超細粉體表面改性的目的:1、為了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、使顆粒表面産生新的物理、化學和機械性能及新的功能,從而提高粉體的附加值。

    目前,表面改性的方法很多,分類方法依分析問題的角度不同而異。粉體表面改性方法分為6類,即:表面包覆改性、表面化學改性、機械力化學法改性、膠囊式改性、高能改性、沉澱反應改性。中國粉體網編輯對以上6種改性方面進行了梳理如下。

    一、表面包覆改性

    表面包覆改性是表面改性劑與粒子表面無化學反應, 包覆物與粒子間依靠物理方法或範德華力而連接, 該方法幾乎适用于各類無機粒子的表面改性。此方法主要利用無機化合物或有機化合物對粒子進行表面包覆, 減弱粒子的團聚作用, 而且由于包覆物而産生了空間位阻斥力, 使粒子再團聚十分困難。用于包覆改性的改性劑有表面活性劑、超分散劑、無機物等。

    趙海燕等以酒石酸作為表面活性劑, 研究對SiC料漿流動性能的影響。結果表明:酒石酸的用量對碳化矽粉體表面活性的影響有很大程度的差别。一般情況下,酒石酸在用量為0.05% 時,對碳化矽表面改性作用最好。胡聖飛等使用聚酯超分散劑改性納米碳酸鈣并用增塑劑的糊粘度來表征填料納米碳酸鈣在樹脂中的流動性和分散性的好壞, 體系的粘度越小則改性效果越好, 經改性的納米碳酸鈣的糊粘度大幅度降低。陳飛躍等用超分散劑對炭黑進行改性, 結果表明, 超分散劑的加入明顯改善了體系的分散性能, 在最佳分散劑含量下,體系具有高流動度、低粘度、小觸變性等性質。嶽林海等在碳酸鈣表面包覆無機二氧化矽層, 可使其在一定程度上具有二氧化矽的性質, 表面光滑度、白度、耐酸性、分散性、比表面積等都有較大的提高, 能大大改善碳酸鈣的應用性能。Prabhakaran 等研究了氫氧化鋁包覆SiC 粉體的表面改性。在鋁的覆蓋率為0.1mg /m2 時,SiC 粉體表現出類似氧化鋁的分散特性,zeta電位明顯改善;當覆蓋層鋁增大到一定值時, 懸浮液的流變性能降低。聚乙烯亞胺( PEI)表面改性可以提高SiC粉體的流動性能,改性後的顆粒尺寸均勻,形狀多為球狀。調節pH,改變聚乙烯亞胺和SiC 顆粒表面的結合方式,聚乙烯亞胺吸附到SiC 顆粒表面,增加了顆粒之間的靜電排斥能,有助于提高SiC 顆粒表面的分散性和流動性。采用聚乙二醇作為分散劑對工業用SiC粉體進行表面改性處理, 通過TG、IR、電鏡等測試技術研究了改性前後SiC 粉體的流動特性、吸附、熱重以及形貌等物性, 分析了聚乙二醇加入量及液體介質對各種物性的影響。試驗結果表明: 聚乙二醇添加量為5% (質量分數),介質為乙醇時,改性SiC 粉體流動特性較好;改性後顆粒之間分散較好,尺寸分布均勻,形狀多為塊狀分布,而且粉體改性後碳化矽陶瓷制品的燒結性能也得到了改善。

    二、表面化學改性

    表面化學改性通過表面改性劑與顆粒表面進行化學反應或化學吸附的方式完成。Shirai等利用無機顆粒表面的羟基基團,在Si、TiO2 和白炭黑等超細粒子表面接枝上具有引發聚合反應作用的基團,然後用這些基團引發乙烯基在粉體表面發生聚合反應,有效提高了超細粉體在有機介質中的分散性。李玮等在研究炭黑顆粒表面接枝丙烯酸中發現,在一定條件下,丙烯酸單體可以直接接枝在炭黑顆粒表面, 從透射電鏡觀察中發現,由于接枝上去的聚丙烯酸長鍊含有離子親水基團,在水介質中能較好地伸展空間位阻屏障作用,阻止了炭黑粒子的再聚集,使得炭黑粒子分散均勻,分散穩定性增加。

    M asaharu Y amatoto等合成了一種大分子矽烷偶聯劑并接枝在氧化钛表面上, 從而使氧化钛在有機溶劑中很好的分散。Boven等和Tsubokaw a等分别在二氧化矽表面引入偶氮基團和過氧基團引發甲基丙烯酸甲酯進行接枝聚合。章文貢等利用自制的鋁酸酯偶聯劑對碳酸鈣粉末進行表面改性, 改性後碳酸鈣的吸濕性、吸油量降低, 粒徑變小, 在有機介質中易分散, 熱穩定溫度大于300℃。Jesion.owski等分别使用巯基矽烷、乙烯基矽烷和氨基矽烷偶聯劑對二氧化矽進行了表面處理。測試結果表明,經前兩者處理後,粒子的疏水性增加,表面羟基數目大量減少,導緻二次團聚減少;而氨基矽烷偶聯劑卻沒有這樣的效果,這主要是因為後者分子結構中的氨基除了與SiO2表面的羟基反應外,還形成了分子間氫鍵從而又引起粒子的團聚。

