SLG 型连续式粉体表面改性机应用研究

SLG型连续式粉体表面改性机应用研究

郑水林1李 杨2骆剑军3

1.中国矿业大学北京校区，北京 100083；

2.北京工业大学；

3.江阴市启泰非金属工程有限公司

摘 要：在论述粉体表面改性设备应具备的工艺特性的基础上，介绍了新研制开发的SLG型连续式粉体表面改性机的结构、工作原理、性能特点以及在重钙、轻钙、纳米氧化锌、纳米碳酸钙、煅烧高岭土等无机粉体表面改性中的应用。工业应用结果表明，SLG型连续式粉体表面改性机对粉体和表面改性剂具有良好的分散性，能使它们充分和机会均等地接触，对粉体，特别是对超细粉体和无机纳米粉体的表面改性或处理效果较好，且能耗低、无粉尘污染、操作简单、运行平稳。

关键词：粉体 表面改性 改性机 超细粉体 纳米粉体

在现代有机/无机和无机/无机复合材料中，广泛应用各种无机粉体原(材)料。这些粉体原料的分散性及与有机基料或其它无机组份的相容性，对复合材料的性能，尤其是力学性能有重要的影响。而且，随着粉体制备技术向亚微米及纳米尺度推进，解决粉体的团聚问题就成为其应用的关键。此外，随着对粉体材料功能性要求的提高，粒子表面性能的优化和设计也越来越重要。因此，现代粉体材料，尤其是超细和纳米粉体材料的表面改性或表面处理技术，已成为重要和必需的粉体深加工技术之一。

粉体的表面改性或表面处理技术，包括表面改性方法、工艺、表面改性剂及其配方、表面改性设备等。其中在表面改性工艺和改性剂配方确定的情况下，表面改性设备的优劣就成为粉体表面改性或表面处理的关键。性能好的表面改性设备应具备以下基本工艺特性：①对粉体及表面改性剂的分散性好；②粉体与表面改性剂的接触或作用机会均等；③改性温度可调；④单位产品能耗低；⑤无粉尘污染；⑥操作简便、运行平稳。

我国粉体表面改性技术的发展较晚，在2000年之前基本上无专业化的表面改性设备。除湿法改性之外，干法改性大多采用塑料加工行业的高速加热混合机或其它带导热油加热的混合设备。由于不是针对粉体表面改性处理，尤其是不是针对超细和纳米粉体表面改性设计的，这些设备难以满足超细粉体表面改性的要求。在这种背景下，原武汉工业大学北京研究生部与江阴市启泰非金属工程设备有限公司合作研制开发了专门针对超细粉体表面改性或表面

处理的SLG型连续式粉体表面改性机，并对其进行了应用研究。

1 SLG型连续式粉体表面改性机结构和性能特点

1.1 结构和工作原理

SLG型连续式粉体表面改性机，主要由温度计、出料门、进风口、风管、主机、进料口、计量泵和喂料机组成(图1)。其主机由三个呈品字形排列的改性圆筒组成。

图1 SLG型连续式粉体表面改性机结构

1-温度计；2-出料门；3-进风口；4-风管；5-主机；6-进料口；7-计量泵；8-喂料机 工作时，待改性的物料经喂料机给入，经与计量和连续给入的表面改性剂接触后，依次通过三个圆筒形的改性腔从出料口排出。在改性腔中，特殊设计的高速旋转的转子和定子与物料的冲击、剪切和摩擦作用，产生其表面改性所需的温度。该温度可通过转子转速、粉料通过的速度或给料速度及风门大小来调节，最高可达120℃。同时转子的高速旋转，强制物料松散并形成涡旋二相流，使表面改性剂能迅速、均匀或均等地与颗粒表面作用，包覆于颗粒表面。因此，该机的结构和工作原理，基本上能满足对粉体及表面改性剂的良好分散性、粉体与表面改性剂的接触或作用机会均等的技术要求。

1.2 性能特点

SLG型连续式粉体表面改性机的工艺配置，主要由给料装置、给药装置、SLG型连续式粉体表面改性机、旋风集料器及除尘器组成(图2)。这一配置，具备了连续生产、无粉尘污染等工艺特性，且操作简便、运行平稳、单位产品能耗低。

图2 SLG型连续式粉体表面改性机的工艺配置图 1-给料装置；2-给药装置；3-SLG型连续式粉体表面改性机；4-旋风集料器；5-除尘器

目前，该型粉体表面改性机共研制出二种机型，其型号及主要技术参数见表1。

表1 粉体表面改性机的型号及主要技术参数

型号 SLG- 电机功率

kW

转速

r/min

加热方式生产方式

生产能力

kg/h

外形尺寸

m

3/300 55.5 4500 自摩擦 连续 500～1000 6.8×1.7×6 3/600 111 2700 自摩擦 连续 2000～300011.5×2.8×7

2 SLG连续式粉体表面改性机应用研究

1999年底研制成功后，先后受用户委托，对轻钙、重钙、煅烧高岭土、氢氧化铝、氢氧化镁、滑石粉、水镁石粉、二氧化硅、玻璃微珠、粉煤灰以及纳米碳酸钙和纳米氧化锌等进行了表面改性试验。目前已有十余台(套)在生产上应用，部分超细粉体表面改性试验及应用研究的结果如下。

2.1 轻质碳酸钙

轻钙广泛应用于塑料制品(如上下水管、门窗异形材等)、涂料、油墨等领域。要改善其在这些应用领域中与有机高聚物基料的相容性及在体系中的分散性，从而提高填充或复合后制品的综合性能，必须对轻钙进行表面改性。SLG连续式粉体表面改性机有3台设备分别于2000年(SLG-3/600)和2001年(SLG-3/300)用于轻钙的生产，累计生产万t以上。产量：SLG-3/600型1800～2000kg/h，SLG-3/300型600～800kg/h。可根据用户需要，任意选用固体或液体表面改性剂，如硬脂酸、钛酸酯、铝酸酯、磷酸脂等。

河北井陉常胜钙业有限公司，用SLG-3/300连续式粉体表面改性机改性活性轻钙的技术指标：筛余物(325目筛)0.3%；105℃下挥发物含量0.24%；盐酸不溶物含量0.12%；铁(Fe)含量0.03%；锰(Mn)含量0.004%；白度93.0度；吸油值65g/100g；活化度96%；沉降体积2.8g/ml。

由于SLG-3/300表面改性机连续生产并配有收尘系统，因此与用高速加热混合机对轻钙进行改性相比较，还具有物料损失少、粉尘污染轻等优点。

2.2 煅烧高岭土

煅烧高岭土广泛应用于涂料、造纸、电缆、橡胶、塑料、陶瓷等工业领域。但高岭土的聚结性较强，在用于电缆、橡胶、塑料等高聚物基复合材料及部分涂料时，为了改善其与这些体系中有机基料的相容性及提高其在体系中的分散性，必须对其进行表面改性或表面处理。工业试验原料为金洋煅烧高岭土公司生产的超细和高白度煅烧高岭土，改性剂为硅烷偶联剂，试验机型为SLG-3/300连续式粉体表面改性机。为与高速加热混合机对比，金洋公司的技术人员同时用高速加热混合机用同样品种和用量的改性剂进行试验。试验方法及过程如下：①取煅烧高岭土原样，编号为1#。将原样均分为三份，一份用于清洗机器和备用，一份用于添加1133%的硅烷偶联剂，一份用于添加111%的硅烷偶联剂。②开机，加入半份物料清洗机器，处理腔内温度升至70℃。③待清洗机器的物料全部接出时，进行改性剂用量为1.33%的样品改性试验，至加入量约一半时取样品3#、4#，同时与用高速加热混合机试验地联系取样品2#。④改性剂用量为1.33%的样品处理完后，逐渐加入改性剂用量为1.1%的样品的改性试验，至加入量约一半时取样品5#、6#。⑤将用1.33%改性剂改性后的试验样品(25kg)，加入SLG-3/300连续式粉体表面改性机中进行二次处理，取样品7#。⑥放置相同时间后，对取样进行吸油量、筛余量(325目)、最大颗粒等分析。同时将2#、3#、5#、7#试样加入橡胶，制成胶样，进行常规检测。表2和表3分别为改性样品的直接检测结果和制成胶样后的常规四项检测结果。

