粉体表面改性剂应该如何选型与配制使用？.docx

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1、粉体表面改性剂应该如何选型与配制使用？粉体表面改性是集粉体加工、材料加工、材料性能、化工、机械等于一体的新 技术，具有针对性或目的性强的特点，工艺方法较多，影响因素较多。除了工 艺和设备外，对表面改性剂配方的研究也需要重点关注,粉体的表面改性在很 大程度上是通过表面改性剂在粉体表面的作用来实现，因此表面改性剂的配方 （品种、用量和用法）对粉体表面的改性效果和改性后产品的应用性能有重要 影响。表面改性剂配方具有针对性很强，即具有一把钥匙开一把锁的特点。一、表面改性剂品种选择表面改性剂品种的主要考虑因素是粉体原料的性质、产品的用途或应用领域以及工艺、价格和环保等因素。Ol粉体原料的性质影响粉体原料

2、的性质主要是酸、碱性、表面结构和官能团、吸附和化学反应特性等， 应尽可能选择能与粉体颗粒表面进行化学反应或化学吸附的表面改性剂，因为 物理吸附在其后应用过程中的强烈搅拌或挤压作用下容易脱附。例如，石英、 长石、云母、高岭土等呈酸性的硅酸盐矿物表面可以与硅烷偶联剂进行键合, 形成较牢固的化学吸附；但硅烷类偶联剂一般不能与碳酸盐类碱性矿物进行化 学反应或化学吸附，而钛酸酯和铝酸酯类偶联剂则在一定条件下和一定程度上 可以与碳酸盐类碱性矿物进行化学吸附作用。因此，硅烷偶联剂一般不宜用作碳酸盐类碱性矿物粉体，如轻质碳酸钙和重质 碳酸钙的表面改性剂。偶联剂作用机理：水解以在 无机与有机界面间形成键合. 促

3、进界面融合.增强性能。机脂胶 有树橡硅烷偶联剂作用机理02产品用途的影响不同的应用领域对粉体应用性能的技术要求不同，如表面润湿性、分散性、PH 值、遮盖力、耐候性、光泽、抗菌性、防紫外线等，这就是要根据用途来选择 表面改性剂品种的原因之一。例如，用于各种塑料、橡胶、胶粘剂、油性或溶剂型涂料的无机粉体（填料或 颜料）要求表面亲油性好，即与有机高聚物基料有良好的亲和性或相容性，这 就要求选择能使无机粉体表面疏水亲油的表面改性剂；对于陶瓷坯料中使用的 无机颜料不仅要求其在干态下的有良好的分散性，而且要求其与无机坯料的亲 和性好，能够在坯料中均匀分散；对于水性漆或涂料中使用的无机粉体（填料 或颜料）的

4、表面改性剂则要求改性后粉体在水相中的分散性、沉降稳定性和配 伍性好。表面活性剂是如何运作的表面活性剂的亲水亲油表现对于无机表面改性剂则主要根据应用领域对粉体材料功能性的要求来选择，例 如，要使钛白粉的耐候性和化学稳定性好,就要采用Si2和A23进行表面 包覆（膜），要使白云母颜料具有良好的珠光效应就要采用TiO2进行表面包 覆（膜）。同时，不同应用体系的组分不同，选择表面改性剂时还须考虑与应 用体系组分的相容性和配伍性，避免因表面改性剂而导致体系中其他组分功能 的失效。云母钛珠光粉此外，选择表面改性剂时还要考虑应用时的工艺因素，如温度、压力以及环境 因素等。所有的有机表面改性剂都会在一定的温度

5、下分解，如硅烷偶联剂的沸 点依品种不同在IOO 310。C之间变化。因此，所选择的表面改性剂的分解温 度或沸点最好高于应用时的加工温度。03改性工艺的影响目前的表面改性工艺主要采用干法和湿法二种，对于干法工艺不必考虑其水溶 性的问题，但对于湿法工艺要考虑表面改性剂的水溶性，因为只有能溶于水才 能在湿式环境下与粉体颗粒充分地接触和反应。例如碳酸钙粉体干法表面改性时可以用硬脂酸（直接添加或用有机溶剂溶解后 添加均可），但在湿法表面改性时，如直接添加硬脂酸，不仅难以达到预期的 表面改性效果（主要是物理吸附），而且利用率低，过滤后表面改性剂流失严 重，滤液中有机物排放超标。其他类型的有机表面改性剂也有

