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粉體表面改性“靈魂三問”
2019年07月19日 發布 分類:粉體入門 點擊量:791
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粉體表面改性其實涵蓋了非常多的內容,涉及改性目的、機理、方法、改性劑、工藝、設備、過程控制和產品檢測等多個方面,不是走在生產一線的小編也只是瞧見了它的冰山一角。但這座“冰山”所裸露出來的這一小角便已足夠引發小編的深思......

下面是小編關于粉體表面改性的“靈魂三問”,Are You Ready???

1. 靈魂三問之什么是粉體表面改性?

答:粉體表面改性就是在保持粉體原性能的前提下,根據應用的需要采用化學的、物理的方法改變表面的化學成分或組織結構,如表面晶體結構和官能團、表面能、表面濕潤性、電性、表面吸附和反應特性等;以此賦予其表面新的性能,如親水性、生物相容性、抗靜電性能、染色性能等。

2. 靈魂三問之為什么要對粉體表面進行改性?

答:由于超細粉體,尤其是納米級粉體的粒徑很小,表面能高,很容易發生團聚,形成二次粒子,無法表現出其受人青睞的表面積效應、體積效應及量子尺寸效應等。要解決超細粉體的團聚問題,提高其分散性、流變性,最有效的方法就是對粉體的表面進行改性處理。

 

粉體團聚現象

表面改性目的

?改善粉體顆粒的分散性、穩定性和相容性

?提高粉體顆粒的耐久性,如耐藥性、耐光性、耐候性、耐熱性等

?使顆粒表面產生新的物理、化學和力學性能及新的功能,從而提高粉體的附加值;

?使無機礦物填料由一般增量填料變為功能性填料

?為高分子材料及復合材料提供新的技術方法

?出于環保和安全生產目的

粉體表面改性的應用

?有機/無機復合材料(塑料、橡膠等):改善無機填料(包括增量無機填料和功能性無機填料)與有機(高聚物)基料的相容性,提高其分散性及復合材料的綜合性能

?油漆、涂料:提高涂料、油漆中顏料的分散性、流變性,并改善涂料的光澤、遮蓋力、著色力和耐候性、耐熱性、保光性、保色性等

?無機/無機復合材料:提高無機組分,特別是小比例無機組分在大比例無機組分中的分散性,如陶瓷顏料和多相陶瓷材料

?吸附與催化材料:提高吸附和催化活性、選擇性、穩定性和機械強度

?超細和納米粉體:抗團聚

?層狀晶體結構粉體材料:使原礦物粉體具備新的物化性質或功能

?有害原料:不影響使用性能的同時使其無害化

……

總的來說,粉體表面改性是為了改善礦物材料的使用性能,提高使用價值并拓展新的應用領域,通過表面改性使粉體材料得以滿足現代新材料、新工藝和新技術發展的需要。

 

3. 靈魂三問之怎么對粉體表面進行改性?

答:超細粉體表面改性的機理是超細粉體表面與表面改性劑發生作用,改善粒子表面的可潤濕性,增強粒子在介質中的界面相容性,使粒子容易在有機化合物或水中分散。根據粒子與改性劑表面發生作用的方式,改性的機理可分為包覆改性、偶聯改性等。

超細粉體表面改性的方法


1.化學包覆改性法

表面化學包覆改性法是目前最常用的粉體表面改性方法,是利用有機表面改性劑分子中的官能團在顆粒表面吸附或化學反應對顆粒表面進行包覆使顆粒表面改性。改性工藝可分為干法和濕法兩種。

 

