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1、用要求，且力学性能基本不降。 参考文献l生瑜章文贡，兰明荣。大品种树脂PVC用新型无毒、低烟阻燃母(粉)料技术鉴定会文件，19992 82兰明荣生瑜，章文贡PVC阻燃与抑烟中国塑料，1998，12(213周亨近阻燃技术的现状和发展。国外塑料，1995 3致谢；本课题得到福建南平康达电缆有限公司林礼铭、张招菊二位工程师的大力支持和帮助，特在此表示衷心 的感谢l粉体表面改性刘伯元 (中国塑料加工协会改性塑料专业 委员会 中国非金属工业协会碳酸钙专业委员会，合肥230001)薹蛳体的表面改性t也称寰面处理，英文称；8urfaoe_dificati或surfe treatment。根据需 要t对粉体的
2、表面特性进行物理、化学、机械等深加工的处理使粉体的寰面榴理化学性质，诸如体结构和官能 团、衰孽能、寰面润滢性、电性、衰面吸附和反应特性等等发生变化，能满足现代新材料、新工艺和新技术发晨的要求。，表面改性是粉体t要的深加工技术之一。本文阐述了寰面改性的目的和作用、基本的工艺技术手段、表面改 性的方法、原理以及纳米粉体材料、偶联剂、助偶联剂系统和有机包覆三元共混体系等粉体囊面改性技术在中国的 量新进展。关键词粉体工业填料深加工技术表面改性1 1概述 粉体表面改性是根据需要，对粉体的表面特性进行物理、化学、机械等深加工处理，使粉体的表面物理化学性质，诸如晶体结构和官能团、表面能、表面润湿性、电性、表
3、面吸附和反应特性等 等发生变化，能够满足现代新材料，新工艺和新技术发展的要求。表面改性为改善粉体的性能，提高其使用价值和开拓应用领域的发展具有重要的实际意义。因 此表面改性是粉体最重要的深加工技术之一。12粉体表面改性的目的 1、在塑料、橡胶、胶粘剂等高分子材料工业及复合材料领域，粉体特别是无机矿物填 料占有 很重要的地位。这些材料，如碳酸钙、炭黑、白炭黑、高岭土、滑石、石英、云母、硅灰石、 玻纤、 工业废渣等，不仅可以降低复合材料的成本，还能给复合材料以功能性特性如提高材料的刚 性、 硬度、尺寸稳定性、耐磨性、熔点以及赋于材料等些特殊的物理化学性能，如耐腐蚀性，阻燃 性 和绝缘性等。但由于粉
4、体材料与高分子材料基材之间存在巨大差异，主要为：A、粉体在高分子 材 料中难以分散。B、粉体表面呈亲水性，高分子聚合物表面呈亲油性，这种油水不相容的现象将 阻 碍两者的结合，粉体与高分子材料存在明显的界面，力学性能差。c、粉体与高分子材料热膨胀 系 数不同，二者相差十几倍到上百倍。当外界温度反复变化等因热膨系数不同产生应力，导致复合 材 料破坏。基于上述原因，除对粉体有一定的粒度和粒度分布要求外，还必须对粉体进行表面改性，一90以改善其表面物理化学特性，增强粉体与高分子材料的相容性，提高分散性，改善其界面性质。以 达到提高复合材料的机械力学性能和综合性能。2、在涂料中，提高涂料或油漆中颜料(粉
5、体)的分散性并改善涂料的光泽，着色力， 遮盖力、 悬浮力和耐候性，耐热性，保光性，保色性等是粉体表面改性的第二个B的。涂料的着色 颜料和体 质颜料，如钛白粉，锌钡白，碳酸钙，重晶石，石英。滑石，云母，高岭土。硅灰石，铁 红，铁黄。 石墨等无机粉体，为了提高其在有机质油漆涂料中的分散性，必需要对其进行表面改性。 在新发展 的具有电、磁、声、光、热、防腐蚀、防辐射，特种装饰等功能的所谓特种涂料中的填料 和颜料 不仅要求粒度超细，而且要求对其进行表面处理。 3、当今许多高附加值产品，要求有良好的光学效应或视觉效果，使制品更富色彩。就 需要对 粉体进行表面处理，如云母粉经氧化钛处理后表面可镀上一层氧化