表2 改性样品的直接检测结果

样品名称 1#2#3#4#5#6#7#吸油量/g/100g 61.7 64.2 64.2 64.2 64.2 66.7 66.7

325目筛余量/% 0.001 0.0010.0010.0030.0010.001 0.001

最大颗粒/μm 45 47 5 45 45 45 47 5 45

表3 改性样品制成胶样后的常规四项检测结果

样品 拉伸强度kg/cm2扯断伸长率% 永久变形% 硬度(邵氏)

2#23.9 492 22 55

3#27.6 492 30 57

5#25.6 516 24 52

7#24.4 500 24 52

由上可见，SLG-3/300连续式粉体表面改性机改性后粉体的最大颗粒，小于用高速加热混合机改性后的粉体，特别是制成胶样后样品的拉伸强度和永久变形，前者明显优于后者。说明在试验条件相同的情况下，该机改性效果好于高速加热混合机。

2.3 无机纳米粉体

由于无机纳米粉体粒度细、比表面积大、表面能高、表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使得这些表面原子具有很高的活性，极不稳定，很易团聚在一起形成带有若干连接界面的尺寸较大的团聚体。这种纳米粒子的团聚可能发生在合成阶段、干燥过程及后来的处理中。这些团聚体的形成使得纳米颗粒不能以其单一的纳米颗粒均匀分散，不能发挥其应有的纳米粒子效应，对纳米粉体的应用性能产生不利的影响，使得很多情况下与分散较好的微米粒子的应用性能没有明显的差别。因此，无机纳米粉体的分散性能至关重要。此外，无论是在无机基复合材料(如多相陶瓷)、金属基复合材料、高聚物基复合材料，还是在涂料、染料等中应用的无机纳米粉体材料，还存在与基料(包括其他无机组份、金属基料、高分子基料等)的相容性问题。良好的相容性，是获取高性能纳米复合材料的重要条件之一。因此，要通过表面修饰或表面改性，改善或增强纳米粉体与其它物质之间的相容性。

本着提高纳米粉体的分散性(解聚)和提高其与有机高聚物基料的相容性两个目的，分别对太原丰海纳米科技有限公司生产的纳米氧化锌和蒙西高新材料有限公司生产的纳米碳酸钙，在SLG-3/300表面改性机上进行了分散解聚和表面改性试验。

2.3.1 纳米氧化锌：共进行了三组工业试验，用试料180kg，其中分散、硬脂酸改性、钛酸酯改性各用60kg。改性试验条件为：改性剂用量，硬脂酸4.0%、钛酸酯4.5%；其中硬脂酸以干粉计量连续自动加入，钛酸酯偶联剂用计量泵连续计量加入；温度，105～120℃；物料通过量，450kg/h。

改性样品活化指数测定结果：硬脂酸改性99.8%，钛酸酯改性93.6%。图3(1)、(2)、(3)分别为原料、硬脂酸改性、钛酸酯改性样品的透射电镜(TEM)照片。

由此可见，SLG-3/300连续式粉体表面改性机对纳米氧化锌有良好的分散解聚和表面改性效果。

2.3.2 纳米碳酸钙：共进行了二组工业试验，用试料400kg，其中硬脂酸改性、钛酸酯改性各用200kg。改性试验条件为：改性剂用量，硬脂酸3.5%、钛酸酯3.5%；其中硬脂酸以干粉计量连续自动加入，钛酸酯偶联剂用计量泵连续计量加入；温度，90～95℃；物料通过量，550kg/h。

改性样品的活化指数测定结果为：硬脂酸改性95.7%，钛酸酯改性92.5%。图4(1)、(2)、

(3)分别为原料、硬脂酸改性、钛酸酯改性样品的透射电镜(TEM)照片。

图3 纳米氧化锌表面改性样品的透射电镜照片

1-原料；2-硬脂酸改性；3-钛酸脂改性

图4 纳米碳酸钙表面改性样品的透射电镜照片

1-原料；2-硬脂酸改性；3-钛酸脂改性

3 结 论

SLG型连续式粉体表面改性机具有连续进、出料和连续加药、颗粒与表面改性剂作用机会均等、对粉体和改性剂的分散作用强等特性。应用研究表明，该机是一种性能较好的粉体表面改性设备，适用于重钙、轻钙、煅烧高岭土、氧化锌、二氧化硅、氧化镁和氢氧化镁、氧化铝和氢氧化铝、滑石、云母、陶土、粉煤灰、玻璃微珠等无机粉体，特别是超细无机粉体和纳米无机粉体的表面改性。同时，还可用于纳米无机粉体的分散和解聚。

致谢：石家庄井陉常胜钙业有限公司、山西金洋煅烧高岭土有限公司、太原丰海纳米科技有限公司、蒙西高新材料有限公司纳米事业部提供了试验物料，参与了试验工作，并提供了部分产品或试验样品的检测数据，特此致谢。

粉体表面改性设备介绍

粉体表面改性设备

中国粉体表面改性设备种类很多，例如高速混合机、捏合机、密炼机、开炼机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机等，但这些设备大多从化工机械借用过来。存在许多严重问题，针对这些问题，近年来有了许多改进和进展，本文重点介绍引进国外机型和对高冷搅机组进行的改进。 现状粉体表面改性设备，主要担负三项职责，一是混合，二是分散，三是表面改性剂在设备中熔化和均匀分散到物料表面，并产生良好的结合。由于混合物的种类和性质各不相同，混合、分散和表面改性要求的质量指标也不相同，因而出现多种性质不同的改性设备，而这些设备又多为借用，因而并不能很好地完成改性任务。主要使用的改性设备为： •。重力混合器 •。气动混合器 •。转鼓式混合机 •。v型混合机 •。Z型混合机 •。高速混合机及高速混合机和冷却混合机组(简称高冷搅机组) •。开炼机 •。密炼机 •。混炼型单螺杆挤出机，布斯混炼机 •。双螺杆挤出机以及静态混合器，空腔混合器，和拉伸混合器等。 这些设备存在的主要问题是： ①多数是间歇式的，连续式设备如单、双螺杆挤出机大都是直线运动式，混合效果差。存在产量低，能耗大，工人劳动强度高，易造成环境污染等问题。

②升温慢，改性时间长，相反改性剂用量大，改性效果差。 ③比较而言，高冷搅机组价格低、耐用、易操作、改性效果好。 ④与国外设备相比，差距明显，主要表现在连续性和改性效果方面。 可以说，中国的粉体表面改性设备的落后，严重制约表面改性深加工技术的发展。已经到了非改不可的地步。 从90年代开始，一些科技人员就着手对改性设备进行改革、到2002年已经取得阶段性成果。 这些阶段成果包含两个方面： ①引进国外连续改性机型 ②对高冷搅机组进行改革 引进国外机型 引进、吸收、消化国外先进设备，是现阶段我们的主要手段之一。改性设备也不例外，现在由大专院校、科研单位与生产企业共同引进开发的改性设备已经问世，且价格大大低于直接购买的国外同类设备。 1、PS系列粉体表面改性机 由原武汉工业大学北京研究生部非矿所和青岛青矿矿山设备有限公司共同开发研制成功的PSC系列粉体表面改性机是表面化学改性的专用设备，它具有设计先进，科学，能连续生产，产量高，能耗低，自动化程度高，工人劳动强度低，无粉尘污染，且表面改性剂用量少，包覆率高等特点。 ①PSC表面改性性能结构特征： 本机由给料输送、主机、改性剂供给、排料、成品输送、成品收集仓、加热、给风、除尘等系统构成。

