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这些粉体表面改性知识,你知道吗?

1、粉体表面改性概念
粉体表面改性,是指用物理、化学、机械等方法对粉体材料表面或界面进行处理,有目的地改变粉体材料表面的物理化学性质,如表面能、表面润湿性、电性、吸附和反应特性、表面结构和官能团等等,以满足现代新材料,新工艺和新技术发展的需要。
2、表面改性的目的
1)改善粉体颗粒的分散性、稳定性和相容性。
2)提高粉体颗粒的化学稳定性,如耐药性、耐光性、耐候性等。
3)改变粉体的物理性质,如光学效应、机械强度等。
4)出于环保和安全生产目的。
3、粉体表面改性方法
1)物理涂覆
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。
主要影响因素:颗粒的粒度、形状、比表面积、孔隙率、涂敷剂的种类、用量、用法、涂敷处理工艺等。实验表明,无孔隙的高密度球形颗粒的涂敷效果最好。
2)化学包覆
利用改性剂吸附或化学反应使颗粒表面改性的方法。除利用表面官能团改性外,还包括利用游离基反应、溶胶吸附等。
影响因素:①粉体的表面性质;②表面改性剂的配方;③表面改性工艺;④表面改性设备等。
3)沉淀包膜
利用沉淀反应,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、热性和体相性质等目的。
一般采用湿法工艺。影响因素主要有浆液的pH、浓度、反应温度和时间,颗粒粒度、形状及后续处理工序(洗涤、脱水、干燥或焙烧)等。其中pH及温度、浓度因直接影响无机改性剂在溶液中的水解产物,是最重要的影响因素之一。
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。
激活设备:各种类型的球磨机、气流磨及高速机械冲击式磨机等。
主要影响因素:设备类型、作用方式、作用环境(干、湿、添加剂)、作用时间以及粉体的粒度和比表面积等。
5)高能改性及其他方法
高能改性: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。还有酸碱处理、化学气相沉积(CVD)和物理沉积(PVD)等。
6)复合改性
采用两种以上方法对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。
4、粉体改性剂的定义和作用机理
定义:粉体改性剂就是用于改变粉体表面性质并改善粉体应用性能的化学物质。
作用机理:表面改性剂通常由亲基体组分和疏基体组分组成,两者随本体聚合物对改性剂表面改性要求的不同而改变。当需要提高基体聚合物的表面能时,亲基体的端基为疏水基团,疏基体的端基为亲水基团;当需要降低基体聚合物的表面能时,亲基体的端基为亲水基团,疏基体的端基为疏水基团。由于大多数聚合物是非相容性的,因此,我们可以利用这一点,使设计合成的表面改性剂的亲基体组分与被改性聚合物基体能很好相容,疏基体组分与基体之间相容性较差,从而导致表面改性剂的疏基体组分向表面迁移扩散,以达到提高或降低表面能的目的。
5、改性剂的分类
改性剂主要分为:有机和无机两大类。
1)常用的有机表面改性剂:偶联剂、表面活性剂、有机低聚物、不饱和有机酸、有机硅、水溶性高分子、超分散剂等。
2)无机表面改性剂:金属氧化物及其盐等。
6、粉体表面改性技术的应用领域
1)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。
2)油漆、涂料:提高涂料、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、保光性、保色性等。
3)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。
4)吸附与催化材料;提高吸附与催化材料的选择性、活性和机械强度。
5)健康与环境保护(硅藻土):例如,提高硅藻土对苯酚等有机污染物和一些重金属的吸附作用等。
6)超细和纳米粉体制备中的抗团聚:超细和纳米粉体在制备过程中会发生团聚作用,通过对其进行表面改性改善其分散性,从而起到抗团聚的作用。


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