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粉體表面改性概述
粉體表面改性的方法很多，分類方法按分析問題的角度不同而異。基于改性工藝性質不同將粉體表面改性方法分為6類，即：表面包覆改性、表面化學改性、機械力化學法改性、膠囊式改性、高能改性、沉淀反應改性。
表面包覆改性是表面改性劑與粒子表面無化學反應，包覆物與粒子間依靠范德華力而連接，該方法幾乎適用于各類無機粒子的表面改性，此方法主要利用無機化合物或有機化合物對粒子進行表面包覆，減弱粒子的團聚作用，而且由于包覆物而產生了空間位阻斥力，使粒子再團聚十分困難。用于包覆改性的改性劑有表面活性劑、超分散劑、無機物等。
表面化學改性通過表面改性劑與顆粒表面進行化學反應或化學吸附的方式完成。機械力化學改性指的是通過粉碎、磨碎、摩擦等機械方法，使礦物晶格結構、晶型等發生變化，體系內能增大，溫度升高，促使粒子溶解、熱分解、產生游離基或離子，增強礦物表面活性，促使礦物和其他物質發生反應或相互附著，達到表面改性目標的改性方法。
沉淀反應法是向含有粉體顆粒的溶液中加入沉淀劑，或者加入可以引發反應體系中沉淀劑生成的物質，使改性離子發生沉淀反應，在顆粒表面析出，從而對顆粒進行包覆。沉淀法主要可分為直接沉淀法、均勻沉淀法、非均勻沉淀法、共沉淀法、水解法等。
膠囊式改性是在粉體顆粒表面上覆蓋均質而且有一定厚度薄膜的一種表面改性方法。高能改性法是利用等離子體或輻射處理等引發聚合反應而實現改性的方法。
表面改性劑的種類很多，目前還沒有形成一個統一的分類標準。根據表面改性劑的化學屬性可以分為有機改性劑和無機改性劑，分別用于粉體的有機表面改性和無機表面改性。表面改性劑有偶聯劑、表面活性劑、聚烯烴低聚合物、無機物改性劑等。
粉體的表面改性一般都有其特定的應用背景或應用領域，在滿足應用技術指標要求或用戶需要的前提下，綜合考慮經濟性、安全性、環保性，盡可能選擇成本較低、安全系數高、環境污染小的表面改性劑。
常見的表面改性劑品種及其應用
表面改性劑對于粉體的表面改性或表面處理具有決定性作用。據中國礦業大學鄭水林教授的歸納，表面改性劑常見品種及應用如下：
表面改性劑名稱：鈦酸酯偶聯劑
品種：單烷氧基型（NDZ-101、JN-9、YB-203、JN-114、YB-201、T1-1、T1-2、T1-3等）；螯合型（YB-301、YB-401、JN-201、YB403、JN-54、YB404、JN-AT、YB405、T2-1、T3-1等）；配位型（KR-41B、KR-46等）
應用：碳酸鈣、碳酸鎂、氧化鎂、氧化鈦、氧化鋅、氧化鐵、滑石、硅灰石、重晶石、氫氧化鋁、氫氧化鎂、葉蠟石等
表面改性劑名稱：硅烷偶聯劑
品種：氨基硅烷（SCA-1113、SCA-1103、SCA-603、SCA-1503、SCA-602、SCA-613等）；環氧基硅烷（KH-560、SCA-403等）；硫基硅烷（KH-590、SCA-903、D-69等）；乙烯基硅烷（SCA-1603、SCA-1613、SCA-1623等）；甲基丙基酰氧基硅烷（SCA-503）；硅烷酯類（SCA-113、SCA-103等）
應用：石英、二氧化硅、玻璃纖維、高嶺土、滑石、硅灰石、氫氧化鋁、氫氧化鎂、云母、葉蠟石、凹凸棒石、海泡石、電氣石等
表面改性劑名稱：鋁酸酯偶聯劑
品種：DL系列：411-A、411-B、411-C、411-D、412-A、412-B、414、481、881、882、452、471、472等；F系列：F-1、F-2、F-3、F-4等；H系列：H-2、H-3、H-4；L系列：L-1A、L-1B、L-IH、L-2、L-3A
