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粉體表面改性概述
粉體表面改性的方法很多，分類方法按分析問題的角度不同而異�；诟男怨に囆再|(zhì)不同將粉體表面改性方法分為6類，即：表面包覆改性、表面化學(xué)改性、機(jī)械力化學(xué)法改性、膠囊式改性、高能改性、沉淀反應(yīng)改性。
表面包覆改性是表面改性劑與粒子表面無化學(xué)反應(yīng)，包覆物與粒子間依靠范德華力而連接，該方法幾乎適用于各類無機(jī)粒子的表面改性，此方法主要利用無機(jī)化合物或有機(jī)化合物對(duì)粒子進(jìn)行表面包覆，減弱粒子的團(tuán)聚作用，而且由于包覆物而產(chǎn)生了空間位阻斥力，使粒子再團(tuán)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(jī)物等。
表面化學(xué)改性通過表面改性劑與顆粒表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)吸附的方式完成。機(jī)械力化學(xué)改性指的是通過粉碎、磨碎、摩擦等機(jī)械方法，使礦物晶格結(jié)構(gòu)、晶型等發(fā)生變化，體系內(nèi)能增大，溫度升高，促使粒子溶解、熱分解、產(chǎn)生游離基或離子，增強(qiáng)礦物表面活性，促使礦物和其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)或相互附著，達(dá)到表面改性目標(biāo)的改性方法。
沉淀反應(yīng)法是向含有粉體顆粒的溶液中加入沉淀劑，或者加入可以引發(fā)反應(yīng)體系中沉淀劑生成的物質(zhì)，使改性離子發(fā)生沉淀反應(yīng)，在顆粒表面析出，從而對(duì)顆粒進(jìn)行包覆。沉淀法主要可分為直接沉淀法、均勻沉淀法、非均勻沉淀法、共沉淀法、水解法等。
膠囊式改性是在粉體顆粒表面上覆蓋均質(zhì)而且有一定厚度薄膜的一種表面改性方法。高能改性法是利用等離子體或輻射處理等引發(fā)聚合反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)改性的方法。
表面改性劑的種類很多，目前還沒有形成一個(gè)統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)表面改性劑的化學(xué)屬性可以分為有機(jī)改性劑和無機(jī)改性劑，分別用于粉體的有機(jī)表面改性和無機(jī)表面改性。表面改性劑有偶聯(lián)劑、表面活性劑、聚烯烴低聚合物、無機(jī)物改性劑等。
粉體的表面改性一般都有其特定的應(yīng)用背景或應(yīng)用領(lǐng)域，在滿足應(yīng)用技術(shù)指標(biāo)要求或用戶需要的前提下，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、安全性、環(huán)保性，盡可能選擇成本較低、安全系數(shù)高、環(huán)境污染小的表面改性劑。
常見的表面改性劑品種及其應(yīng)用
表面改性劑對(duì)于粉體的表面改性或表面處理具有決定性作用。據(jù)中國礦業(yè)大學(xué)鄭水林教授的歸納，表面改性劑常見品種及應(yīng)用如下：
表面改性劑名稱：鈦酸酯偶聯(lián)劑
品種：單烷氧基型（NDZ-101、JN-9、YB-203、JN-114、YB-201、T1-1、T1-2、T1-3等）；螯合型（YB-301、YB-401、JN-201、YB403、JN-54、YB404、JN-AT、YB405、T2-1、T3-1等）；配位型（KR-41B、KR-46等）
應(yīng)用：碳酸鈣、碳酸鎂、氧化鎂、氧化鈦、氧化鋅、氧化鐵、滑石、硅灰石、重晶石、氫氧化鋁、氫氧化鎂、葉蠟石等
表面改性劑名稱：硅烷偶聯(lián)劑
品種：氨基硅烷（SCA-1113、SCA-1103、SCA-603、SCA-1503、SCA-602、SCA-613等）；環(huán)氧基硅烷（KH-560、SCA-403等）；硫基硅烷（KH-590、SCA-903、D-69等）；乙烯基硅烷（SCA-1603、SCA-1613、SCA-1623等）；甲基丙基酰氧基硅烷（SCA-503）；硅烷酯類（SCA-113、SCA-103等）
應(yīng)用：石英、二氧化硅、玻璃纖維、高嶺土、滑石、硅灰石、氫氧化鋁、氫氧化鎂、云母、葉蠟石、凹凸棒石、海泡石、電氣石等
表面改性劑名稱：鋁酸酯偶聯(lián)劑
品種：DL系列：411-A、411-B、411-C、411-D、412-A、412-B、414、481、881、882、452、471、472等；F系列：F-1、F-2、F-3、F-4等；H系列：H-2、H-3、H-4；L系列：L-1A、L-1B、L-IH、L-2、L-3A
應(yīng)用：碳酸鈣、碳酸鎂、高嶺土、滑石、硅灰石、氧化鐵、重晶石、氫氧化鋁、氫氧化鎂、粉煤灰、石膏粉、云母、葉蠟石等
