目前,表面改性的方法很多,分類(lèi)方法依分析問(wèn)題的角度不同而異。粉體表面改性方法分為6類(lèi),即:表面包覆改性、表面化學(xué)改性、機(jī)械力化學(xué)法改性、膠囊式改性、高能改性、沉淀反應(yīng)改性。中國(guó)粉體網(wǎng)編輯對(duì)以上6種改性方面進(jìn)行了梳理如下。
一、表面包覆改性
表面包覆改性是表面改性劑與粒子表面無(wú)化學(xué)反應(yīng), 包覆物與粒子間依靠物理方法或范德華力而連接, 該方法幾乎適用于各類(lèi)無(wú)機(jī)粒子的表面改性。此方法主要利用無(wú)機(jī)化合物或有機(jī)化合物對(duì)粒子進(jìn)行表面包覆, 減弱粒子的團(tuán)聚作用, 而且由于包覆物而產(chǎn)生了空間位阻斥力, 使粒子再團(tuán)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(wú)機(jī)物等。
趙海燕等以酒石酸作為表面活性劑, 研究對(duì)SiC料漿流動(dòng)性能的影響。結(jié)果表明:酒石酸的用量對(duì)碳化硅粉體表面活性的影響有很大程度的差別。一般情況下,酒石酸在用量為0.05% 時(shí),對(duì)碳化硅表面改性作用最好。胡圣飛等使用聚酯超分散劑改性納米碳酸鈣并用增塑劑的糊粘度來(lái)表征填料納米碳酸鈣在樹(shù)脂中的流動(dòng)性和分散性的好壞, 體系的粘度越小則改性效果越好, 經(jīng)改性的納米碳酸鈣的糊粘度大幅度降低。陳飛躍等用超分散劑對(duì)炭黑進(jìn)行改性, 結(jié)果表明, 超分散劑的加入明顯改善了體系的分散性能, 在最佳分散劑含量下,體系具有高流動(dòng)度、低粘度、小觸變性等性質(zhì)。岳林海等在碳酸鈣表面包覆無(wú)機(jī)二氧化硅層, 可使其在一定程度上具有二氧化硅的性質(zhì), 表面光滑度、白度、耐酸性、分散性、比表面積等都有較大的提高, 能大大改善碳酸鈣的應(yīng)用性能。Prabhakaran 等研究了氫氧化鋁包覆SiC 粉體的表面改性。在鋁的覆蓋率為0.1mg /m2 時(shí),SiC 粉體表現(xiàn)出類(lèi)似氧化鋁的分散特性,zeta電位明顯改善;當(dāng)覆蓋層鋁增大到一定值時(shí), 懸浮液的流變性能降低。聚乙烯亞胺( PEI)表面改性可以提高SiC粉體的流動(dòng)性能,改性后的顆粒尺寸均勻,形狀多為球狀。調(diào)節(jié)pH,改變聚乙烯亞胺和SiC 顆粒表面的結(jié)合方式,聚乙烯亞胺吸附到SiC 顆粒表面,增加了顆粒之間的靜電排斥能,有助于提高SiC 顆粒表面的分散性和流動(dòng)性。采用聚乙二醇作為分散劑對(duì)工業(yè)用SiC粉體進(jìn)行表面改性處理, 通過(guò)TG、IR、電鏡等測(cè)試技術(shù)研究了改性前后SiC 粉體的流動(dòng)特性、吸附、熱重以及形貌等物性, 分析了聚乙二醇加入量及液體介質(zhì)對(duì)各種物性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明: 聚乙二醇添加量為5% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)),介質(zhì)為乙醇時(shí),改性SiC 粉體流動(dòng)特性較好;改性后顆粒之間分散較好,尺寸分布均勻,形狀多為塊狀分布,而且粉體改性后碳化硅陶瓷制品的燒結(jié)性能也得到了改善。
二、表面化學(xué)改性
