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技術文摘

超細粉體表面改性的8條干貨

2018-10-24 來源:研發中心

  超細粉體通常包括微米級(1~30μm)、亞微米級(0.1~1μm)和納米級(1~100 nm)的粒子,因具有不同于原固體材料的表面效應和體積效應,而表現出獨特的光學、電學、磁學、熱學、催化和力學性質等,它不僅是一種功能材料,而且為新功能材料的復合與開發展現了廣闊的應用前景,在國民經濟各領域有著廣泛的應用,起著極其重要的作用。

  1、超細粉體表面改性的目的是什么?

  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。表面改性的目的包括:(1)改善或改變粉體粒子的分散性;(2)改善耐久性,如耐藥、耐光、耐熱、耐候性等;(3)提高顆粒表面活性;(4)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;(5)改善粉體粒子與其他物質之間的相容性。

  2、超細粉體表面改性的機理是什么?

  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。包覆改性是用無機化合物或者有機化合物對粒子表面進行覆蓋,對粒子的團聚起到減弱或屏蔽作用,由于包覆物而產生了空間位阻斥力,使粒子再團聚十分困難,從而達到改性的目的。偶聯改性是粒子表面發生化學偶聯反應,兩組分之間除了范德華力、氫鍵或配位鍵相互作用外,還有離子鍵或共價鍵的結合。粒子表面經偶聯劑處理后可以與有機物產生很好的相容性。

  3、超細粉體表面改性的方法有哪些?

 

   (1)表面吸附包覆法:利用物理或化學吸附原理使包覆材料均勻附著到被包覆對象上,形成連續完整的包覆層。在這個過程中,發生的是簡單的吸附反應,吸附層一般為單分子層。選擇的包覆材料大多是一些有機物質,這些有機物質選擇性地吸附在無機顆粒表面,定向排列,使改性粉體表面呈現出包覆材料的性質。

   (2)液相包覆法:是指無機粉體顆粒表面沉積一層或幾層氧化物或氫氧化物的鹽類物質的一種表面改性方法,主要分為沉淀法、醇鹽水解法、溶膠凝膠法和非均相凝固法。這些都是用包覆物全部或部分先成核長大的膠粒,再包覆到陶瓷粉體表面上。

  (3)微膠囊法: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。

 

超細粉體表面包覆改性工藝流程圖

  (4)聚合物表面接枝改性方法:將聚合物長鏈接枝在粉體表面,而聚合物中含親水基團的長鏈通過水化伸展在水介質中起立體屏障作用,這樣,粉體在介質中的分散穩定除了依靠靜電斥力外又依靠空間位阻,效果十分明顯。

  (5)機械力化學改性法:運用粉碎、摩擦等方法增強粒子表面活性,從而使分子晶格發生位移,內能增大,在外力的作用下,活性的粉末表面與其他物質發生反應、附著,達到表面改性的目的。

  (6)高能改性法:是利用等離子體或輻射處理等引發聚合反應而實現改性的方法。

  4、超細粉體表面改性的設備有哪些?

  粉體表面改性設備,主要擔負3項職責:一是混合;二是分散;三是表面改性劑在設備中熔化和均勻分散到物料表面,并產生良好的結合。目前表面改性機主要有:

  (1)PSC系列粉體表面改性機,是表面化學改性的專用設備。

  (2)復合式粉體連續改性系統,是引進日本技術經消化、吸收生產的新型表面改性設備,適用于年產3 000~5 000 t改性粉體的企業。

  (3)SLG型三筒連續粉體表面改性機,是引進瑞典AGMW公司三筒高速強烈混合表面改性機HSTP-3/1000而研制的。

  (4)半自動強烈混合改性機組。

 

連續式粉體表面包覆改性機

  表面改性設備的發展趨勢是:在設備結構優化的基礎上采用先進計算機技術和人工智能技術對主要參數和改性劑用量進行在線自動調控,以實現表面改性在顆粒表面的單分子層吸附、減少改性劑用量、穩定產品質量和方便操作。

  5、超細粉體的表面改性劑有哪些?

 

  粉體的表面改性主要是依靠表面改性劑在粉體顆粒表面的吸附、反應、包覆或包膜來實現的。因此,表面改性劑對于粉體的表面改性或表面處理具有決定性的作用。目前應用的表面改性劑主要有偶聯劑、表面活性劑、有機低聚物、不飽和有機酸、有機硅、水溶性高分子以及金屬氧化物及醇鹽。

  6、影響表面改性效果的因素是什么?

  影響粉體表面改性效果的主要因素是粉體原料的性質、表面改性劑配方、表面改性工藝、表面改性設備等。粉體原料的比表面積、粒度大小和粒度分布、比表面能、表面物理化學性質、團聚性等均對表面改性效果有影響;表面改性劑的配方包括選擇品種、確定用量和用法等內容;表面改性工藝要滿足表面改性劑的應用要求或應用條件,同時要求工藝簡單、參數可控性好、產品質量穩定,而且能耗低、污染小;高性能的表面改性機應能夠使粉體及表面改性劑的分散性好、粉體與表面改性劑的接觸或作用機會均等。

  7、超細粉體表面改性的效果如何表征?

  超細粉體表面改性效果的表征及評價有直接評價法和間接評價法。直接評價法是通過測定經改性后的粉體作為填充物應用于復合材料的力學性能以及在材料中的加工性能等來評定其改性效果。間接評價法是通過改性物料的一些參數來表征粉體表面改性效果,例如接觸角、粘度、親油性和平均粒徑等方法,這些方法在實際生產中簡便、直觀地反映了粉體的改性效果。也可采用先進的分析測試手段對超細粉體表面改性機理進行分析并評判其改性效果。

  8、關于超細粉體表面改性今后的研究重點

  (1)進一步研究超細粉體的改性原理,找到適用于各種改性要求并能應用于實際生產的新型改性方法;

  (2)在深入研究改性機理的基礎上優化改性工藝流程,發展能夠達到多種改性目的的“復合”處理工藝;

  (3)在改進原有一些的通用化工設備基礎上發展適應表面改性的設備;

  (4)大力研發低成本、高效能的改性劑,并針對某些特殊改性要求研制具有特殊功能的改性劑。

 

  參考文獻:

  [1] 劉昊,才慶魁,張寧,等.超細粉體的表面改性研究進展[J].沈陽大學學報,2007,19(2): 16-20.

  [2] 鐵生年,李星.超細粉體表面改性研究進展[J].青海大學學報,2010,28(2):16-21.
  (文章來源:粉體技術網)

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