无机粉体表面改性技术探讨

龙源期刊网无机粉体表面改性技术探讨作者：张仕奇赵佳龙魏鑫来源：《科学与财富》2018年第17期摘要：对无机粉体的改性方法进行了介绍，探讨了无机粉体表面改性技术进展，并对其未来的发展趋势进行了展望。关键词：无机粉体；表面改性；技术1无机粉体表面改性方法介绍在工业中常用的无机粉体表面改性方面包括表面有机包覆、沉淀反应包覆、机械力化学、插层改性及复合法等，下面对这些方法进行简单的介绍。表面有机包覆改性是目前最常用的无机粉体表面改性方法，它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。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）、高级脂肪酸及其盐、高级胺盐、硅油或硅树脂、有机低聚物及不饱和有机酸、水溶性高分子等。沉淀反应包覆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的表面，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TiO2、ZnO、CaCO3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；钛白粉表面包覆SiO2和A12O3，以及硅藻土和煅烧高岭土表面包覆纳米TiO2和ZnO；硅灰石粉体表面包覆纳米碳酸钙和纳米硅酸铝。机械力化学改性是利用粉体超细粉碎及其他强烈机械力作用有目的地激活颗粒表面，使其结构复杂或表面无定形化，增强它与有机物或其他无机物的反应活性。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。插层改性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，通过离子交换反应或特性吸附改变粉体性质的方法。用于插层改性的粉体通常具有层状晶体结构，如石墨、蒙脱土、蛭石、高岭土等。复合改性是指综合采用多种方法（物理、化学和机械方法等）改变颗粒的表面性质以满足应用需要的改性方法。目前应用的复合改性方法主要有有机物理/化学包覆、机械力化学/有机包覆、无机沉淀反应/有机包覆等。2无机粉体表面改性技术进展龙源期刊网表面改性剂及其配方表面改性剂近几年取得的主要进展为：1）硅烷偶联剂。产品开发速度加快，产品品种、质量明显提高，生产能力不仅能满足中国国内所需，还出口海外市场。2）铝酸酯偶联剂。继膏状产品之后，相继开发了液态、水溶性产品和兼具助磨和改性作用的新产品；应用范围扩大，使用更加方便。3）钛酸酯偶联剂。品种增多，开发了水溶性产品以及针对特定用途的专用分散改性剂和复合改性剂，如用于船舶漆填料和颜料的专用改性剂、无机纳米粉体分散与抗团聚改性剂等。此外，还有专用于超细沉淀碳酸钙和纳米碳酸钙表面改性的表面活性剂二磷酸酯盐等。2.2层状硅酸盐矿物粉体的插层改性层状硅酸盐矿物粉体的插层改性是研究最为活跃的表面改性领域之一。早在20世纪70年代左右就有“有机膨润土”这类有机季铵盐类插层改性的产品问世，近10a来随着研究日趋广泛和深入，除了有机膨润土产品品种和生产技术不断改进之外，聚合物/蒙脱土纳米复合材料、膨润土或蒙脱石的无机柱撑或交联等的研究和产业化也取得了显著进展。特别是聚合物/蒙脱土纳米复合材料已进入产业化阶段，对新型聚合物/黏土纳米复合材料的发展有重要推动作用；此外，高岭土插层纳米复合材料、蛭石插层改性等层状硅酸盐矿物的插层改性技术研发也取得一些有价值的进展。2.3表面无机复合改性粉体的表面无机复合改性是制备功能粉体材料的重要方法，近年来已成为粉体表面改性技术和功能材料制备技术的热点研发方向之一。目前取得的主要进展是纳米金属或氧化物、氢氧化物、碳酸盐表面改性的复合矿物粉体材料，如金属/粉煤灰空心微珠复合粉体、金属氧化物/硅灰石复合粉体、纳米TiO2/多孔矿物复合粉体（TiO2/硅藻土、TiO2/蛋白土、TiO2/凹凸棒石等）、金属氧化物/重晶石复合粉体、金属氧化物/云母复合粉体等。表面无机复合改性方法主要有物理法（如气相沉积、真空或溅射镀膜、机械研磨）和化学法（如均匀沉淀、溶胶凝胶）等，其中一些复合粉体材料已实现产业化或已进行中试。表面无机复合改性涉及应用广泛的新型功能材料的开发，具有重要的商业化价值。采用磁控溅射技术在粉煤灰微珠表面镀镍、铜、银等金属膜可使粉煤灰中玻璃微珠的应用价值显著提高，在航空航天材料领域及其他新材料领域有着良好的应用前景3粉体表面改性技术的发展趋势龙源期刊网无机粉体表面改性是应现代高技术、新材料产业，特别是功能材料产业发展而兴起的新技术，适应现代社会环保、节能、安全、健康的需求。无机粉体表面改性产品是最具发展前景的功能粉体材料，预计未来10a市场需求量将以平均每年8%～10%的速度增长。在上述背景下，笔者认为未来粉体表面改性技术的主要发展趋势为：1）发展适用性广、分散性能好、粉体与表面改性剂的作用机会均等、表面改性剂包覆均匀、改性温度和停留时间可调、单位产品能耗和磨耗较低、无粉尘污染的先进工艺与装备集成，并在此基础上采用先进的人工智能技术对主要工艺参数和改性剂用量进行在线自动调控，以实现表面改性剂在颗粒表面的单分子层吸附、稳定产品质量和方便操作。2）在现有表面改性剂的基础上、采用先进技术降低生产成本，尤其是各种偶联剂的成本；同时采用先进化学、高分子、生化和化工科学技术和计算机技术，研发应用性能好、成本低、在某些应用领域有专门性能或特殊功能，并能与粉体表面和基质材料形成牢固结合的新型表面改性剂。3）在多学科综合的基础上，根据目的材料的性能要求“设计”粉体表面；运用现代科学技术，特别是采用先进计算技术及智能技术辅助设计粉体表面改性工艺和改性剂配方，以减少实验室工艺和配方试验工作量，提高表面改性工艺和改性剂配方的科学性和实用性。4）表面产品的直接表征和测试方法将更加的科学和规范，在相关国家标准的基础上，按照表面改性的目的和用途等，建立评价的指标、标准和方法。参考文献：[1]汤国虎，叶巧明，连红芳.无机纳米粉体表面改性研究现状[J].材料导报，2003，17（f09）：33-35.[2]郑水林.无机粉体表面改性技术发展现状与趋势[J].无机盐工业，2011，43（5）：1-6.