SLG 型连续式粉体表面改性机应用研究

SLG型连续式粉体表面改性机应用研究 郑水林1李 杨2骆剑军3 1.中国矿业大学北京校区，北京 100083； 2.北京工业大学； 3.江阴市启泰非金属工程有限公司 摘 要：在论述粉体表面改性设备应具备的工艺特性的基础上，介绍了新研制开发的SLG型连续式粉体表面改性机的结构、工作原理、性能特点以及在重钙、轻钙、纳米氧化锌、纳米碳酸钙、煅烧高岭土等无机粉体表面改性中的应用。工业应用结果表明，SLG型连续式粉体表面改性机对粉体和表面改性剂具有良好的分散性，能使它们充分和机会均等地接触，对粉体，特别是对超细粉体和无机纳米粉体的表面改性或处理效果较好，且能耗低、无粉尘污染、操作简单、运行平稳。 关键词：粉体 表面改性 改性机 超细粉体 纳米粉体 在现代有机/无机和无机/无机复合材料中，广泛应用各种无机粉体原(材)料。这些粉体原料的分散性及与有机基料或其它无机组份的相容性，对复合材料的性能，尤其是力学性能有重要的影响。而且，随着粉体制备技术向亚微米及纳米尺度推进，解决粉体的团聚问题就成为其应用的关键。此外，随着对粉体材料功能性要求的提高，粒子表面性能的优化和设计也越来越重要。因此，现代粉体材料，尤其是超细和纳米粉体材料的表面改性或表面处理技术，已成为重要和必需的粉体深加工技术之一。 粉体的表面改性或表面处理技术，包括表面改性方法、工艺、表面改性剂及其配方、表面改性设备等。其中在表面改性工艺和改性剂配方确定的情况下，表面改性设备的优劣就成为粉体表面改性或表面处理的关键。性能好的表面改性设备应具备以下基本工艺特性：①对粉体及表面改性剂的分散性好；②粉体与表面改性剂的接触或作用机会均等；③改性温度可调；④单位产品能耗低；⑤无粉尘污染；⑥操作简便、运行平稳。 我国粉体表面改性技术的发展较晚，在2000年之前基本上无专业化的表面改性设备。除湿法改性之外，干法改性大多采用塑料加工行业的高速加热混合机或其它带导热油加热的混合设备。由于不是针对粉体表面改性处理，尤其是不是针对超细和纳米粉体表面改性设计的，这些设备难以满足超细粉体表面改性的要求。在这种背景下，原武汉工业大学北京研究生部与江阴市启泰非金属工程设备有限公司合作研制开发了专门针对超细粉体表面改性或表面

《粉体材料表面改性》课程教学大纲

《粉体材料表面改性》课程教学大纲 课程代码：050542002 课程英文名称：Surface Modification of powder （A2） 课程总学时：24 讲课：24 实验：0 上机：0 适用专业：粉体科学与工程专业 大纲编写（修订）时间：2017.3 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 粉体表面改性是粉体科学与工程专业方向课，为选修课。本门课程讲授粉体表面改性的原理、方法、工艺、设备及表面改性剂的性能及应用、各行业典型粉体及纳米粉体饿表面改性方法、实践及改性产品的检测及表征方法。通过本课程的学习，不仅让学生掌握粉体表面改性的相关理论，同时培养学生发现、分析与解决问题的能力和精密进行科学研究的技能。为学生将来从事粉末材料、粉体工程领域的生产、科研打下坚实的理论和实践基础。 通过本课程的学习，学生将达到以下要求： 1．掌握粉体材料表面改性工艺的方法和原理； 2．使学生掌握目前工业表面改性典型设备； 3．使学生了解表面改性剂的种类、性质、使用条件； 4．掌握粉体改性前后的物性变化及相关的检测方法； 5. 进一步结合创新创业培养目标，加强学生创新能力的培养，使学生具备独立进行粉体表面原位修饰工艺设计与设备选型的能力。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1.基本知识：掌握粉体表面改性一般知识，包括粉体表面改性的原理、方法、工艺、设备及表面改性剂的性能及应用、改性产品的检测及表征方法等。 2.基本理论和方法：掌握粉体表面的物性，粉体表面改性的基本原理、掌握粉体表面改性工艺设计和设备；了解常见工业粉体的表面改性方法及应用。 3.基本技能:掌握粉体改性工艺设计计算、独立进行设备选型的技能等。了解特种粉体的生产工艺、制备技术及行业发展趋势。具备制备、加工特种粉体的必要的基础知识和基本技能。 （三）实施说明 本课程安排在第七学期学习，共24学时，其中理论讲课24学时。根据教学的需要，有针对性地对教学内容适当增减，各部分学时数可适当调整2学时。 1．教学方法：课堂讲授中重点对基本概念、基本原理和基本方法的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力；积极增加课堂教学的趣味性和互动性，充分调动学生学习的主观能动性；注意培养学生独立进行科学研究的能力。讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。 2．教学手段：本课程属于专业课，涉及到许多物粉体表面改性的设备，因此在教学中采用ppt与课堂讲授相结合的教学手段，培养学生浓厚的学习兴趣，确保在有限的学时内，高质量地完成课程教学任务。 （四）对先修课的要求

