什么是表面改性處理技術(shù)(表面改性的方法有哪些)
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表面改性是根據(jù)應(yīng)用需要有目的地改變粉體材料表面的物理化學(xué)性質(zhì),以滿足現(xiàn)代新材料、新工藝和新技術(shù)發(fā)展的需求,在粉體加工和應(yīng)用過程中越來越受到重視,目前主要有6大類改性方法。
1、物理涂覆
方法原理:利用高聚物或樹脂等對(duì)粉體表面進(jìn)行處理,一般包括冷法和熱法兩種。
改性劑:高聚物、酚醛樹脂、呋喃樹脂等。
影響因素:顆粒形狀、比表面積、孔隙率、涂敷劑的種類及用量、涂敷處理工藝等。
適用對(duì)象:鑄造砂、石英砂等。
2、化學(xué)包覆
方法原理:利用有機(jī)物分子中的官能團(tuán)在無機(jī)粉體表面的吸附或化學(xué)反應(yīng)對(duì)顆粒表面進(jìn)行包覆,一般包括干法和濕法兩種。除利用表面官能團(tuán)改性外,該方法還包括利用游離基反應(yīng)、鰲合反應(yīng)、溶膠吸附等進(jìn)行表面包覆改性。
改性劑:如硅烷、鈦酸酯、鋁酸酯、鋯鋁酸鹽、有機(jī)鉻等各種偶聯(lián)劑,高級(jí)脂肪酸及其鹽,有機(jī)銨鹽及其他各種類型表面活性劑,磷酸酯,不飽和有機(jī)酸,水溶性有機(jī)高聚物等。
影響因素:粉體的表面性質(zhì),改性劑種類、用量和使用方法,改性工藝,改性設(shè)備等。
適用對(duì)象:石英砂、硅微粉、碳酸鈣、高嶺土、滑石、膨潤(rùn)土、重晶石、硅灰石、云母、硅藻土、水鎂石、硫酸鋇、白云石、鈦白粉、氫氧化鋁、氫氧化鎂、氧化鋁等各類粉體。
3、沉淀反應(yīng)
方法原理:通過無機(jī)化合物在顆粒表面的沉淀反應(yīng),在顆粒表面形成一層或多層“包膜”,以達(dá)到改善粉體表面性質(zhì),如光澤、著色力、遮蓋力、保色性、耐候性、電、磁、熱性和體相性質(zhì)等。
改性劑:金屬氧化物、氫氧化物及其鹽類等各類無機(jī)化合物。
影響因素:原料的性質(zhì)(粒度大小和形狀、表面官能團(tuán)),無機(jī)表面改性劑的品種,漿液的pH值、濃度,反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間,洗滌、脫水、干燥或焙燒等后續(xù)處理工序。
適用對(duì)象:鈦白粉、珠光云母、氧化鋁等無機(jī)顏料。
4、機(jī)械力化學(xué)
方法原理:利用超細(xì)粉碎及其他強(qiáng)烈機(jī)械作用,有目的的對(duì)粉體表面進(jìn)行激活,在一定程度上改變顆粒表面的晶體結(jié)構(gòu)、溶解性能(表面無定形化)、化學(xué)吸附和反應(yīng)活性(增加表面活性點(diǎn)或活性基團(tuán))等。
改性設(shè)備及藥劑:球磨機(jī)、氣流粉碎機(jī)、高速機(jī)械沖擊磨等,助磨劑、分散劑、改性劑等。
影響因素:粉碎設(shè)備的類型、機(jī)械作用的方式、粉碎環(huán)境(干、濕、氣氛等)、助磨劑或分散劑的種類和用量、機(jī)械力的作用時(shí)間以及粉體物料的晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、粒度大小和粒度分布等。
適用對(duì)象:高嶺土、滑石、云母、硅灰石、鈦白粉等各類粉體。
5、插層改性
方法原理:利用層狀結(jié)構(gòu)的礦物粉體顆粒晶體層之間結(jié)合力較弱(如分子鍵或范德華力)或存在可交換陽(yáng)離子的特性,通過離子交換反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)改變粉體的界面性質(zhì)和其他性質(zhì)的改性方法。
改性劑:季銨鹽類、聚合物、有機(jī)單體、氨基酸等有機(jī)插層劑,羧基鈦、金屬氧化物、無機(jī)鹽等無機(jī)插層劑。
影響因素:原料的性質(zhì)、反應(yīng)環(huán)境、插層劑種類和用量等。
適用對(duì)象:高嶺土、石墨、云母、水滑石、蛭石、累托石、金屬氧化物以及層狀硅酸鹽等。
6、高能表面改性
方法原理:指利用紫外線、紅外線、電暈放電、等離子體照射和電子束輻射等方法對(duì)粉體進(jìn)行表面改性的方法。例如:
?用ArC3H6低溫等離子處理碳酸鈣,可改善碳酸鈣與PP的界面黏結(jié)性。
?用紅外照射法在炭黑表面接枝聚苯乙烯等聚合物,可顯著改善炭黑在介質(zhì)中的分散性。
?用微波輻射和空氣等離子體處理對(duì)多孔二氧化硅表面有激活作用,可使其表面羥基含量增加,水合效果增強(qiáng)。
但目前,該方法技術(shù)較復(fù)雜,成本較高,還難以大規(guī)模工業(yè)化。
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