粉体表面处理剂的新进展

中国粉体网讯 一般而言，用物理、化学、机械等方法对粉体材料表面或界面进行处理，有目的地改变粉体材料表面物理化学性质的科学手段都被视为粉体表面改性技术。对于无机填料而言，表面改性技术是其由一般增量填料变为功能性填料所必需的加工技术之一，同时表面改性技术也为高分子材料及有机/无机复合材料的发展提供了新的技术方法。

1、粉体表面改性方法及特征

（1）改性方法

物理法：表面改性一般是指不用表面改性剂而对超细粉体实施表面改性的方法。包括：电磁波、中子流、α、β粒子等的辐照处理、超声处理、热处理、电化学处理、等离子体处理等。

化学法改性：利用各种改性剂对超细粉体进行表面改性的方法，统称为超细粉体表面化学法改性。表面化学法改性是应用最广泛的超细粉体表面改性方法，主要是利用改性剂在超细粉体表面吸附或进行化学反应，达到超细粉体表面改性的目的。改性剂的种类繁多，根据处理对象的不同，改性剂包括：浮选药剂用于复杂超细矿物的分离提纯；超细粉体表面改性剂（主要为偶联剂、表面活性剂、有机低聚物、有机单体等）用于超细粉体的表面改性；助剂（助磨剂、助滤剂）用于粉体加工时提高研磨和过滤效率等。

（2）方法特征

超细粉体的表面改性具有极强的针对性。同一种超细粉体用在不同体系表面改性方法是不一样的，即使在同一体系内物料的组成或成分发生变化时，所用超细粉体表面改性的工艺和方法往往也要随之改变。

表面改性工艺具有多样性。表面改性的工艺和方法受超细粉体表面特征、应用领域、应用环境、应用体系等诸因素影响，从某种意义上说几乎不存在完全相同的表面改性工艺。

表面改性剂具有多样性和特定性。不存在完全通用的和固定的表面改性剂，应根据具体体系选用、合成、复配特定的表面改性剂。

2、粉体表面改性剂及其应用技术

表面改性剂是粉体表面改性或处理中用于改变粉体表面性质并改善粉体应用性能的化学物质。常用的有机表面改性剂有偶联剂、表面活性剂、有机硅、不饱和有机酸、有机低聚物、水溶性高分子等。无机表面改性剂一般是金属氧化物、金属盐或复盐等。

（1）偶联剂

偶联剂是一种至少具有一个以上与无机粉体表面作用的基团和一个以上与有机聚合物亲和基团的两性结构的有机物，按其化学结构和成分可分为钛酸酯类、硅烷类、铝酸酯类、锆铝酸盐类及有机络合物等几种。

其分子中的一部分基团可与粉体表面的各种官能团反应，形成化学吸附或键合，另一部分基团可与有机高聚物基料发生化学作用或物理缠绕，使无机粉体和有机高聚物分子之间建立起具有特殊功能的“分子桥”，从而将两种性质差异很大的材料牢固结合。

（2）表面活性剂

表面活性剂是一种能显著降低水溶液表面张力或液液界面张力，改变体系的表面状态从而产生润湿和反润湿、乳化和破乳、分散和凝聚、起泡和消泡以及增溶等一系列作用的化学物质。表面活性剂的亲水基有羧基、磺酸基、硫酸酯基、磷酸基等；亲油基来自天然动植物油脂和合成化工原料，它们的化学结构相似，只是碳原子数和端基结构不同。

表面活性剂可分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂，前者可在溶于水后解离，后者则不解离。离子型表面活性剂又按产生电荷的性质分为阴离子型、阳离子型和两性表面活性剂。

表面活性剂按离子类型的分类

3、表面改性剂的选择与用法

（1）选择

粉体表面改性剂配方是表面改性技术的核心，而改性剂品种或种类是表面改性剂配方的关键。具体粉体表面改性剂配方的选用或研究，首先面临的就是在如此多的表面改性剂当中如何选择或者选择哪几种来进行配方比较试验。

根据中国矿业大学（北京）郑水林教授总结，表面改性剂的选择有以下原则：

①依基料的种类或应用体系的性质选择表面改性剂（即与基料相似相容或亲和理论）。

②优先选择能与粉体颗粒表面进行化学吸附或化学反应的表面改性剂（即化学吸附或化学反应优先理论）。

然后对符合上述两条原则或理论的表面改性剂进行筛选和应用性能比较。

（2）用法

表面改性剂的用法包括配制、分散和添加方法以及使用两种以上表面改性剂时的添加顺序。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，除了四硫化物外，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），最好添加前进行水解。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、铵化或乳化为能溶于水的产物。

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地接触，以达到表面改性剂的良好分散和表面改性剂在粒子表面的均匀包覆。因此，生产中最好采用与粉体给料速度联动的连续喷雾或滴加方式。

在采用两种以上的表面改性剂对粉体进行处理时，加药方式（先后或同时）、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，首先要分析两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）。一般来说先加起主要作用或以化学吸附为主的表面改性剂，后加起次要作用或以物理吸附为主的表面改性剂。需要注意的是，除非它们混合后不产生反应，否则最好不要将两种或多种改性剂混合后添加。

2024年10月30日在上海跨国采购会展中心，由北京粉体技术协会与柏德英思展览(上海)有限公司联合主办“2024粉体分散、改性、包覆技术研讨会”。届时广州哈伯新材料科技有限公司研发总监凌晖作《粉体表面处理剂的新进展》报告，现场分享粉体表面改性剂使用的问题，表面改性剂的选择以及新型粉体表面改性材料应用研究进展等内容。

专家介绍

凌晖，华南理工大学应化专业毕业，美国南哥大MBA。长期任职顶级跨国化工企业近30年，有着多种跨部门跨行业的经历。在粉体分散及粉体表面改性方面有着丰富的经验。

参考来源

郑水林编著《粉体表面改性（第四版）》，中国建材工业出版社

毋伟，超细粉体表面改性应用，北京化工大学

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