非金属矿物粉体表面改性技术探讨

非金属矿物粉体表面改性技术探讨 发表时间：2018-07-26T10:08:10.707Z 来源：《基层建设》2018年第15期作者：张仕奇张君杰张扬[导读] 摘要：表面改性是进行非金属矿物材料性能优化的关键技术，本文对非金属矿物分体表面改性的方法和表面改性工艺进行了分析。 内蒙古科技大学内蒙古自治区包头市昆都仑区 014010 摘要：表面改性是进行非金属矿物材料性能优化的关键技术，本文对非金属矿物分体表面改性的方法和表面改性工艺进行了分析。 关键词：非金属矿物；表面改性；技术 随着新型复合材料的兴起，非金属矿物表面改性技术也得到了快速的发展，表面改性是非金属矿物材料必须的加工技术，通过表面改性能够使材料的性能和应用价值得到极大的提升。 1 表面改性方法 表面改性的方法很多，能够改变非金属矿物粉体表面或界面的物理化学性质的方法，如表面物理涂覆、化学包覆、无机沉淀包覆或薄膜、机械力化学、化学插层等可称为表面改性方法。目前工业上非金属矿物粉体表面改性常用的方法主要有表面化学包覆改性法、沉淀反应改性法和机械化学改性法及复合法。 （1）表面化学包覆改性法：是目前最常用的非金属矿物粉体表面改性方法，这是一种利用有机表面改性剂分子中的官能团在颗粒表面吸附或化学反应对颗粒表面进行改性的方法。所用表面改性剂主要有偶联剂（硅烷、钛酸酯、铝酸酯、锆铝酸酯、有机络合物、磷酸酯等）、表面活性剂（高级脂肪酸及其盐、高级胺盐、非离子型表面活性剂、有机硅油或硅树脂等）、有机低聚物及不饱和有机酸等。改性工艺可分为干法和湿法两种。 （2）沉淀反应法：是利用化学沉淀反应将表面改性物沉淀包覆在被改性颗粒表面，是一种“无机/无机包覆”或“无机纳米/微米粉体包覆”的粉体表面改性方法。粉体表面包覆纳米Ti02、ZnO、CaC03等无机物的改性，就是通过沉淀反应实现的，如云母粉表面包覆TiO2制备珠光云母颜料、钛白粉表面包覆Si02和A1203。 （3）机械力化学改性法：是利用超细粉碎过程及其他强烈机械力作用有目的地激活颗粒表面，使其结构复杂或无定形化，增强它与有机物或其他无机物的反应活性。机械化学作用可以增强颗粒表面的活性点和活性基团，增强其与有机基质或有机表面改性剂的使用。以机械力化学原理为基础发展起来的机械融合技术，是一种对无机颗粒进行复合处理或表面改性，如表面复合、包覆、分散的方法。 （4）化学插层改性法：是指利用层状结构的粉体颗粒晶体层之间结合力较弱（如分子键或范德华键）或存在可交换阳离子等特性，通过化学反应或离子交换反应改变粉体的性质的改性方法。因此，用于插层改性的粉体一般来说具有层状或似层状晶体结构，如蒙脱土、高岭土等层状结构的硅酸盐矿物或粘土矿物以及石墨等。用于插层改性的改性剂大多为有机物，也有无机物。 （5）复合改性法：是指综合采用多种方法（物理、化学和机械等）改变颗粒的表面性质以满足应用的需要的改性方法。目前应用得复合改性方法主要有物理涂覆/化学包覆、机械力化学/化学包覆、无机沉淀反应/化学包覆等。 2 表面改性工艺 表面改性工艺依表面改性的方法、设备和粉体制备方法而异。目前工业上应用的表面改性工艺丰要有干法工艺、湿法工艺、复合工艺三大类。干法工艺根据作业方式的不同又可以分为间歇式和连续式；湿法工艺又可分有机改性工艺和无机改性工艺；复合工艺又可分为物理涂覆／化学包覆、机械力化学／化学包覆、无机沉淀反应／化学包覆工艺等。 （1）干法工艺：是一种应用最为广泛的非金属矿物粉体表面改性工艺。目前对于非金属矿物填料和颜料，如重质碳酸钙和轻质碳酸钙、高岭土与煅烧高岭土、滑石、硅灰石、硅微粉、玻璃微珠、氢氧化铝和轻氧化镁、陶土、陶瓷颜料等，大多采用干法表面改性工艺。原因是干法工艺简单，作业灵活、投资较省以及改性剂适用性好等特点。其中，间歇式干法工艺的特点是可以在较大范围内灵活调节表面改性的时间（即停留时间），但颗粒表面改性剂难以包覆均匀，单位产品药剂耗量较多，生产效率较低，劳动强度大，有粉尘污染，难以适应大规模工业化生产，一般应用于小规模生产。连续式改性工艺的特点是粉体与表面改性剂的分散较好，颗粒表面包覆较均匀，单位产品改性剂耗量较少，劳动强度小，生产效率高，适用于大规模工业化生产。连续式干法表面改性工艺常常置于干法粉体制备工艺之后，大批量连续生产各种非金属矿物活性粉体，特别是用于塑料、橡胶、胶粘剂等高聚物基复合材料的无机填料和颜料。 （2）湿法表面有机改性工艺：与干法工艺相比具有表面改性剂分散好、表面包覆均匀等特点，但需要后续脱水（过滤和干燥）作业。一般用于可水溶或可水解的有机表面改性剂以及前段为湿法制粉（包括湿法机械超细粉碎和化学制粉）工艺而后段又需要干燥的场合，如轻质碳酸钙（特别是纳米碳酸钙）、湿法细磨重质碳酸钙、超细氢氧化铝与氢氧化镁、超细二氧化硅等的表面改性，这是因为化学反应后生成的浆料即使不进行湿法表面改性也要进行过滤和干燥，在过滤和干燥之前进行表面改性，还可使物料干燥后不形成硬团聚，改善其分散性。无机沉淀包覆改性也是一种湿法改性工艺。它包括制浆、水解、沉淀反应和后续洗涤，脱水、煅烧或焙烧等工序或过程。 （3）机械力化学／化学包覆复合改性工艺：是在机械力作用或细磨、超细磨过程中添加表面改性剂，在粉体粒度减小的同时对颗粒进行表面化学包覆改性的工艺。这种复合表面改性工艺的特点是可以简化工艺，某些表面改性剂还具有一定程度的助磨作用，可在一定程度上提高粉碎效率。不足之处是温度不好控制；此外，由于改性过程中颗粒不断被粉碎，产生新的表面，颗粒包覆难以均匀，要设计好表面改性剂的添加方式才能确保均匀包覆和较高的包覆率；此外，如果粉碎设备的散热不好，强烈机械力作用过程中局部的过高温升可能使部分表面改性剂分解或分子结构被破坏。 （4）无机沉淀反应／化学包覆复合改性工艺：是在沉淀反应改性之后再进行表面化学包覆改性，实质上是一种无机／有机复合改性工艺。这种复合改性工艺已广泛用于复合钛白粉表面改性，即在沉淀包覆SiO2或A1203薄膜的基础上，再用钛酸酯、硅烷及其他有机表面改性剂对Ti02／Si02或A1203复合颗粒进行表面有机包覆改性。 （5）物理涂覆／化学包覆复合改性工艺：是一种物理涂覆的方式，在进行金属镀膜或者覆膜之后，在通过有机化学进行改性的工艺。 参考文献： [1] 刘伯元.中国粉体表面改性（塑料填充改性）的最新进展[C]// 中国建筑材料及非金属矿物加工与检测技术交流大会.建筑材料工业技术情报研究所，2009. [2] 郑水林.粉体表面改性工艺设备及其选择[C]// 中国白色工业矿物技术与市场交流大会.2009.

粉体表面改性复习要点(精简版)

第2章 纳米粉体的分散 1.粉体分散的三个阶段（名词解释） 润湿 是将粉体缓慢加入混合体系形成的漩涡，使吸附在粉体表面的空气或其它杂质被液体取代的过程。 ?解团聚 是指通过机械或超声等方法，使较大粒径的聚集体分散为较小颗粒。 ?稳定化 是指保证粉体颗粒在液体中保持长期的均匀分散 2.常用的分散剂种类 （1）表面活性剂 空间位阻效应 （2）小分子量无机电解质或无机聚合物 吸附－－提高颗粒表面电势 （3）聚合物类(应用最多) 空间位阻效应、静电效应 （4）偶联剂类 3.聚电解质（名词解释） 是指在高分子链上带有羧基或磺酸基等可离解基团的水溶性高分子 4.对不同pH 值下PAA 在ZrO 2表面的吸附构型进行分析。 图.不同pH 值下PAA 在ZrO 2 表 面的吸附构型 a.当pH<4时，PAA 几乎不解离，以线团方式存在于固液界面上，吸附层很薄，几乎无位阻作用 δ δδ

b.随pH值增加，链节间静电斥力使其伸展开 c.ZrO2表面电荷减小直至由正变负，PAA的负电荷量增加，其间斥力增加， 使得PAA链更加伸展，可在较远范围提供静电位阻作用 5.用聚电解质分散剂分散纳米粉体时，影响浆料稳定性的各种因素有哪些？ 1、聚电解质的分子量 当聚电解质分子量过小，在粉体表面的吸附较弱，吸附层也较薄，影响位阻作用的发挥。 分子量过大，易发生桥连或空位絮凝，使团聚加重，粘度增加。 2、分散剂用量 适宜的分散剂用量才可以使分散体系稳定。 用量过低，粉体表面产生不同带电区域，相邻颗粒因静电引力发生吸引，导致絮凝。 用量过高，离子强度过高，压缩双电层，减小静电斥力；同时，还易发生桥连或空缺絮凝，稳定性下降。 3、温度 研究表明，为了获得较好的分散效果（以最低粘度为衡量标准），随温度的升高，所需分散剂的用量随之增加 6.结合下图，分析煅烧为什么能够改善纳米Si3N4粉体的分散性？ 煅烧改善纳米Si3N4粉体的可分散性 ?此前提到，球磨可有效降低粉体的粒度。但球磨过程可能造成分散介质与粉体发生化学反应。 ?以乙醇为介质球磨Si3N4粉体时，表面的Si-OH可能与乙醇反应生成酯。 ?酯基的生成对粉体的分散性影响很大： a、酯基是疏水基团 b、屏蔽负电荷，影响分散剂的吸附 ?采取煅烧去除酯基，可改善其分散性 第3章纳米粉体表面改性（功能化） 1.表面改性有哪些重要应用？ 改善纳米粉体的润湿和附着特性。 改善纳米粉体在基体中的分散行为，提高其催化性能。 改善粉体与基体的界面结合能等。 2.纳米粉体的表面改性方法？ 气相沉积法 机械球磨法 高能量法