6、类似的情况。因 此，对于不能直接水溶而又必须在湿法环境下使用的表面改性剂，必须预先将 其皂化、筱化或乳化,使其能在水溶液中溶解和分散。加入乳化剂()/尸乳化作用二、表面改性剂的用量理论上在颗粒表面达到单分子层吸附所需的用量为最佳用量，该用量与粉体原 料的比表面积和表面改性剂分子的截面积有关，但这一用量不一定是100%覆 盖时的表面改性剂用量，对于无机表面包覆改性，不同的包覆率和包膜层厚度 可能表现出不同的特性，如颜色、光泽等。因此，实际最佳用量的确定还是要 通过改性试验和应用性能试验来确定，这是因为表面改性剂的用量不仅与表面 改性时表面改性剂的分散和包覆的均匀性有关，还与应用体系对粉体原料的表

7、 面性质和技术指标的具体要求有关。对于湿法改性，表面改性剂在粉体表面的实际包覆量不一定等于表面改性剂的 用量，因为总是有一部分表面改性剂未能与粉体颗粒作用，在过滤时被流失掉 了。因此，实际用量要大于达到单分子层吸附所需的用量。表面致密涂层与包覆率和包覆层厚度有关三、使用方法表面改性剂的使用方法是表面改性剂配方的重要组成部分之一，对粉体的表面 改性效果有重要影响，好的使用方法可以提高表面改性剂的分散程度和与粉体 的表面改性效果，反之，使用方法不当就可能使表面改性剂的用量增加，改性 效果达不到预期目的。表面改性剂的用法包括配制、分散和添加方法以及使用二种以上表面改性剂时添加顺序。Ol表面改性剂的配

8、制方法表面改性剂的配制方法要依表面改性剂的品种、改性工艺和改性设备而定。不 同的表面改性剂需要不同的配制方法，例如，对于硅烷偶联剂，与粉体表面起 键合作用的是硅醇，因此，要达到好的改性效果（化学吸附）最好在添加前进 行水解。对于使用前需要稀释和溶解的其他有机表面改性剂，如钛酸酯、铝酸 酯、硬脂酸等要采用相应的有机溶剂，如无水乙醇、甲苯、乙醛、丙酮等进行 稀释和溶解。对于在湿法改性工艺中使用的硬脂酸、钛酸酯、铝酸酯等不能直 接溶于水的有机表面改性剂，要预先将其皂化、铉化或乳化为能溶于水的产物。硅烷偶联剂因水分导致加水分解，形成硅烷醇，部分发生缩合反应成为低 聚物状态。接着，在无机质表面,基于氢氧

9、结合等相互作用产生吸附。此后，通过对 无机材料进行干燥处理而产生脱水缩合反应，最终实现牢固的化学结合。X 加水分解 XXXXi Ji一RO-Si-ORHO-Si-OH - HO-Si-O-Si-O-Si-OHIIIOROHOH OH OHOHOHOH硅烷偶联剂的作用机理H11无机材料XXX脱水缩合 XXX:一 加热一 iHO-Si-O-Si-O-Si-OH HO-Si-O-Si-Q-Si-OHII I I0、0、Q、化学结合00 H；H 氢结合H()H F?.y y无机材料无机材料硅烷偶联剂水解发挥作用无机表面改性剂的配制方法比较特殊，需要考虑溶液PH值、浓度、温度、助剂等多种因素。例如，白云

10、母表面包覆二氧化钛时，要预先将硫酸氧钛或四氯化钛进行水解。02表面改性剂的添加方法添加表面改性剂的最好方法是使表面改性剂与粉体均匀和充分的接触，以达到 表面改性剂的高度分散和表面改性剂在粒子表面的均匀包覆。因此，最好采用 与粉体给料速度连动的连续喷雾或滴（添）加方式，当然只有采用连续式的粉体表面改性机才能做到连续添加表面改性剂。连续式粉体表面改性机03二种以上的表面改性剂的添加在选用二种以上的表面改性剂对粉体进行处理时，添加顺序也对最终表面改性 效果有一定影响。在确定表面改性剂的添加顺序时，首先要分析二种表面改性 剂各自所起的作用和与粉体表面的作用方式（是物理吸附为主还是化学吸附为 主）O 一

11、般来说先加起主要作用和以化学吸附为主的表面改性剂，后加起次要 作用和以物理吸附为主的表面改性剂。例如混合使用偶联剂和硬脂酸时，一般来说，应先加偶联剂，后加硬脂酸，因 为添加硬脂酸的主要目的是强化粉体的疏水亲油性以及减少偶联剂的用量、降 低改性作业的成本。 粉体表面改性剂是用于改变粉体表面性质并改善粉体应用性能，对于粉体表面 的改性效果和改性后产品的应用性能有重要影响，包含有机与无机两大类，种 类繁多，值得投入更多研究。目前国内在粉体表面改性领域，针对不同应用领 域的应用技术（品种、用量、用法）开发工作不够、不会用的问题普遍存在。 未来的发展方向应该针对不同粉体和不同应用领域的技术要求提出定制化的 应用技术解决方案，包括现有品种分子结构的改造和优化新品种的开发，另外 也需探索改进合成工艺，降低生产成本的改进方向。