6、物薄膜。由于折射率的提 高和薄 膜的存在，增强了入射光通过透明或半透明薄膜在不同深度的各层面反射，从而产生珠光效 果。改 性云母粉用于化妆品，涂料、塑料中，因珠光效果大大提高了产品的档次。又如将二氧化钛 通过沉 积反应镀膜的方式涂覆在白色颜料如碳酸钙、高岭土、滑石上面生产出优质的钛白粉代替品。4、造纸工业中，用改变颗粒表面电荷性质，增加其与带相反电荷的纤维结合强度，从 而提高纸张强度和造纸过程中填料的留着率是造纸用粉体表面改性处理的主要目的。5、为保护环境和健康，对有害物质粉体如石棉用无害的化学物质包覆改性可消除污 染。另外 对石英砂进行表面涂覆改性可提高其在精密铸造和油井钻探时使用的粘结性能
7、。对珍珠岩 粉体进行 表面涂覆可提高其在潮湿环境下的保温性能。对膨润土进行阳离子覆盖改性可提高在弱极 性或非极 性溶剂中的膨胀，吸附触变等性能。13塑料、橡胶等高分子材料中粉体表面改性的作用 l、分散作用： 由于粉体间普遍存在着范德华力和库仑力，粉体的细化过程实质上是以粒子的内 部结合力不断被破坏，体系总能量不断增加的过程。因此从热力学角度来看，粉体有自发凝聚的倾向，而且颗粒 越细小，团聚越严重。因此如何使团聚体解聚，使颗粒均匀分散成为首要问题。研究表明，影响粉 体分散的主要原因是：A、液桥力：当粉体受潮时，此力最大；B、范德华力：当粉体间距离为50rim 时，此力就起作用：C、静电力：不同电
8、荷吸B1力是粉体团聚的第三大因素。对于粉体在高分子材 料中的分散，一是常温下的分散混合，二是熔融状态下的分散混合，这两个过程都要求做到分散均 匀。由于表面改性是依靠改性剂在粉体表面进行吸附，反应，包覆或成膜来实现的表面改性，它可 以降低粉体表面能。因而表面改性起到的第一作用是使粉体在高分子材料中得到迅速、均匀的分散。 此时表面改性剂也起到分散剂的作用。 2、降粘作用： 粉体进入高分子材料中，在熔融状态下会形成在商分子介质中的悬浮体，如何制 成高稳定性，低粘度的悬浮体系尤为重要。试验表明，当粉体进入高分子介质中，会使体系粘度急剐上升，当粉 体添加量增加时，粘度上升极大粉体加入重达到一定份量时，体
9、系会承受不了，将粉体“吐出”。 我们采用液体石腊来模拟熔融状态的合成树脂。试验表明，当熏钙、轻钙、高蛉土、滑石等粉体加 入到液体石腊中，当添加份量与液体石腊质量比达到30：60，60：60时体系粘度达到极大值达刘100以上。此时添加的粉体会“吐出”。当使用表面改性剂对粉体进行表面改性后，体系粘度会降 到o405(Pas)，0 270，0575，O 39和108。不同的改性剂降粘效果有差异。见表l。一9l一表1 铝酸偶联剂处理各种无机填料、颜料的降粘效果顶 偶联剂 液体石蜡与 DL-411-A添加 填料液体石添加偶联剂后体鳝辫1001 400 粉煤灰 60：140 046100 l 560 二氧
10、化硅粉 60：90 O 82 1000255玻璃粉 60：100 0喘 100 0640 硫酸钡 60：70 0 54 100 O 190 石膏粉 60：80 098100 0250 炼铝红泥(末洗)60：80 151002000 钛白粉 60：50 065 100O 820 氧化 锌 60：40 1 6 100 0 325 三水 合氧化铝 60：90 065100l 700 氧化铝 60：30 l100l 120 硅藻 士 60：30 l 2 100 1 100 磷酸钙 60：40 1 9 100 0 940 立德粉 60：60 13 100 0 380 铁红 60：80 l 4 100 0