粉体表面改性设备

粉体表面改性设备 中国粉体表面改性设备种类很多，例如高速混合机、捏合机、密炼机、开炼机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机等，但这些设备大多从化工机械借用过来。存在许多严重问题，针对这些问题，近年来有了许多改进和进展，本文重点介绍引进国外机型和对高冷搅机组进行的改进。 现状粉体表面改性设备，主要担负三项职责，一是混合，二是分散，三是表面改性剂在设备中熔化和均匀分散到物料表面，并产生良好的结合。由于混合物的种类和性质各不相同，混合、分散和表面改性要求的质量指标也不相同，因而出现多种性质不同的改性设备，而这些设备又多为借用，因而并不能很好地完成改性任务。主要使用的改性设备为： •重力混合器 •气动混合器 •转鼓式混合机 •v型混合机 •Z型混合机 •高速混合机及高速混合机和冷却混合机组(简称高冷搅机组) •开炼机 •密炼机 •混炼型单螺杆挤出机，布斯混炼机 •双螺杆挤出机以及静态混合器，空腔混合器，和拉伸混合器等。 这些设备存在的主要问题是： ①多数是间歇式的，连续式设备如单、双螺杆挤出机大都是直线运动式，混合效果差。存在产量低，能耗大，工人劳动强度高，易造成环境污染等问题。 ②升温慢，改性时间长，相反改性剂用量大，改性效果差。 ③比较而言，高冷搅机组价格低、耐用、易操作、改性效果好。 ④与国外设备相比，差距明显，主要表现在连续性和改性效果方面。 可以说，中国的粉体表面改性设备的落后，严重制约表面改性深加工技术的发展。已经到了非改不可的地步。

从90年代开始，一些科技人员就着手对改性设备进行改革、到2002年已经取得阶段性成果。 这些阶段成果包含两个方面： ①引进国外连续改性机型 ②对高冷搅机组进行改革 引进国外机型 引进、吸收、消化国外先进设备，是现阶段我们的主要手段之一。改性设备也不例外，现在由大专院校、科研单位与生产企业共同引进开发的改性设备已经问世，且价格大大低于直接购买的国外同类设备。 1、PS系列粉体表面改性机 由原武汉工业大学北京研究生部非矿所和青岛青矿矿山设备有限公司共同开发研制成功的PSC系列粉体表面改性机是表面化学改性的专用设备，它具有设计先进，科学，能连续生产，产量高，能耗低，自动化程度高，工人劳动强度低，无粉尘污染，且表面改性剂用量少，包覆率高等特点。 ①PSC表面改性性能结构特征： 本机由给料输送、主机、改性剂供给、排料、成品输送、成品收集仓、加热、给风、除尘等系统构成。 ②工作原理： 粉体原料经给料输送系统被送至主机上方的雾化室，在输送过程中，由给料输送机特设的加热装臵将粉体加热并干燥，与此同时固体状的改性剂在专用加热容器内也被加热熔化至液体状态后经输送管道送至雾化室。 雾化室内设有两组喷嘴，并均通人由给风系统送来之热压力气流，其中一组有四只喷嘴按不同位臵分布于雾化室内壁，其作用是将由给料输送系统送来的粉体物料吹散呈雾状，另一组有一只喷嘴同时与改性剂输送管道相通，将液状改性剂也吹散呈雾状。此时，原料和改性剂形成雾状，由于受到两组喷嘴从不同方向喷射出气流的作用，得以充分的混合，随即进人主机。 主机由高速旋转的主轴、搅拌棒、冲击锤、中间充满循环导热油的夹层简体等部分组成。进入主机内的雾化物料在搅拌棒的高速搅拌下，受到了冲击、摩擦、剪切等诸多力的作用使粉体颗粒与改性剂得到更充分接触、混合。主机夹层内循

SLG型连续式粉体表面改性机应用研究

第25卷增刊非金属矿Vo l 25Special Issue 2002年9月Non M etallic M ines Sep,2002 SLG型连续式粉体表面改性机应用研究 郑水林1 李 杨2 骆剑军3 (1 中国矿业大学北京校区,北京 100083;2 北京工业大学;3 江阴市启泰非金属工程有限公司) 摘 要 在论述粉体表面改性设备应具备的工艺特性的基础上,介绍了新研制开发的SLG型连续式粉体表面改性机的结构、工作原理、性能特点以及在重钙、轻钙、纳米氧化锌、纳米碳酸钙、煅烧高岭土等无机粉体表面改性中的应用。工业应用结果表明,SLG型连续式粉体表面改性机对粉体和表面改性剂具有良好的分散性,能使它们充分和机会均等地接触,对粉体,特别是对超细粉体和无机纳米粉体的表面改性或处理效果较好,且能耗低、无粉尘污染、操作简单、运行平稳。 关键词 粉体 表面改性 改性机 超细粉体 纳米粉体 在现代有机/无机和无机/无机复合材料中,广泛应用各种无机粉体原(材)料。这些粉体原料的分散性及与有机基料或其它无机组份的相容性,对复合材料的性能,尤其是力学性能有重要的影响。而且,随着粉体制备技术向亚微米及纳米尺度推进,解决粉体的团聚问题就成为其应用的关键。此外,随着对粉体材料功能性要求的提高,粒子表面性能的优化和设计也越来越重要。因此,现代粉体材料,尤其是超细和纳米粉体材料的表面改性或表面处理技术,已成为重要和必需的粉体深加工技术之一。 粉体的表面改性或表面处理技术,包括表面改性方法、工艺、表面改性剂及其配方、表面改性设备等。其中在表面改性工艺和改性剂配方确定的情况下,表面改性设备的优劣就成为粉体表面改性或表面处理的关键。性能好的表面改性设备应具备以下基本工艺特性: 对粉体及表面改性剂的分散性好; 粉体与表面改性剂的接触或作用机会均等; 改性温度可调; 单位产品能耗低; 无粉尘污染; 操作简便、运行平稳。 我国粉体表面改性技术的发展较晚,在2000年之前基本上无专业化的表面改性设备。除湿法改性之外,干法改性大多采用塑料加工行业的高速加热混合机或其它带导热油加热的混合设备。由于不是针对粉体表面改性处理,尤其是不是针对超细和纳米粉体表面改性设计的,这些设备难以满足超细粉体表面改性的要求。在这种背景下,原武汉工业大学北京研究生部与江阴市启泰非金属工程设备有限公司合作研制开发了专门针对超细粉体表面改性或表面处理的SLG型连续式粉体表面改性机,并对其进行了应用研究。 1 SLG型连续式粉体表面改性机结构和性能特点1 1 结构和工作原理 SLG型连续式粉体表面改性机, 主要由温度计、出料门、进风口、风管、主机、进料口、计量泵和喂料机组成(图1)。其主机由三个呈品字形排列的改性圆筒组成。 图1 SLG型连续式粉体表面改性机结构 1 温度计; 2 出料门; 3 进风口; 4 风管; 5 主机; 6 进料口; 7 计量泵; 8 喂料机 工作时,待改性的物料经喂料机给入,经与计量和连续给入的表面改性剂接触后,依次通过三个圆筒形的改性腔从出料口排出。在改性腔中,特殊设计的高速旋转的转子和定子与物料的冲击、剪切和摩擦作用,产生其表面改性所需的温度。该温度可通过转子转速、粉料通过的速度或给料速度及风门大小来调节,最高可达120 。同时转子的高速旋转,强制物料松散并形成涡旋二相流,使表面改性剂能迅速、均匀或均等地与颗粒表面作用,包覆于颗粒表面。因此,该机的结构和工作原理,基本上能满足对粉体及表面改性剂的良好分散性、粉体与表面改性剂的接触或作用机会均等的技术要求。 1 2 性能特点 SLG型连续式粉体表面改性机的工艺配置,主要由给料装置、给药装置、SLG型连续式粉体表面改性机、旋风集料器及除尘器组成(图2)。这一配置,具备了连续生产、无粉尘污染等工艺特性,且操作简便、运行平稳、单位产品能耗低。 目前,该型粉体表面改性机共研制出二种机型,

