、粒度大小和粒度分布等。 适用对象：高岭土、滑石、云母、硅灰石、钛白粉等各类粉体。 5、插层改性 方法原理：利用层状结构的矿物粉体颗粒晶体层之间结合力较弱（如分子键或范德华力）或存在可交换阳离子的特性，通过离子交换反应或化学反应改变粉体的界面性质和其他性质的改性方法。 改性剂：季铵盐类、聚合物、有机单体、氨基酸等有机插层剂，羧基钛、金属氧化物、无机盐等无机插层剂。 影响因素：原料的性质、反应环境、插层剂种类和用量等。 适用对象：高岭土、石墨、云母、水滑石、蛭石、累托石、金属氧化物以及层状硅酸盐等。 6、高能表面改性 方法原理：指利用紫外线、红外线、电晕放电、等离子体照射和电子束辐射等方法对粉体进行表面改性的方法。例如： 用ArC3H6低温等离子处理碳酸钙，可改善碳酸钙与PP的界面黏结性。用红外照射法在炭黑表面接枝聚苯乙烯等聚合物，可显著改善炭黑在介质中的分散性。用微波辐射和空气等离子体处理对多孔二氧化硅表面有激活作用，可使其表面羟基含量增加，水合效果增强。但目前，该方法技术较复杂，成本较高，还难以大规模工业化。 文章部分内容来源于奇点新材料等，贵在分享交流，如有侵权请告知删除！
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