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一文了解粉体表面改性剂种类、适用对象、选择原则及用法
来源:中国粉体技术网    更新时间:2021-03-12 17:20:41    浏览次数:
 
  粉体的表面改性主要是依靠表面改性剂在粉体颗粒表面的吸附、反应、包覆或包膜来实现的。因此,表面改性剂对于粉体的表面改性或表面处理具有决定性的作用。
  
  1、粉体表面改性剂的种类及适用对象
  
  目前,市场上常用的表面改性剂主要有偶联剂、表面活性剂、有机低聚物、不饱和有机酸、有机硅、水溶性高分子以及金属氧化物及醇盐。
  
  (1)硅烷偶联剂
  
  品种:氨基硅烷(SCA-1113、SCA-1103、SCA-603、SCA-1503、SCA-602、SCA-613等);环氧基硅烷(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);硅烷酯类(SCA-113、SCA-103等)。
  适用对象:石英、二氧化硅、玻璃纤维、高岭土、滑石、硅灰石、氢氧化铝、氢氧化镁、云母、叶蜡石、凹凸棒石、海泡石、电气石等。
  
  (2)钛酸酯偶联剂
  品种:单烷氧基型(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)。
  适用对象:碳酸钙、碳酸镁、氧化镁、氧化钛、氧化铁、滑石、硅灰石、重晶石、氢氧化铝、氢氧化镁、叶腊石等。
  
  (3)铝酸酯偶联剂
  品种: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-1H、L-2、L-3A。
  适用对象:碳酸钙、碳酸镁、高岭土、滑石、硅灰石、氧化铁、重晶石、氢氧化铝、氢氧化镁、粉煤灰、石膏粉、云母、叶蜡石等。
  
  (4)铝钛复合偶联剂
  品种:FT-1、FT–2。
  适用对象:滑石、硅灰石、氧化铁、高岭土、高岭土、海泡石、云母、叶蜡石等
  
  (5)阴离子表面活性剂
  品种:硬脂酸(盐)、磺酸盐及其脂、高级磷酸酯盐。
  适用对象:轻质碳酸钙、重质碳酸钙、硅灰石、膨润土、高岭土、氢氧化镁、滑石、叶蜡石等。
  
  (6)阳离子表面活性剂
  品种:高级胺盐(伯胺、仲胺、叔胺及季铵盐)。
  适用对象:轻质碳酸钙、重质碳酸钙、硅灰石、膨润土、高岭土、氢氧化镁、滑石、叶蜡石等。
  
  (7)非离子表面活性剂
  品种:聚乙二醇型、多元醇型。
  适用对象:轻质碳酸钙、重质碳酸钙、硅灰石、膨润土、高岭土、氢氧化镁、滑石、叶蜡石等。
  
  (8)水溶性高分子
  品种:聚丙烯酸(盐)、聚丙烯酸(盐)及其共聚物、聚乙烯醇、聚马来酸等。
  适用对象:碳酸钙、磷酸钙、硅灰石、滑石、铁红、颜料等。
  
  (9)有机硅
  品种:二甲基硅油、甲基硅油、羟基硅油、含氢硅油等。
  适用对象:二氧化硅、高岭土、颜料等。
  
  (10)有机低聚物
  品种:无规聚丙烯、聚乙烯蜡、环氧树脂等。
  适用对象:二氧化硅、云母、碳酸钙等。
  
  (11)不饱和有机酸
  品种:丙烯酸、甲基丙烯酸、定烯酸、马来酸、肉桂酸、衣康酸、山梨酸、氯丙烯酸等。
  适用对象:长石、陶土、红泥、氢氧化铝、二氧化硅等。
  
  (12)无机表面改性剂
  品种:钛盐、铬盐、铁盐、硅酸盐、铝盐、镁盐、锆盐、锌盐、镉盐等。
  适用对象:云母、高岭石、滑石、钛白粉、氧化铝、氧化镁、颜料等。
  
  2、粉体表面改性剂的选择原则
  
  表面改性剂种类繁多,且配方(品种、用量和用法)具有针对性很强,即具有一把钥匙开一把锁的特点。因此,在选择表面改性剂时,应综合考虑以下因素:
  (1)产品的用途
  
  这是选择表面改性剂品种最重要的考虑因素,因为不同的应用领域对粉体应用性能的技术要求不同,如表面润湿性、分散性、pH值、电性、耐候性、光泽、抗菌性等,这就是要根据用途来选择表面改性剂品种的原因之一。
  