粉体表面改性

粉体表面改性学习报告 前言：粉体是无数个细小固体粒子集合体的总称。根据固体粒子的尺寸不同可以将固体粒子分为颗粒、微米颗粒、亚微米颗粒、超微颗粒、纳米颗粒。通常粉体是尺度界于10-9m到10-3m范围的颗粒。随着颗粒尺寸的减小相应的各种性质也随着尺寸的改变而改变。 因此小尺寸颗粒有如下几个特征： 1．比表面积增大促进溶解性和物质活性的提高，易于反应处理。 2．颗粒状态易于流动，具有与液体相类似的流动性。 3．实现分散、混合、均质化控制材料的组成与构造。 4．易于成分分离，有效地从天然资源或废弃物中分离有用成分。 5. 由于比表面积大，因此粉体粒子容易聚集，吸附。 6. 具有与气体相类似的压缩性，具有固体的抗变形能力。 因此，利用这些特点，对矿物粉体进行表面改性，然后运用于农业、化工、造纸、塑料、橡胶、涂料等产品中。特别是经过改性的矿物粉体用于有机物填料不仅可以降低材料的成本，而且还可以改善材料的各方面性能。常用的矿物填料有碳酸钙、云母、硅灰石、滑石、高岭土、等因为具有独特的物理化学性质，能改善聚合物的物理性能、力学性能、加工性能和热性能，在聚合物中的应用发展很快。无机填料在聚合物中的作用，概括起来就是增量、增强和赋予新功能，但是由于无机填料与高聚物的相容性差，如果直接添加，会造成分散不均，甚至引起应力集中，降低材料的力学性能，这些弊端不但限制了填料在聚合物中的添加量，而且还严重影响制品性能，所以通过对无机填料进行表面改性，改变了无机填料原有的表面性质，改善无机填料与聚合物的亲合性，相容性，以及加工的流动性，分散性，还可以提高填料与聚合物相界面之间的结合力，使聚合物材料的综合性能得到显著提高，从而使非功能的无机填料转变为功能无机填料。近年来，随着聚合物的迅猛发展无机填料的表面改性也受到了前所未有的关注。 一、无机粉体表面改性机理 由于无机矿物材料是极性或强极性的亲水旷物，而有机高聚物基质具有非极性的疏水表面，彼此相容性差，通常无机矿物材料难以在有机基体中均匀分散，因此如果过多地或者直接将无机矿物材料填充到有机基体中，容易导致复合材料的某些力学性能下降甚至出现脆化等问题。无机粉体表面改性是利用粉体表面的活性基团或电性与某些带有两性基团的小分子或高分子化合物( 表面改性剂) 进行复合改性，使其表面性质由疏水性变为亲水性或由亲水性变为疏水性，从而改善粉体粒子表面的浸润性，增强粉体粒子在介质中的界面相容性，使粒子容易分散在水中或有机化合物中。粉体表面改性是材料制备工程的重要手段，也是新材料、新工艺和新产品开发的重要内容，通过粉体表面改性可以提高粉体材料的附加价值、扩大产品的用途并且开发新的产品。如滑石粉可作为塑料填料，提高塑料制品的电绝缘性、抗酸性耐火性等; 云母可作为塑料增强填料，提高塑料制品的弯曲弹性模量和拉伸弹性模量;高岭土具有优良的电绝缘性能和一定的阻燃作用，可作为聚氯乙烯等聚烯烃绝缘电线包皮; 石英对热塑性树脂和热固性树脂具有较高的补强作用，并且能提高制品的刚硬度，对提高塑料制品的电绝缘性也能起一定的作用; 金红石型二氧化钛作为塑料填料可增大光的反射率，起到光屏蔽剂的作用。赤泥、粉煤灰均为塑料填料，既可消除污染，又可降低成本。目前无机粉体表面改性技术在保证改性效果的前提下力求降低成本，并根据无机粉体的具体情况，如粒度大小、颗粒分布、表面极性、浸润性、电性、酸碱性以及应用目的和要求等来选择适当的表面改性剂和相应的改性工艺。由于无机粉体种类的多样性以及表面改性剂的不断更新，无机粉体改性的方法很多。根据表面改性剂和粉体粒子之间有没有发生化学反应，可以将无

粉体表面改性的研究进展

粉体表面改性技术的研究进展 姓名：黄政杰 学号：200839110324 专业：无机非金属材料 班级：0803班 早在20世纪50年代，研究人员就已经注意到，对无机颜料，如钛白粉，用二氧化硅或三氧化铝等进行表面复合或者包膜处理可以改善其保光性和耐候性。但是作为技术加工研究表面改性是在近一二十年的事情，尤其是现代有机／无机复合材料、无机／无机复合材料、涂料或涂层材料、吸附与催化材料、环境材料以及超细粉体和纳米粉体的制备和应用具有重要意义。 粉体表面改性的研究进展 粉体工程表面改性或者表面处理与很多学科，如粉体工程，物理化学，表面与胶体化学，有机化学，无机化学，高分子化学，无机非金属材料，高分子材料，复合材料，结晶学，光学，电学磁学等学科密切相关。可以说，粉体表面改性是粉体工程或者颗粒制备技术与其他众多学科相关的边缘学科。粉体工程改性主要包括四个方面。 1粉体改性的原理和方法 2 表面改性剂 3表面改性工艺与设备 4粉体表面改性产品的检测与表征 一粉体表面改性的原理 利用物理、化学机、械等方法对颗粒表面进行处理，根据应用的需要有目的地改变颗粒表面的物理化学性质，如表面晶体结构和官能团表面能、界面润湿性、电性、表面吸附和反应特性等，以满足现代新材料，新工艺和新技术发展的需要。 二表面改性方法 表面改性的方法很多，能够改变非金属矿物粉体表面或界面的物理化学性质的方法，如表面物理涂覆、化学包覆、微胶囊包覆、机械力化学、等可称为表面改性方法。目前工业上非金属矿物粉体表面改性常用的方法主要有表面化学包覆改性法、微胶囊包覆改性法和机械化学改性法及原位聚合改性法。

(1)表面化学包覆改性法：是目前最常用的非金属矿物粉体表面改性方法，这是一种利用有机表面改性剂分子中的官能团在颗粒表面吸附或化学反应对颗粒表面进行改性的方法。所用表面改性剂主要有偶联剂(硅烷、钛酸酯、铝酸酯、锆铝酸酯、有机络合物、磷酸酯等)、表面活性剂(高级脂肪酸及其盐、高级胺盐、非离子型表面活性剂、有机硅油或硅树脂等)、高分子分散剂改性和接枝改性。 （2）微胶囊包覆改性法 微胶囊的制备首先是将液体.固体或者气体囊心物质分细，然后以这些微粒为核心，使聚合物成膜材料在其上沉积.涂成形成一层膜，将囊心微粒包覆。依据囊壁形成机制合成囊条件，微胶囊化方法大致分为三类，即化学法（界面聚合法，原位聚合法，锐孔法），物理法（喷雾干燥法，空气悬浮法，真空蒸发沉积法，静电结合法，溶剂蒸发法，包结络合物法，挤压法等）和物理化学法（水相分离法、油相分离法融化分散冷凝法等）。 （3）机械化学改性法 是利用超细粉碎过程及其他强烈机械力作用有目的地激活颗粒表面，使其结构复杂或无定形化，增强它与有机物或其他无机物的反应活性。机械化学作用可以强颗粒表面的活性点和活性基团，增强其与有机基质或有机表面改性剂的使用。以机械力化学原理为基础发展起来的机械融合技术，是一种对无机颗粒进行复合处理或表面改性，如表面复合、包覆、分散的方法。能够对颗粒进行激活的粉碎设备主要有各种类型的球磨机，气磨机和机械冲击式磨机等。 （4）原位聚合改性法 利用粉体在乳液单体中均匀分散，然后用引发剂引发聚合，从而形成带有弹性包覆层的核一壳结构的纳米粒子。由于外层是有机聚合物，所以可以提高粉体与有机物的亲和力再者它是一种内硬外软的核一壳结构的纳米粒子可以填充到塑料或者橡胶中时可以改变它们的力学性能原位聚合改性法可分为无皂乳液聚合包覆法，预处理乳液聚合法和微乳液聚合法等。 三表面改性剂 粉体的表面改性，主要是依靠表面改性剂在粉体颗粒表面的吸附、反应，包覆或包膜来实现的。因此，表面改性剂对于粉体的表面改性或表面处理具前应用的表面改性剂主要有偶联剂、表面活性剂、有机硅、不饱和有机酸及有机低聚物，超分散剂、水溶性高分子等。

