鄭水林教授談非金屬礦物填料表面有機(jī)改性方法、工藝、設(shè)備的選擇原則
發(fā)布時(shí)間：2016/12/02 點(diǎn)擊量：
鄭水林教授在第十五屆全國(guó)非金屬礦加工利用技術(shù)交流會(huì)上做報(bào)告
本文根據(jù)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）鄭水林教授在第十五屆全國(guó)非金屬礦加工利用技術(shù)交流會(huì)上的報(bào)告整理而成。
1. 表面有機(jī)改性的目的增強(qiáng)非金屬礦物填料與基料或樹(shù)脂的作用，賦予或優(yōu)化復(fù)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(fù)合工藝性能。 改性產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域主要有有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料(塑料、橡膠等）、油漆、涂料無(wú)機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料等。 2. 表面有機(jī)改性的方法與工藝 2.1 有機(jī)表面改性的方法： 根據(jù)所用有機(jī)表面改性劑的種類，表面有機(jī)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(jī)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(jī)表面改性的工藝 無(wú)機(jī)粉體有機(jī)改性方法分為干法、濕法和復(fù)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(shè)備中進(jìn)行機(jī)械分散，同時(shí)添加配置好的表面改性劑在一定溫度下進(jìn)行表面改性的工藝。干法改性工藝簡(jiǎn)單、適用于各種有機(jī)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(xué)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(jī)械攪拌分散和一定溫度條件下進(jìn)行表面改性的工藝。適用于各種可水溶/水解的有機(jī)表面改性劑、無(wú)機(jī)表面改性劑(沉淀反應(yīng)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(diǎn)，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(chǎng)合。 復(fù)合工藝（粉碎與表面改性合二為一）：通過(guò)在機(jī)械粉碎過(guò)程中添加表面改性劑在粒度減下的同時(shí)對(duì)粉體顆粒進(jìn)行表面改性。 優(yōu)點(diǎn):可以簡(jiǎn)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(diǎn):溫度難以控制，局部的過(guò)高溫升可能破壞改性劑的分子結(jié)構(gòu)。此外，由于粉碎過(guò)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(shè)計(jì)好改性劑加入點(diǎn)和加入方式。 有機(jī)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(biāo)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(jī)改性設(shè)備 表面改性設(shè)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(guò)來(lái)的，如干法表面改性用的高速加熱混合機(jī)、沖擊式粉體表面改性機(jī)、臥式加熱混合機(jī)、以及濕法表面改性用的反應(yīng)釜、可控溫反應(yīng)罐；二是專用粉體表面改性設(shè)備，主要有SLG型連續(xù)式粉體表面改性機(jī)和PSC型連續(xù)式粉體表面改性機(jī)，等等。 根據(jù)生產(chǎn)方式可分為：連續(xù)式粉體表面改性機(jī)和間歇式粉體表面改性機(jī)。   
SLG連續(xù)粉體表面改性機(jī)主要應(yīng)用于無(wú)機(jī)粉體的干法表面有機(jī)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(fù)合無(wú)機(jī)粉體等。（欲了解更多關(guān)于SLG連續(xù)粉體表面改性機(jī)的信息請(qǐng)?jiān)L問(wèn)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(shè)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(duì)粉體及表面改性劑的分散性、粉體與表面改性劑的作用機(jī)會(huì)均等或均勻性、改性溫度和時(shí)間的可調(diào)性、單位產(chǎn)品能耗與磨耗、粉塵污染、操作簡(jiǎn)便與運(yùn)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(jī)表面改性劑：偶聯(lián)劑、表面活性劑、有機(jī)低聚物、不飽和有機(jī)酸、有機(jī)硅、水溶性高分子等。 4.1 表面改性劑的選擇有如下四個(gè)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(xué)吸附原則，優(yōu)先選擇能與粉體表面進(jìn)行化學(xué)吸附或化學(xué)反應(yīng)的表面改性劑； (3)滿足應(yīng)用技術(shù)要求原則，改性的目的是改善或提高粉體的應(yīng)用性能,滿足用戶(應(yīng)用)的需要； (4)成本最低原則。 4.2 表面改性配方和工藝的設(shè)計(jì)原則 (1)根據(jù)化學(xué)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(shè)計(jì)表面改性劑的用量；
(3)根據(jù)表面改性劑的理化特性設(shè)計(jì)改性劑使用方法及改性工藝條件。 影響有機(jī)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(shè)備。 4.3 改性產(chǎn)品的檢測(cè)與表征 改性產(chǎn)品的檢測(cè)與表征對(duì)于研究開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)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(duì)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(duì)表面改性產(chǎn)品應(yīng)用性能的表征，如填充高聚物基復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱性能、表觀性能等。 一些直接表征方法尚無(wú)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是目前測(cè)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(wèn)題之一。 直接表征方法有：潤(rùn)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(xué)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(xué)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(qiáng)度、耐候性等； 催化劑：催化效率、使用壽命、重復(fù)使用性、耐中毒性等； 膨潤(rùn)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。 |
