鄭水林教授談非金屬礦物填料表面有機改性方法、工藝、設備的選擇原則
發(fā)布時間：2016/12/02 點擊量：
鄭水林教授在第十五屆全國非金屬礦加工利用技術(shù)交流會上做報告
本文根據(jù)中國礦業(yè)大學（北京）鄭水林教授在第十五屆全國非金屬礦加工利用技術(shù)交流會上的報告整理而成。
1. 表面有機改性的目的增強非金屬礦物填料與基料或樹脂的作用，賦予或優(yōu)化復合材料的某種功能，提高填充材料的綜合性能；提高填料/顏料在基料中的分散性和填充復合工藝性能。 改性產(chǎn)品的應用領(lǐng)域主要有有機/無機復合材料(塑料、橡膠等）、油漆、涂料無機/無機復合材料等。 2. 表面有機改性的方法與工藝 2.1 有機表面改性的方法： 根據(jù)所用有機表面改性劑的種類，表面有機改性方法可分為： 偶聯(lián)劑改性/表面活性劑改性/聚合物改性/不飽和有機酸改性/水溶性高分子改性等。 表面改性方法選擇的依據(jù)是粉體表面改性的目的、粉體的特性、表面改性劑的性質(zhì)、 2.2 有機表面改性的工藝 無機粉體有機改性方法分為干法、濕法和復合工藝三種： 干法工藝指將粉體在干態(tài)下或干燥后在改性設備中進行機械分散，同時添加配置好的表面改性劑在一定溫度下進行表面改性的工藝。干法改性工藝簡單、適用于各種有機表面改性劑，特別是非水溶性的各種表面改性劑的物理或化學包覆改性。 濕法工藝是指在一定固液比的漿料中添加配置好的表面改性劑，在機械攪拌分散和一定溫度條件下進行表面改性的工藝。適用于各種可水溶/水解的有機表面改性劑、無機表面改性劑(沉淀反應包覆改性)。 濕法工藝具有表面改性劑分散較好、表面包覆較均勻等特點，但要后續(xù)干燥作業(yè)，因此，適用于前段為濕式制粉作業(yè)而后又需要干燥的場合。 復合工藝（粉碎與表面改性合二為一）：通過在機械粉碎過程中添加表面改性劑在粒度減下的同時對粉體顆粒進行表面改性。 優(yōu)點:可以簡化工藝，某些表面改性劑可在一定程度上提高粉碎效率。 缺點:溫度難以控制，局部的過高溫升可能破壞改性劑的分子結(jié)構(gòu)。此外，由于粉碎過程中顆粒不斷被粉碎、產(chǎn)生新表面，顆粒包覆不夠均勻。因此，要注意設計好改性劑加入點和加入方式。 有機表面改性工藝的選擇依據(jù)是改性方法、改性產(chǎn)品的技術(shù)指標要求、粉體的前段制備工藝、表面改性劑的品種、性質(zhì)和用法。 3. 表面有機改性設備 表面改性設備可分為兩大類：一是從化工、塑料、粉碎、分散等行業(yè)中引用過來的，如干法表面改性用的高速加熱混合機、沖擊式粉體表面改性機、臥式加熱混合機、以及濕法表面改性用的反應釜、可控溫反應罐；二是專用粉體表面改性設備，主要有SLG型連續(xù)式粉體表面改性機和PSC型連續(xù)式粉體表面改性機，等等。 根據(jù)生產(chǎn)方式可分為：連續(xù)式粉體表面改性機和間歇式粉體表面改性機。   
SLG連續(xù)粉體表面改性機主要應用于無機粉體的干法表面有機包覆改性與納米粉體的分散解聚，包括輕質(zhì)碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣、納米碳酸鈣、高嶺土、煅燒高嶺土、滑石、葉臘石粉、水鎂石粉、氫氧化鎂、氫氧化鋁、絹云母粉、重晶石粉、納米氧化鋅以及復合無機粉體等。（欲了解更多關(guān)于SLG連續(xù)粉體表面改性機的信息請訪問江陰啟泰非金屬工程有限公司網(wǎng)站（http://www.qtgx.com）
表面改性設備的選擇依據(jù)和原則： 選擇依據(jù)： 表面改性方法和工藝； 選擇原則：對粉體及表面改性劑的分散性、粉體與表面改性劑的作用機會均等或均勻性、改性溫度和時間的可調(diào)性、單位產(chǎn)品能耗與磨耗、粉塵污染、操作簡便與運行平穩(wěn)性、單位產(chǎn)品的投資與生產(chǎn)成本。 4. 表面改性劑 非金屬礦物粉體常用的有機表面改性劑：偶聯(lián)劑、表面活性劑、有機低聚物、不飽和有機酸、有機硅、水溶性高分子等。 4.1 表面改性劑的選擇有如下四個原則： (1)與基料相似相容（親合）原則，依基料的種類和性質(zhì)選擇表面改性劑； (2)化學吸附原則，優(yōu)先選擇能與粉體表面進行化學吸附或化學反應的表面改性劑； (3)滿足應用技術(shù)要求原則，改性的目的是改善或提高粉體的應用性能,滿足用戶(應用)的需要； (4)成本最低原則。 4.2 表面改性配方和工藝的設計原則 (1)根據(jù)化學吸附原則和粉體與聚合物相容原則選擇表面改性劑種類；
(2)根據(jù)粉體的比表面積設計表面改性劑的用量；
(3)根據(jù)表面改性劑的理化特性設計改性劑使用方法及改性工藝條件。 影響有機改性效果的主要因素粉體的表面性質(zhì)、表面改性劑配方、表面改性工藝、表面改性設備。 4.3 改性產(chǎn)品的檢測與表征 改性產(chǎn)品的檢測與表征對于研究開發(fā)和生產(chǎn)應用是必不可少和至關(guān)重要的。目前的表征方法分為直接表征和間接表征兩種。直接表征是對表面改性后產(chǎn)品表面活性和顆粒結(jié)構(gòu)特性的表征；間接表征是對表面改性產(chǎn)品應用性能的表征，如填充高聚物基復合材料的力學性能、熱性能、表觀性能等。 一些直接表征方法尚無國家標準是目前測試表征方法存在不規(guī)范性和權(quán)威性不足的主要原因，也是亟待解決的問題之一。 直接表征方法有：潤濕接觸角、活化指數(shù)、溶液中的分散穩(wěn)定性、吸附類型和吸附量、吸油量、黏度、物相與化學成分、粒度大小、粒度分布與顆粒形貌。 間接表征方法有： 塑料、橡膠填料：填充材料的力學性能、熱性能、表觀性、可加工性（工藝性）、抗老化性能等； 油漆/涂料的填料和顏料：分散穩(wěn)定性、遮蓋力、著色力、涂膜顏色均勻性、強度、耐候性等； 催化劑：催化效率、使用壽命、重復使用性、耐中毒性等； 膨潤土插層改性材料：在非極性溶劑中的流變特性、黏度、分散穩(wěn)定性等。 |