表面与界面

无机粉体表面改性方法综述 摘要：表面改性是无机粉体的主要加工技术之一，表面改性对提高无机粉体的应用性能起着关键的作用。改性后的无机粉体分散性提高，同时也改善了粉体和有机高聚物的相容性。本文介绍了无机粉体表面改性的机理、传统的几类改性方法以及两种新型改性方法，并对无机粉体表面改性方法进行展望。 关键词：无机粉体；表面改性；改性方法；新型方法； 前言 无机粉体具有很高的应用性能和应用价值，添加到聚合物材料当中不仅能降低其生产成本，还提高了复合材料的力学性能和综合性能，甚至赋予其绝缘、阻燃等特殊的物理化学性质。 无机粉体一般为微米或纳米级颗粒，由于其粒径小、比表面积大、表面能高，容易发生团聚，难以在复合材料中均匀分散，影响添加效果。无机粉体的表面性质和聚合物有机体系相差甚远，这也使得无机粉体不能很好的分散到材料中。因此，当无机粉体添加到高聚物复合材料时，首先要对无机粉体进行表面改性，使其粒子表面有机化，改善其亲油性和与基体的相容性，增强界面结合能力，从而发挥无机粉体的功能[1]。 本文介绍了无机粉体表面改性的机理、传统的几类改性方法以及两种新型的改性的方法，并分析了这些方法各自的优缺点。最后对无机粉体表面改性方法进行了展望。 1 无机粉体表面改性的机理 由于无机矿物材料是极性或强极性的亲水矿物，而有机高聚物基质具有非极性的疏水表面，彼此相容性差，通常无机矿物材料难以在有机基体中均匀分散，因此如果过多地或者直接将无机矿物材料填充到有机基体中，容易导致复合材料的某些力学性能下降甚至出现脆化等问题。无机粉体表面改性是利用粉体表面的活性基团或电性与某些带有两性基团的小分子或高分子化合物( 表面改性剂) 进行复合改性，使其表面性质由疏水性变为亲水性或由亲水性变为疏水性，从而改善粉体粒子表面的浸润性，增强粉体粒子在介质中的界面相容性，使粒子容易分散在水中或有机化合物中。粉体表面改性是材料制备工程的重要手段，也是新材料、新工艺和新产品开发的重要内容，通过粉体表面改性可以提高粉体材料的附加价值、扩大产品的用途并且开发新的产品。如滑石粉可作为塑料填料，提高塑

SLG型连续式粉体表面改性机改性机理析疑

SLG型连续式粉体表面改性机改性机理析疑 《非金属矿》2003年第5期 骆剑军 刘董兵 摘 要 在SLG型连续式粉体表面改性机向市场推广过程中,不少专家和用户就该设备的改性原理并与传统重力型搅拌 式改性设备作对比后,提出了一些问题,本文就此作出详细的解答和说明。 关键词 SLG型连续式粉体表面改性机 改性机理 析疑 分散 混合 SLG型连续式粉体表面改性机(下称SLG型改性机)自1999年底推向市场以来,以其良好的可操作性、高效的表面处理效果、稳定的产品质量,以及处理能力大、低能耗、低污染、粉体产品不返粗等优点,赢得广大用户认可。尤其值得一提的是,该机对于超微细粉体,甚至纳米粉体,都有很好的改性和分散效果。对于不少专家和用户就SLG型改性机改性原理和与传统重力型搅拌式改性设备作对比后,提出的一些问题,本文作出解答和说明。 1粉体表面改性的四大要素 粉体表面改性的完成,必须具备以下四大要素。 1.1粉体细度 改性粉体必须具有一定的细度,应用时才能体现出它的表面活性和功能性。目前一般所用的填料粉体,细度都在325目以上。 1.2合适的、适量的改性药剂 在改性过程中,根据粉体表面不同的活性基团、不同的应用方向或客户的不同要求,应选择不同的改性药剂,其选择应具有特定性和针对性。另外,根据粉体的品种、细度和比表面积的不同,应选择一个比较恰当的改性药剂用量。药剂用量过小,粉体颗粒达不到最大的表面包覆率;药剂用量过大,则会增加生产成本,甚至会出现反包覆的现象,降低改性效果。 1.3粉体和改性药剂的分散混合 在粉体改性过程中,粉体和改性药剂必须充分分散混合,才有利于改性剂对矿物粉体进行最大限度的包覆或活化。若粉体不能充分分散,就会出现药剂包覆粉体的团聚颗粒,作为填料应用于制品中会出现所谓的“粉头”现象;若改性药剂不能充分分散,又会导致部分药剂未参与改性过程而使改性药剂用量增大,从而增加生产成本;若粉体和改性药剂两者分散混合不充分,则会直接导致成品粉体包覆率和活化指数都低。 1.4改性温度 粉体改性过程是一个吸热过程,不管是药剂对粉体颗粒表面的物理包覆,还是药剂活性基团与粉体颗粒表面活性官能团之间的化学链接,一定的热量可促使粉体表面改性高效快速完成。在粉体改性四个必备要素中,第一要素是基础,第二要素可通过大量的实验和应用经验获得,第三、四两个要素则与所使用的改性设备关系密切,不少专家和用户的疑义,就是针对SLG型改性机的改性工艺设计和上述改性要素而提出的。 2问题讨论与分析 2.1粉体细度 SLG型改性机对1250目以上超微细粉体甚至纳米级粉体,都具有良好的分散和改性效果。而传统的重力型改性设备(如高搅机或捏合机)在处理1250目以上粉体时,在不同程度上都会出现改性成品粉体颗粒团聚返粗、活化指数低的现象,而且粉体越细,改性活化效果越差,对纳米粉体则根本无法处理。此前,国内对超微细粉体和纳米粉体的表面处理和分散,要么利用湿法改性工艺,要么依赖进口粉体或利用进口设备进行处理,这必然会导致生产成本增加,降低产品的市场竞争力。而SLG型改性机对超微细重钙、高岭土、氢氧化镁、 硫酸钡、绢云母、粉煤灰、纳米氧化锌、氧化铝及纳米轻钙等粉体的应用实践表明,该设备突破了传统改性设备的这一瓶颈,能很好地解决这一问题,拓宽了国内表面改性粉体的加工应用范围。