11、210膨润土 60：70 1撕 100 0800 硅灰石粉 60：30 02 100 0450 云母粉 60：30 l 100 0250 叶蜡石粉 60：40 l 100 O665 海泡石粉 60：30 1 2 100 09603、增填作用； 经表面改性处理后的粉体在有机分散介质中的填充量可以大幅度提高。不同的改 性剂对提高幅度的影响有所不同，但均显著高于未处理的粉体。图l说明，未加处理轻钙其添加比例最大只为 04，而表面处理后的轻钙的添加量可以达到0 8、1，甚至达到1 2。4、界面力学作用： 粉体不加处理加入到高分子材料中去，填料与聚合物之问存在明显的界面， 如同在基体树脂中 存在许多空洞
12、，在外力作用下能承受外力的有效截面积减小，填充材料的力学性能变差。 经过表面改性后的粉体加入到高分子中去会有着良好的结合，首先是粉体被浸润，液态树脂对 粉体良好的没润产生物理吸附。然后是改性剂的化学键将有机体和粉体通过改性剂的非极性基团深 入到基体内部或形成化学链，从而形成界面缓冲层。图2是偶联缠结模型。通过表面改性使粉体填料与基体树脂之间形成的良好界面结合，可以大大提高复合材料的机械 力学性能。 值得指出的，并不是所有的高分子材料使用同一种改性剂都能得到界面的力学性能，例 如硬脂酸对大多数高分子材料来说，均不能提高其力学性能，而要区别对待。针对不同高分子材料能够提 供良好力学性能的改性剂大致
13、有下述三大类：A、橡胶中的粉体填料，一般表面改性使用硅烷偶联 剂：B、聚烯烃类，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯中的粉体填料，一般表面改性使用钛酸酯偶联剂 或铝酸酯偶联剂；C、聚氯乙烯树脂可以使用硬酯酸作改性剂。一92碗隧钙与藏体石簟质量之比圈一l磷酸钙液体石螬体系粘度 与破酸钙填充粮关系 l耒臣任f呵处殪轻曩碟秀 踔2 T柚蜘嘿溪包疆处理轻删嘲I寿 钵I瓤一ll-处i陋厦l啊睛 “l崤啦拍儡膏晴雌建轻盎硪隧璐llrmL-4,61处理轻魔黼正是由于表面改性所起到的如此巨大的作用，使得粉体的表面改性成为材料学研究和高分子材 料及复合材料产业中的重要技术手段。 咚。黑是n =皋=： ,ff帆曩古鞠n14
14、粉体表面改性技术研究内容 粉体表面改性技术与许多学科，如粉体工程、表面物理化学、 胶体化学、无机化学、高分子化学、无机非金属材料、高分子材料、复合材料、结晶学、化学工程、矿物加工工程、光学、电学、 磁学、现代仪器分析与测试技术等学科紧密相连。其研究内容包括以下四个方面； 1、粉体表面改性原理和理论 粉体表面改性的原理及相关理论是表面改性技术的基础。它涉及 到粉体的表面性质，粉体的表面与表面改性荆作用机理，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 等等。值得指出的是中国科学家提出的界面理论已经成为指导中国粉体表面改性技术的理论，并使 之位列国际先进水平。一93一2、表面改性剂 通常，粉体的表面改性是依靠各种有机或无机化学物质即表面改性剂来实现的。因此可以说表面改性剂是表面改性的关键。此外实际应用领域不同，牵涉到的表面改性剂也不同。因而 对各种类型的表面改性剂的种类，结构，性能或功能以及其分子结构，分子量大小，烃链长度，官 能团或活性基团等功能性特征，作用机理或作用模型的了解与掌握更是指导表面改性剂的用法和用 量的基础。 3、表面改性工艺与设备 工艺和设备是最终实现按应