表面改性劑名稱：鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑
品種：FT-1、FT-2
應(yīng)用：滑石、硅灰石、氧化鐵、高嶺土、海泡石、云母、葉蠟石等
表面改性劑名稱：陰離子表面活性劑
品種：硬脂酸（鹽）、磺酸鹽及其酯、高級(jí)磷酸酯鹽
應(yīng)用：輕質(zhì)碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣、硅灰石、膨潤土、高嶺土、氫氧化鎂、滑石、葉蠟石等
表面改性劑名稱：陽離子表面活性劑
品種：高級(jí)胺鹽（伯胺、仲胺、叔胺及季銨鹽）
應(yīng)用：輕質(zhì)碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣、硅灰石、膨潤土、高嶺土、氫氧化鎂、滑石、葉蠟石等
表面改性劑名稱：非離子表面活性劑
品種：聚乙二醇型、多元醇型
應(yīng)用：輕質(zhì)碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣、硅灰石、膨潤土、高嶺土、氫氧化鎂、滑石、葉蠟石等
表面改性劑名稱：水溶性高分子
品種：聚丙烯酸（鹽）、聚丙烯酸（鹽）及其共聚物、聚乙烯醇、聚馬來酸等
應(yīng)用：碳酸鈣、磷酸鈣、硅灰石、滑石、鐵紅、顏料等
表面改性劑名稱：有機(jī)硅
品種：二甲基硅油、甲基硅油、羥基硅油、含氫硅油等
應(yīng)用：二氧化硅、高嶺土、顏料等
表面改性劑名稱：有機(jī)低聚物
品種：無規(guī)聚丙烯、聚乙烯蠟、環(huán)氧樹脂等
應(yīng)用：二氧化硅、云母、碳酸鈣等
表面改性劑名稱：不飽和有機(jī)酸
品種：丙烯酸、甲基丙烯酸、定烯酸、馬來酸、肉桂酸、衣糠酸、山梨酸、氯丙烯酸等
應(yīng)用：長石、陶土、紅泥、氫氧化鋁、二氧化硅等
表面改性劑名稱：無機(jī)表面改性劑
品種：鈦鹽、鉻鹽、鐵鹽、硅酸鹽、鋁鹽、鎂鹽、鋯鹽、鋅鹽、鎘鹽等
應(yīng)用：云母、高嶺土、滑石、鈦白粉、氧化鋁、氧化鎂、顏料等
表面改性劑配方至關(guān)重要
粉體的表面改性在很大程度上是通過表面改性劑在粉體表面的作用來實(shí)現(xiàn)的。因此，表面改性劑的配方（品種、用量和用法）對(duì)粉體表面的改性效果和改性后產(chǎn)品的應(yīng)用性能有重要影響。表面改性劑配方的針對(duì)性很強(qiáng)，即具有“一把鑰匙開一把鎖”的特點(diǎn)。表面改性劑的配方包括選擇品種、確定用量和用法等內(nèi)容。
表面改性劑的品種
選擇表面改性劑品種的主要考慮因素是粉體原料的性質(zhì)、產(chǎn)品的用途或應(yīng)用領(lǐng)域以及工藝、價(jià)格和環(huán)保等因素。
表面改性劑的用量
理論上在顆粒表面達(dá)到單分子層吸附所需的用量為最佳用量，該用量與粉體原料的比表面積和表面改性劑分子的截面積有關(guān)，但這一用量不一定是100%覆蓋時(shí)的表面改性劑用量，對(duì)于無機(jī)表面包覆改性，不同的包覆率和包膜層厚度可能表現(xiàn)出不同的特性，如顏色、光澤等。因此，實(shí)際最佳用量的確定還是要通過改性試驗(yàn)和應(yīng)用性能試驗(yàn)來確定，這是因?yàn)楸砻娓男詣┑挠昧坎粌H與表面改性時(shí)表面改性劑的分散和包覆的均勻性有關(guān)，還與應(yīng)用體系對(duì)粉體原料的表面性質(zhì)和技術(shù)指標(biāo)的具體要求有關(guān)。
表面改性劑的使用方法
好的使用方法可以提高表面改性劑的分散程度和粉體的表面改性效果，反之，使用方法不當(dāng)就可能使表面改性劑的用量增加，改性效果達(dá)不到預(yù)期目的。表面改性劑的用法包括配制、分散和添加方法以及使用二種以上表面改性劑時(shí)加藥順序。
針對(duì)粉體表面改性劑到底應(yīng)該怎樣選、怎樣用這一重要問題，2024年8月在安徽合肥召開的2024第五屆粉體表面改性及包覆技術(shù)高級(jí)研修班，將特邀業(yè)內(nèi)專家與企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)人員面對(duì)面交流探討，敬請(qǐng)關(guān)注。
參考來源：
[1]表面改性強(qiáng)化石墨礦摩擦電選預(yù)富集的試驗(yàn)研究，郭成靜，中國礦業(yè)大學(xué)
[2]粉體表面改性技術(shù)進(jìn)展，鄭水林，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）
[3]影響粉體表面改性效果的主要因素，鄭水林，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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