非金属矿粉体改性及其效果评价

非金属矿粉体改性及其效果评价 新材料的设计和功能不断的优化，在原材料以及填料的粉体表面性质得到进一步优化时，其原有的功能被升级，粉体表面改性发展。通过改变粉体表面的物化性质，晶体结构和表面 湿润性等特性相结合，充分反应新材料的新功能。非金属矿填料在塑料、橡胶等高分子材料 工业复合材料中获得了广泛的应用，但由于非金属矿填料在材料与有机高聚物间的界面性质 不同,相容性差 ,因而难以在高聚物中均匀分散,直接或过多地填充往往导致材料的某些力学性 能下降以及易脆化等缺点。所以，对矿物表面改性，改变其原有的特性，并提高其分散效果，有助于提高材料本身的综合性能和力学性能。因此在不断改变矿物质表面性能的基础上，进 一步扩大矿物质表面的电荷性质，有助于提高其在涂料以及油漆中的分散性特点，并对涂料 的色彩以及遮盖力和耐热性等具有很好的改善效果，提高了涂料与基体的结合效果。林外， 对一些粉体原料进行表面处理，必须要结合其表面的光泽度和装饰效果等加以处理，赋予制 品以更多的珠光效果。针对会对健康造成危害的矿物质表面的处理，可以采取封闭性的处理 措施，对其表面进行改性处理，并还原其原有的特性。尤其是随着信息技术的高速发展，对 于塑料制品的需求日益提高，使得改性非金属矿填料的用料持续增长，对非金属矿粉体改性 提出了新的要求。 一、粉体改性物理方法 粉体改性的原理，针对涉及矿物粉表面的性质以及表面质点的性质以及化学键的分布。 粉体与表面改性剂相互结合，以达到吸附、键合等作用，提高其热力学性质，并利用上述原 理设计出矿物粉体表面改性的方法。通过非金属矿粉体表面改性物理方法的研究，在不改变 矿物本身特点的情况下，进一步优化非金属矿粉体的性能，突出粉体表面改性后的应用效果。与此同时，通过不同的改性物理研究方法，综合对比非金属矿粉体改性研究方法的优势以及 不足，从而选择合理的方法利用非金属矿粉体表面改性研究提升其性能。 （一）包覆改性 利用粘附力的作用，将改性剂覆盖于非金属矿粉体改性表面，并利用吸附、附着等相对 简单的方法进行包膜处理。在矿物质粉体与改性剂相互混合时，需要按照要求选择一定比例 物质进行混个，并在搅拌器等作用下，将改性剂整体吸附于粉体的表面，从而形成相对比较 有序的混合体，从而固定或包覆膜于粉体表面，形成多层的包覆膜。 （二）高能改性表面 该方法是利用等离子体等技术手段，对非金属矿粉体改性表面进行改性处理。高能改性 方法不需要借助于改性剂就可以达到改性的效果，同时也有效的降低了环境污染情况的发生。然由于高能表面改性技术本身比较复杂，实施成本高，使得该方法的使用并不常见。高能改 性方法的应用虽然成本较高，技术要求多，但其在改性的过程中，必然会引起非金属矿粉体 表面性能的多元化发展。该技术的发展需要进一步研究，并逐渐优化技术层面的应用，以普 及该技术的广泛应用，从而提高非金属矿物粉体表面的特性。 （三）沉淀反应改性 该方法是利用化学反应的方法，将有机物和无机物在非金属矿粉体改性表面沉积一层或 者多层的改性剂，从而达到改性的效果。通过沉淀反应加速物质改性的研究，不仅有助于提 高非金属矿粉体改性物质的表面特性的优化，同时能够丰富物质的用途。 二、化学方法 （一）表面化学改性

超细粉体的应用及其表面改性机理浅析

超细粉体的应用及其超细粉体的应用及其表面表面表面改性机理改性机理改性机理浅析 浅析刘涛(上海汇精亚纳米新材料有限公司 凤阳汇精纳米新材料科技有限公司) 功能材料是高分子材料研究、开发、生产和应用中最活跃的领域之一,在材料科学中具有十分重要的地位。超细粉体不仅是一种功能材料，而且其为新的功能材料的复合更使之具有广阔的应用前景,在国民经济各个领域都有着广泛的应用,起着极其重要的作用。一：超细粉体的性质及应用 1.超细粉体表面特性 超细粉体科学与技术是近年来发展起来的一门新的科学技术，是材料科学的一个重要组成部分。对于超细粉体统一定义，一般将粒径大于1μm 的粉体称为微米粉体，粒径处于0.1-1μm 之间的粉体称为亚微米粉体,粒径小于100nm 的粉体称为纳米粉体，也有人将粒径小于3μm 的粉体称为超细粉体。超细粉体通常又分为微米粉体、亚微米粉体及纳米粉体。超细粉体的粒径与其特性的关系如下表所示。 2.超细粉体表面结构 根据晶体的空间结构,可以分为四种类型紧密堆积结构、骨架结构、层状结构和链状结构。晶体受外力作用破坏时，将沿着晶体构造中键合力最弱的地方断裂。在断裂面上均产生得不到补偿的断键，即不饱和键。不同化学组成的超细粉体在新鲜表面具有极不相同的不饱和度。根据断裂键能的性质，表面不饱和键有强弱之分，断裂面以离子键和共价键为主的是强不饱和键，表面为极性表面断裂面以分子键为主的为弱不饱和键，表面为非极性表面。超细粉体不同，表面官能团的种类和数量不同，同一超细粉体表面官能团有一定的分布。 3、超细粉体的应用 （1）超细粉体在塑胶领域中的应用 超细粉体在化工领域中的应用十分广泛,在涂料、塑料、橡胶、造纸、催化、裂解、有机合成、化纤、油墨等领域都有广泛的应用。在塑料行业,将超细粉体与塑料复合可起到增强增韧的作用,如将纳米碳酸钙表面改性后,对材料的缺口抗冲击强度和双缺口冲击强度的增韧效果十分显著,而且加工性能依然良好。 除此之外,超细粉体的加入,可以改善复合材料的耐老化性,防止塑料光辐射老化,提高塑料

无机非金属材料粉体表面技术研究进展

学号：1003102111 姓名：杨高林 无机非金属材料粉体表面技术研究进展早在20世纪50年代研究人员就注意到，对于无机颜料，如钛白粉，用二氧化硅或三氧化铝进行表面复合或包膜处理可以改变其保光性和耐候性。但作为技术加工研究表面改性是在最近一二十年的事情，尤其是在现在有机/无机复合材料、无机/无机复合材料、涂料或涂层材料、吸附和催化材料、环境材料及超细粉体和纳米粉体的制备和应用具有重要意义。表面改性是无机粉体的主要要加工技术之一，对提高无机粉体的应用性能和应用价值有着至关重要的作用。我们都知道，粉体表面改性或表面处理与许多学科密切相关，其中包括粉体工程、物理化学、有机化学、无机化学、高分子化学、无机非金属材料、高分子材料、复合材料、结晶学、光学、电学磁学等。可以说分体表面改性是粉体工程或者颗粒制备技术与其他众多学科相关联的边缘学科。粉体表面改性主要包括以下四个研究内容： 1>粉体改性的原理与方法 2>表面改性剂 3>表面改性工艺与设备 4>粉体表面改性产品的检测与表征 一分体改性的原理 利用物理、化学机、械等方法对颗粒表面进行处理，根据应用的需要有目的地改变颗粒表面的物理化学性质，如表面晶体结构和官能团表面能、界面润湿性、电性、表面吸附和反应特性等，以满足现代

新材料，新工艺和新技术发展的需要。 二表面改性方法 表面改性的方法很多，能够改变非金属矿物粉体表面或界面的物理化学性质的方法，如表面物理涂覆、化学包覆、微胶囊包覆、机械力化学、等可称为表面改性方法。目前工业上非金属矿物粉体表面改性常用的方法主要有表面化学包覆改性法、微胶囊包覆改性法和机械化学改性法及原位聚合改性法。 三表面改性剂 粉体的表面改性，主要是依靠表面改性剂在粉体颗粒表面的吸附、反应，包覆或包膜来实现的。因此，表面改性剂对于粉体的表面改性或表面处理具前应用的表面改性剂主要有偶联剂、表面活性剂、有机硅、不饱和有机酸及有机低聚物，超分散剂、水溶性高分子等。 四表面改性工艺 表面改性工艺依表面改性的方法、设备和粉体制备方法而异。目前工业上应用的表面改性工艺丰要有干法工艺、湿法工艺、复合工艺三大类。干法工艺根据作业方式的不同又可分为间歇式和连续式；湿法工艺又可分有机改性工艺和无机改性工艺；复合工艺又可分为机械化学与表面化学包覆改性复合工艺，干燥与表面化学包覆改性复合工艺，沉淀反应与表面化学包覆改性复合工艺等。干法工艺：是一种应用最为广泛的非金属矿物粉体表面改性工艺。目前对于非金属矿物填料和颜料，如重质碳酸钙和轻质碳酸钙、高岭土与煅烧高岭土、滑石、硅灰石、硅微粉、玻璃微珠、氢氧化铝和轻氧化镁、陶土、陶瓷