郑水林教授谈非金属矿物填料表面有机改性方法、工艺、设备的选择原则
发布时间：2016/12/02 点击量：
郑水林教授在第十五届全国非金属矿加工利用技术交流会上做报告
本文根据中国矿业大学（北京）郑水林教授在第十五届全国非金属矿加工利用技术交流会上的报告整理而成。
1. 表面有机改性的目的增强非金属矿物填料与基料或树脂的作用，赋予或优化复合材料的某种功能，提高填充材料的综合性能；提高填料/颜料在基料中的分散性和填充复合工艺性能。 改性产品的应用领域主要有有机/无机复合材料(塑料、橡胶等）、油漆、涂料无机/无机复合材料等。 2. 表面有机改性的方法与工艺 2.1 有机表面改性的方法： 根据所用有机表面改性剂的种类，表面有机改性方法可分为： 偶联剂改性/表面活性剂改性/聚合物改性/不饱和有机酸改性/水溶性高分子改性等。 表面改性方法选择的依据是粉体表面改性的目的、粉体的特性、表面改性剂的性质、 2.2 有机表面改性的工艺 无机粉体有机改性方法分为干法、湿法和复合工艺三种： 干法工艺指将粉体在干态下或干燥后在改性设备中进行机械分散，同时添加配置好的表面改性剂在一定温度下进行表面改性的工艺。干法改性工艺简单、适用于各种有机表面改性剂，特别是非水溶性的各种表面改性剂的物理或化学包覆改性。 湿法工艺是指在一定固液比的浆料中添加配置好的表面改性剂，在机械搅拌分散和一定温度条件下进行表面改性的工艺。适用于各种可水溶/水解的有机表面改性剂、无机表面改性剂(沉淀反应包覆改性)。 湿法工艺具有表面改性剂分散较好、表面包覆较均匀等特点，但要后续干燥作业，因此，适用于前段为湿式制粉作业而后又需要干燥的场合。 复合工艺（粉碎与表面改性合二为一）：通过在机械粉碎过程中添加表面改性剂在粒度减下的同时对粉体颗粒进行表面改性。 优点:可以简化工艺，某些表面改性剂可在一定程度上提高粉碎效率。 缺点:温度难以控制，局部的过高温升可能破坏改性剂的分子结构。此外，由于粉碎过程中颗粒不断被粉碎、产生新表面，颗粒包覆不够均匀。因此，要注意设计好改性剂加入点和加入方式。 有机表面改性工艺的选择依据是改性方法、改性产品的技术指标要求、粉体的前段制备工艺、表面改性剂的品种、性质和用法。 3. 表面有机改性设备 表面改性设备可分为两大类：一是从化工、塑料、粉碎、分散等行业中引用过来的，如干法表面改性用的高速加热混合机、冲击式粉体表面改性机、卧式加热混合机、以及湿法表面改性用的反应釜、可控温反应罐；二是专用粉体表面改性设备，主要有SLG型连续式粉体表面改性机和PSC型连续式粉体表面改性机，等等。 根据生产方式可分为：连续式粉体表面改性机和间歇式粉体表面改性机。   
SLG连续粉体表面改性机主要应用于无机粉体的干法表面有机包覆改性与纳米粉体的分散解聚，包括轻质碳酸钙、重质碳酸钙、纳米碳酸钙、高岭土、煅烧高岭土、滑石、叶腊石粉、水镁石粉、氢氧化镁、氢氧化铝、绢云母粉、重晶石粉、纳米氧化锌以及复合无机粉体等。（欲了解更多关于SLG连续粉体表面改性机的信息请访问江阴启泰非金属工程有限公司网站（http://www.qtgx.com）
表面改性设备的选择依据和原则： 选择依据： 表面改性方法和工艺； 选择原则：对粉体及表面改性剂的分散性、粉体与表面改性剂的作用机会均等或均匀性、改性温度和时间的可调性、单位产品能耗与磨耗、粉尘污染、操作简便与运行平稳性、单位产品的投资与生产成本。 4. 表面改性剂 非金属矿物粉体常用的有机表面改性剂：偶联剂、表面活性剂、有机低聚物、不饱和有机酸、有机硅、水溶性高分子等。 4.1 表面改性剂的选择有如下四个原则： (1)与基料相似相容（亲合）原则，依基料的种类和性质选择表面改性剂； (2)化学吸附原则，优先选择能与粉体表面进行化学吸附或化学反应的表面改性剂； (3)满足应用技术要求原则，改性的目的是改善或提高粉体的应用性能,满足用户(应用)的需要； (4)成本最低原则。 4.2 表面改性配方和工艺的设计原则 (1)根据化学吸附原则和粉体与聚合物相容原则选择表面改性剂种类；
(2)根据粉体的比表面积设计表面改性剂的用量；
(3)根据表面改性剂的理化特性设计改性剂使用方法及改性工艺条件。 影响有机改性效果的主要因素粉体的表面性质、表面改性剂配方、表面改性工艺、表面改性设备。 4.3 改性产品的检测与表征 改性产品的检测与表征对于研究开发和生产应用是必不可少和至关重要的。目前的表征方法分为直接表征和间接表征两种。直接表征是对表面改性后产品表面活性和颗粒结构特性的表征；间接表征是对表面改性产品应用性能的表征，如填充高聚物基复合材料的力学性能、热性能、表观性能等。 一些直接表征方法尚无国家标准是目前测试表征方法存在不规范性和权威性不足的主要原因，也是亟待解决的问题之一。 直接表征方法有：润湿接触角、活化指数、溶液中的分散稳定性、吸附类型和吸附量、吸油量、黏度、物相与化学成分、粒度大小、粒度分布与颗粒形貌。 间接表征方法有： 塑料、橡胶填料：填充材料的力学性能、热性能、表观性、可加工性（工艺性）、抗老化性能等； 油漆/涂料的填料和颜料：分散稳定性、遮盖力、着色力、涂膜颜色均匀性、强度、耐候性等； 催化剂：催化效率、使用寿命、重复使用性、耐中毒性等； 膨润土插层改性材料：在非极性溶剂中的流变特性、黏度、分散稳定性等。 |