應用：碳酸鈣、碳酸鎂、高嶺土、滑石、硅灰石、氧化鐵、重晶石、氫氧化鋁、氫氧化鎂、粉煤灰、石膏粉、云母、葉蠟石等
表面改性劑名稱：鋁鈦復合偶聯劑
品種：FT-1、FT-2
應用：滑石、硅灰石、氧化鐵、高嶺土、海泡石、云母、葉蠟石等
表面改性劑名稱：陰離子表面活性劑
品種：硬脂酸（鹽）、磺酸鹽及其酯、高級磷酸酯鹽
應用：輕質碳酸鈣、重質碳酸鈣、硅灰石、膨潤土、高嶺土、氫氧化鎂、滑石、葉蠟石等
表面改性劑名稱：陽離子表面活性劑
品種：高級胺鹽（伯胺、仲胺、叔胺及季銨鹽）
應用：輕質碳酸鈣、重質碳酸鈣、硅灰石、膨潤土、高嶺土、氫氧化鎂、滑石、葉蠟石等
表面改性劑名稱：非離子表面活性劑
品種：聚乙二醇型、多元醇型
應用：輕質碳酸鈣、重質碳酸鈣、硅灰石、膨潤土、高嶺土、氫氧化鎂、滑石、葉蠟石等
表面改性劑名稱：水溶性高分子
品種：聚丙烯酸（鹽）、聚丙烯酸（鹽）及其共聚物、聚乙烯醇、聚馬來酸等
應用：碳酸鈣、磷酸鈣、硅灰石、滑石、鐵紅、顏料等
表面改性劑名稱：有機硅
品種：二甲基硅油、甲基硅油、羥基硅油、含氫硅油等
應用：二氧化硅、高嶺土、顏料等
表面改性劑名稱：有機低聚物
品種：無規聚丙烯、聚乙烯蠟、環氧樹脂等
應用：二氧化硅、云母、碳酸鈣等
表面改性劑名稱：不飽和有機酸
品種：丙烯酸、甲基丙烯酸、定烯酸、馬來酸、肉桂酸、衣糠酸、山梨酸、氯丙烯酸等
應用：長石、陶土、紅泥、氫氧化鋁、二氧化硅等
表面改性劑名稱：無機表面改性劑
品種：鈦鹽、鉻鹽、鐵鹽、硅酸鹽、鋁鹽、鎂鹽、鋯鹽、鋅鹽、鎘鹽等
應用：云母、高嶺土、滑石、鈦白粉、氧化鋁、氧化鎂、顏料等
表面改性劑配方至關重要
粉體的表面改性在很大程度上是通過表面改性劑在粉體表面的作用來實現的。因此，表面改性劑的配方（品種、用量和用法）對粉體表面的改性效果和改性后產品的應用性能有重要影響。表面改性劑配方的針對性很強，即具有“一把鑰匙開一把鎖”的特點。表面改性劑的配方包括選擇品種、確定用量和用法等內容。
表面改性劑的品種
選擇表面改性劑品種的主要考慮因素是粉體原料的性質、產品的用途或應用領域以及工藝、價格和環保等因素。
表面改性劑的用量
理論上在顆粒表面達到單分子層吸附所需的用量為最佳用量，該用量與粉體原料的比表面積和表面改性劑分子的截面積有關，但這一用量不一定是100%覆蓋時的表面改性劑用量，對于無機表面包覆改性，不同的包覆率和包膜層厚度可能表現出不同的特性，如顏色、光澤等。因此，實際最佳用量的確定還是要通過改性試驗和應用性能試驗來確定，這是因為表面改性劑的用量不僅與表面改性時表面改性劑的分散和包覆的均勻性有關，還與應用體系對粉體原料的表面性質和技術指標的具體要求有關。
表面改性劑的使用方法
好的使用方法可以提高表面改性劑的分散程度和粉體的表面改性效果，反之，使用方法不當就可能使表面改性劑的用量增加，改性效果達不到預期目的。表面改性劑的用法包括配制、分散和添加方法以及使用二種以上表面改性劑時加藥順序。
針對粉體表面改性劑到底應該怎樣選、怎樣用這一重要問題，2024年8月在安徽合肥召開的2024第五屆粉體表面改性及包覆技術高級研修班，將特邀業內專家與企業研發生產人員面對面交流探討，敬請關注。
參考來源：
[1]表面改性強化石墨礦摩擦電選預富集的試驗研究，郭成靜，中國礦業大學
[2]粉體表面改性技術進展，鄭水林，中國礦業大學（北京）
[3]影響粉體表面改性效果的主要因素，鄭水林，中國礦業大學（北京）
（中國粉體網編輯整理/平安）
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