    三、機械力化學改性

    機械力化學改性指的是通過粉碎、磨碎、摩擦等機械方法,使礦物晶格結構、晶型等發生變化,體系内能增大,溫度升高,促使粒子溶解、熱分解、産生遊離基或離子,增強礦物表面活性,促使礦物和其他物質發生反應或相互附着,達到表面改性目的的改性方法。

    王棟知等研究了重鈣在介質攪拌磨中的表面改性過程,結果表明,介質攪拌磨中機械化學作用對重鈣改性起着積極的作用,并使得重鈣粒度減小,比表面積增大。在此作用下,AA、AS(兩種改性劑, 國内産)藥劑均在重鈣表面發生化學吸附,實現了磨料與改性同時進行,起到分散與助磨作用。許向陽等采用機械化學處理對納米金剛石進行表面改性,利用機械力與表面活性劑的協同作用,對納米金剛石表面尤其是粉碎過程中新生成的表面進行修飾,調節顆粒表面親水疏水性能,從而實現納米金剛石在白油介質中的穩定分散。機械化學反應改性可将粉碎過程與表面改性過程相結合,具有工藝簡潔、改性效果良好以及生産效率高等特點。丁浩、盧壽慈以硬脂酸鈉為改性劑,研究了在攪拌磨中濕法超細研磨碳酸鈣顆粒的同時進行表面改性,研究表明,濕法超細研磨過程中的機械力化學效應有利于顆粒表面改性,且改性效果受研磨細度、料漿濃度、pH、料漿溫度以及研磨力的影響, 其中以研磨力的影響最為重要。顧華志等将一定質量比的CaCO3和Ca(OH)2在行星式球磨機中進行研磨, 實現Ca(OH)2對CaCO3的包覆和活化,提高了CaCO3分解形成的CaO 的抗水化性,得到性能良好的耐火材料。

    四、膠囊式改性

    膠囊式改性是在粉體顆粒表面上覆蓋均質而且有一定厚度薄膜的一種表面改性方法。Rong等用聚苯乙烯對Al2O3、SiO2包覆過的TiO2複合粒子進行了膠囊化,有效提高了該物質的吸光率及穩定性。朱立群等采用原位聚合法制備了種微膠囊以有機矽樹脂和陶瓷纖維為囊芯材料,聚乙烯醇為囊材以有機矽樹脂和細粉混合體為囊芯材料,聚乙烯醇為囊材。将含有有機矽樹脂具有液體流動性和較好的熱穩定性等物質的微膠囊複合進溶膠-凝膠膜層中,通過微膠囊中的液體修複微裂紋的作用而達到提高溶膠-凝膠複合膜層性能的目的。

    五、高能改性法

     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。有研究表明:低溫等離子體處理對玻璃纖維- 環氧樹脂複合材料性能有一定的影響,玻璃纖維放入等離子體發生器内處理時, 随着處理時間的延長,玻璃纖維的質量損失由0.28% 增至0.82。這是由于等離子體中的高能離子對纖維表面所引起的刻蝕作用所緻。由于粗糙度增大,新生表面積增大,某些極性基團能更好的暴露,故其對偶聯劑的吸附量大為增加。這必然改善纖維與環氧樹脂的潤濕性,從而提高了界面粘結和複合材料的力學性能。利用等離子體進行粉末的表面改性已應用于炭黑的氧化處理。用等離子體處理高聚物以改變其表面性質的研究已有不少報道,例如聚乙烯經氦等離子體處理。羅世永以六甲基二矽氧烷為單體,利用高頻等離子體在超微細低熔磷酸鹽玻璃粉體表面聚合矽氧聚合物包覆薄膜。用水和粉體壓片之間的接觸角變化表征了等離子體工藝參數對粉體表面能的影響。結果表明改性後粉體配制電子漿料的細度、黏度、流變特性提高顯著。改性後可以改變或控制超微細粉體的表面能大小,從而可調節電子漿料的流變性和印刷适性。

    六、沉澱反應改性

    沉澱反應法是向含有粉體顆粒的溶液中加入沉澱劑,或者加入可以引發反應體系中沉澱劑生成的物質,使改性離子發生沉澱反應, 在顆粒表面析出,從而對顆粒進行包覆。沉澱法主要可分為直接沉澱法、均勻沉澱法、非均勻形核法、共沉澱法、水解法等。劉永峙等在片狀鋁粉表面包覆一層ZnS,制備出的複合粒子Al /ZnS 保持了Al粉的紅外低發射率并同時遮蓋其金屬光澤,有利于兼容可見光僞裝。張從容等在氫化钛表面均勻地包覆了一層SiO2,制備出複合型發泡劑, 有效延遲了核物質的釋氫時間。


 

2013年05月08日

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超細粉體材料表面改性方法概括

超細粉體表面改性的目的:1、為了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、使顆粒表面産生新的物理、化學和機械性能及新的功能,從而提高粉體的附加

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