  (2)改性工艺
  
  改性工艺也是选择表面改性剂品种的重要考虑因素之一。目前的表面改性工艺主要采用干法和湿法两种。
  
  此外,选择表面改性剂品种时还要考虑应用时的工艺因素,如温度、压力以及环境因素等。所有的有机表面改性剂都会在一定的温度下分解,如硅烷偶联剂的沸点依品种不同在100-310℃之间变化。因此,所选择的表面改性剂的分解温度或沸点最好高于应用时的加工温度。
  
  (3)价格
  
  在满足应用性能要求或应用性能优化的前提下,尽量选用价格较便宜的表面改性剂,以降低表面改性的成本。
  
  (4)环境
  
  最后,要注意选择不对环境造成污染的表面改性剂。
  
  3、粉体表面改性剂的用法
  
  一些客户,多方筛选确定了粉体表面改性剂的种类,但在实际生产过程中,改性效果却不是很理想,这其中,往往与表面改性剂的使用方法有关。
  
  表面改性剂的使用主要包括:用量、配制、分散、添加方法以及使用两种以上表面改性剂时的加药顺序。
  
  (1)用量
  
  理论上在颗粒表面达到单分子层吸附所需的用量为最佳用量,该用量与粉体原料的比表面积和表面改性剂分子的截面积有关,但这一用量不一定是100%覆盖时的表面改性剂用量,实际最佳用量要通过改性试验和应用性能试验来确定,这是因为表面改性剂的用量不仅与表面改性时表面改性剂的分散和包覆的均匀性有关,还与应用体系对粉体原料的表面性质和技术指标的具体要求有关。
  
  对于湿法改性,表面改性剂在粉体表面的实际包覆量不一定等于表面改性剂的用量,因为总是有一部分表面改性剂未能与粉体颗粒作用,在过滤时被流失掉了。因此,实际用量要大于达到单分了层吸附所需的用量。
  
  进行化学包覆改性时,表面改性剂的用量与包覆率存在一定的对应关系,一般来说,在开始时,随着用量的增加,粉体表面包覆量提高较快,但随后增势趋缓,至一定用量后,表面包覆量不再增加。因此,用量过多是不必要的,从经济角度来说用量过多增加了生产成本。
  
  (2)配制方法
  
  不同的表面改性剂需要不同的配制方法,例如:
  对于部分硅烷偶联剂,与粉体表面起键合作用的是硅醇,因此,要达到好的改性效果(化学吸附)最好在添加前进行水解。
  对于使用前需要稀释和溶解的其他有机表面改性剂,如钛酸酯、铝酸酯、硬脂酸等要采用相应的有机溶剂,如无水乙醇、异丙醇、甘油、甲苯、乙醚、丙酮等进行稀释和溶解。
  对于在湿法改性工艺中使用的硬脂酸、钛酸酯、铝酸酯等不能直接溶于水的有机表面改性剂,要预先将其皂化、铵化或乳化为能溶于水的产物。
  
  (3)添加方法
  
  添加表面改性剂的最好方法是使表面改性剂与粉体均匀和充分地接触,以达到表面改性剂的高度分散和表面改性剂在粒子表面的均匀包覆。因此,最好采用与粉体给料速度连动的连续喷雾或滴(添)加方式,当然只有采用连续式的粉体表面改性机才能做到连续添加表面改性剂。
  
  (4)添加顺序
  由于粉体表面,尤其是无机填料或颜料表面性质的不均一性,有时混合使用表面改性剂较使用单一表面改性剂的效果要好。例如,联合使用钛酸酯偶联剂和硬脂酸对碳酸钙进行表面改性,不仅可以提高表面处理效果,而且还可减少钛酸酯偶联剂的用量,降低生产成本。
  
  但是,在选用两种以上的表面改性剂对粉体进行处理时,加药顺序对最终表面改性效果有一定影响。
  
  在确定表面改性剂的添加顺序时,首先要分析两种表面改性剂各自所起的作用和与粉体表面的作用方式(是物理吸附为主还是化学吸附为主)。一般来说先加起主要作用和以化学吸附为主的表面改性剂,后加起次要作用和以物理吸附为主的表面改性剂,但最终要通过应用试验来确定。
  
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