表面改性

专业术语

表面改性就是指在保持材料或制品原性能的前提下，赋予其表面新的性能，如亲水性、生物相容性、抗静电性能、染色性能等。表面改性的方法有很多报道，大体上可以归结为:表面化学反应法、表面接枝法、表面复合化法等。

表面改性工艺

1、物理涂覆：是利用高聚物或树脂等对材料表面进行处理以达到填料表面改性的工艺。

2、化学包覆：是利用有机物分子中的官能团与填料表面发生化学反应，对粉体颗粒表面进行包覆，使颗粒表面改性的方法。

3、沉淀反应：是通过无机化合物在颗粒表面沉淀反应，在颗粒表面形成一层和多层包覆膜，以改善粉体表面性质。

4、机械力化学：是利用超细粉碎或强烈机械作用有目的地对粉体表面进行激活，在一定程度上改变颗粒的晶体结构、溶解性能、化学吸附和反应活性等，从而达到粉体表面改性的目的。

5、插层改性：是指利用层状结构的粉体颗粒晶体层之间结合力较弱和存在可交换阳离子等特性，通过离子交换或化学反应改变粉体的层间和界面性质的改性方法。

表面改性方法

表面改性方法很多。能够改变粉体表面或界面物理化学性质的方法，如表面有机包覆、液相化学沉淀包覆、气相物理沉积，机械力化学、层状结构粉体插层等都可称为表面改性方法。二十一世纪初工业上无机粉体表面改性常用的方法主要有表面有机包覆、沉淀反应包覆、机械力化学及复合法等。

表面有机包覆改性是最常用的无机粉体表面改性方法。这是一种利用有机表面改性剂分子中的官能团在颗粒表面吸附或化学反应对颗粒表面进行改性的方法。所用表面改性剂主要有偶联剂(硅烷、钛酸酯、铝酸酯、锆铝酸酯、有机络合物、磷酸酯等)、高级脂肪酸及其盐、高级胺盐、硅油或硅树脂、有机低聚物及不饱和有机酸、水溶性高分子等。

沉淀反应包覆是利用化学沉淀反应将表面改性物沉淀包覆在被改性颗粒表面，是一种“无机/无机包覆”或“无机纳米/微米粉体包覆”的粉体表面改性方法或粒子表面修饰方法。粉体表面包覆纳米TiO2、ZnO、CaCO3等无机物的改性，就是通过沉淀反应实现的，如云母粉表面包覆TiO2制备珠光云母；钛白粉表面包覆SiO2和Al2O3以及硅藻土和煅烧高岭土表面包覆纳米TiO2和ZnO；硅灰石粉体表面包覆纳米碳酸钙和纳米硅酸铝。

机械力化学改性是利用粉体超细粉碎及其它强烈机械力作用有目的地激活颗粒表面，使其结构复杂或表面无定形化，增强它与有机物或其他无机物的反应活性。机械化学作用可以提高颗粒表面的吸附和反应活性，增强其与有机基质或有机表面改性剂的使用。以机械力化学原理为基础发展起来的机械融合技术，是一种对无机颗粒进行复合处理或表面改性，如表面复合、包覆、分散的方法。

插层改性是指利用层状结构的粉体颗粒晶体层之间结合力较弱(如分子键或范德华键)或存在可交换阳离子等特性,通过离子交换反应或特性吸附改变粉体性质的方法。因此，用于插层改性的粉体一般来说具有层状晶体结构，如石墨、蒙脱土、蛭石、高岭土等。

复合改性是指综合采用多种方法（物理、化学和机械等）改变颗粒的表面性质以满足应用的需要的改性方法。应用的复合改性方法主要有有机物理/化学包覆、机械力化学/有机包覆、无机沉淀反应/有机包覆等。

表面改性设备

表面改性设备可分为干法和湿法两类。非金属矿粉常用的干法表面改性设备是SLG型连续粉体表面改性机，高速加热混合机，涡流磨及PSC型粉体表面改性机等。常见的湿法表面改性设备为可控温反应罐和反应釜。

研究内容

原理和方法

改性原理和方法是粉体表面改性的基础。主要包括：

①根据颗粒表面性质和改性后粉体的应用环境对表面改性剂的选择和设计，以及颗粒表面、界面性质与应用性能的关系；

②颗粒表面或界面与表面改性剂的作用机理，如吸附或化学反应的类型，作用力或键合力的强弱，热力学性质的变化等，进而建立改性剂在颗粒表面的作用模型；③表面改性方法的基本原理或理论基础。

表面改性剂

从表面改性的涵义和目标可以看出，在以化学助剂为改性剂的粉体表面改性中，表面改性剂在颗粒表面的作用是颗粒表面、界面性质以及粉体应用特性发生改变的基础。因此，表面改性剂的选用十分重要。表面改性剂的研究内容涉及种类、结构、功能及其与各种颗粒表面基团的作用机理或作用模型等，包括表面改性剂的分子结构、分子量、有机烃链长度、活性基团与改性产物性能之间的关系，改性剂用量、使用方法及新型、特效表面改性剂的设计与合成技术等。

改性工艺与设备

表面改性设备是完成粉体表面改性的保障，改性工艺则是依托改性设备，并按照改性方法和改性剂等条件实现改性目标的重要环节。涉及表面改性工艺与设备的主要研究内容包括：改性工艺流程和T艺条件、设备类型与操作条件、影响因素以及表面改性工艺与设备的有机联系等。

表面改性过程的控制与产品检测技术

这一研究领域涉及表面改性过程中各操作因素（如温度、浓度、酸度、时间、改性剂用量）和结果因素（改性物表面包覆量、包覆率或包膜厚度）等参数的调控与监控技术，包括改性产物的湿润性、分散性、粒度分布特性、表面形貌、表面能、表面改性剂的吸附或反应类型、表面包覆量、包覆率、包膜厚度、表面包覆层的化学组成、晶体结构、电性能、光性能、热性能等的检测方法等，也包括建立控制参数与指标之间的对应关系，以及过程的计算机仿真和自动控制等。

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