圖一:未改性前,粉體團聚現象嚴重  

圖二:添加改性劑樣品后,漿料中的粉體顆粒迅速降粘、分散、解聚,還原到原生粒徑  

圖三:改性后的粉體,表面形成一層有機包膜,包覆在粉體表面  

圖四:改性劑具有特殊的雙親基團,一端與粉發生化學反應產生締合  

圖五:親油端朝外與樹脂結合 

2.物理涂覆改性法

利用高聚物或樹脂等表面改性劑對粉體表面進行物理處理而達到表面改性的工藝方法,是一種對粉體表面進行簡單改性的工藝。實驗表明,無孔隙的高密度球形顆粒的涂敷效果最好。

3.沉淀反應改性法

沉淀反應法是利用化學沉淀反應將表面改性物沉淀包覆在被改性顆粒表面,在顆粒表面形成一層或多層“包膜”,是一種“無機/無機包覆”或“無機納米/微米粉體包覆”的粉體表面改性方法。一般采用濕法工藝。

4.機械力化學改性法

機械力化學改性法是利用超細粉碎過程及其他強烈機械力作用有目的地激活顆粒表面,使其結構復雜或無定形化,增強它與有機物或其他無機物的反應活性。機械化學作用可以增強顆粒表面的活性點和活性基團,增強其與有機基質或有機表面改性劑的使用。以機械力化學原理為基礎發展起來的機械融合技術,是一種對無機顆粒進行復合處理或表面改性,如表面復合、包覆、分散的方法。

5.高能改性法

高能改性是指利用紫外線、紅外線、電暈放電和等離子體照射等方法進行表面處理,將這些方法與前述各種改性方法并用,效果更好。酸堿處理、化學氣相沉積(CVD)和物理沉積(PVD)等。

6.微膠囊改性法:膠囊化改性是在顆粒表面覆蓋均質而且有一定厚度薄膜的一種表面改性方法。微小顆粒膠囊化改性不僅可以制備無機——有機復合膠粒,還可以利用膠囊的緩釋作用將固體藥粉膠囊化。

7.復合改性法

復合改性法是指綜合采用多種方法粉體進行表面處理的工藝方法,如機械化學與化學包覆的復合、沉淀反應與化學包覆的復合,高能輻射與表面包覆的復合等等。機械化學與表面包覆處理是在粉碎過程中添加表面改性劑,使顆粒在粒度減小過程中達到表面有機化學包覆改性。沉淀反應與表面包覆處理是在沉淀包膜改性之后再進行表面化學包覆。

超細粉體表面改性的工藝

目前工業上應用的表面改性工藝主要有以下幾種:

干法工藝干法改性工藝是粉體在干態下或干燥后在改性設備中進行強烈機械分散,同時添加配置好的表面改性劑在一定溫度下進行表面改性的工藝。干法改性工藝簡單、適用于各種有機表面改性劑,特別是非水溶性的各種表面改性劑的物理或化學包覆改性。表面改性劑的分散和表面包覆的均勻性取決于表面改性設備

濕法工藝濕法改性工藝是在一定固液比的漿料中添加配置好的表面改性劑,在機械攪拌分散和一定溫度條件下進行表面改性的工藝。適用于各種可水溶/水解的有機表面改性劑、無機表面改性劑(沉淀反應包膜)。具有表面改性劑分散較好、表面包覆較均勻等特點,但要后續干燥作業。因此,特別適用于前段為濕式制粉作業而后又需要干燥的場合。

復合工藝:復合工藝包括機械化學與表面化學包覆改性復合工藝、干燥與表面化學包覆改性復合工藝、沉淀反應與表面化學包覆改性復合工藝等,復合表面改性工藝最大的特點是可以簡化工藝,但在具體生產應用中需要嚴格控制各項條件。

粉體表面改性工藝選擇原則

既然是為了應用的需要而對粉體表面進行改性,那么粉體表面改性方法選擇和工藝設計勢必要根據改性目的、改性方法、改性劑性質和原料性質來進行選擇及調整。

?對粉體及表面改性劑的分散性好

?粉體與表面改性劑的作用機會均等

?改性溫度和時間可調

?單位產品能耗低、磨耗小

?粉塵污染少

?操作簡便、運行平穩

 

粉體圈 作者:朱朱


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