表面化學(xué)改性通過(guò)表面改性劑與顆粒表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)吸附的方式完成。Shirai等利用無(wú)機(jī)顆粒表面的羥基基團(tuán),在Si、TiO2 和白炭黑等超細(xì)粒子表面接枝上具有引發(fā)聚合反應(yīng)作用的基團(tuán),然后用這些基團(tuán)引發(fā)乙烯基在粉體表面發(fā)生聚合反應(yīng),有效提高了超細(xì)粉體在有機(jī)介質(zhì)中的分散性。李瑋等在研究炭黑顆粒表面接枝丙烯酸中發(fā)現(xiàn),在一定條件下,丙烯酸單體可以直接接枝在炭黑顆粒表面, 從透射電鏡觀(guān)察中發(fā)現(xiàn),由于接枝上去的聚丙烯酸長(zhǎng)鏈含有離子親水基團(tuán),在水介質(zhì)中能較好地伸展空間位阻屏障作用,阻止了炭黑粒子的再聚集,使得炭黑粒子分散均勻,分散穩(wěn)定性增加。
M asaharu Y amatoto等合成了一種大分子硅烷偶聯(lián)劑并接枝在氧化鈦表面上, 從而使氧化鈦在有機(jī)溶劑中很好的分散。Boven等和Tsubokaw a等分別在二氧化硅表面引入偶氮基團(tuán)和過(guò)氧基團(tuán)引發(fā)甲基丙烯酸甲酯進(jìn)行接枝聚合。章文貢等利用自制的鋁酸酯偶聯(lián)劑對(duì)碳酸鈣粉末進(jìn)行表面改性, 改性后碳酸鈣的吸濕性、吸油量降低, 粒徑變小, 在有機(jī)介質(zhì)中易分散, 熱穩(wěn)定溫度大于300℃。Jesion.owski等分別使用巰基硅烷、乙烯基硅烷和氨基硅烷偶聯(lián)劑對(duì)二氧化硅進(jìn)行了表面處理。測(cè)試結(jié)果表明,經(jīng)前兩者處理后,粒子的疏水性增加,表面羥基數(shù)目大量減少,導(dǎo)致二次團(tuán)聚減少;而氨基硅烷偶聯(lián)劑卻沒(méi)有這樣的效果,這主要是因?yàn)楹笳叻肿咏Y(jié)構(gòu)中的氨基除了與SiO2表面的羥基反應(yīng)外,還形成了分子間氫鍵從而又引起粒子的團(tuán)聚。
三、機(jī)械力化學(xué)改性
機(jī)械力化學(xué)改性指的是通過(guò)粉碎、磨碎、摩擦等機(jī)械方法,使礦物晶格結(jié)構(gòu)、晶型等發(fā)生變化,體系內(nèi)能增大,溫度升高,促使粒子溶解、熱分解、產(chǎn)生游離基或離子,增強(qiáng)礦物表面活性,促使礦物和其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)或相互附著,達(dá)到表面改性目的的改性方法。
王棟知等研究了重鈣在介質(zhì)攪拌磨中的表面改性過(guò)程,結(jié)果表明,介質(zhì)攪拌磨中機(jī)械化學(xué)作用對(duì)重鈣改性起著積極的作用,并使得重鈣粒度減小,比表面積增大。在此作用下,AA、AS(兩種改性劑, 國(guó)內(nèi)產(chǎn))藥劑均在重鈣表面發(fā)生化學(xué)吸附,實(shí)現(xiàn)了磨料與改性同時(shí)進(jìn)行,起到分散與助磨作用。許向陽(yáng)等采用機(jī)械化學(xué)處理對(duì)納米金剛石進(jìn)行表面改性,利用機(jī)械力與表面活性劑的協(xié)同作用,對(duì)納米金剛石表面尤其是粉碎過(guò)程中新生成的表面進(jìn)行修飾,調(diào)節(jié)顆粒表面親水疏水性能,從而實(shí)現(xiàn)納米金剛石在白油介質(zhì)中的穩(wěn)定分散。機(jī)械化學(xué)反應(yīng)改性可將粉碎過(guò)程與表面改性過(guò)程相結(jié)合,具有工藝簡(jiǎn)潔、改性效果良好以及生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。丁浩、盧壽慈以硬脂酸鈉為改性劑,研究了在攪拌磨中濕法超細(xì)研磨碳酸鈣顆粒的同時(shí)進(jìn)行表面改性,研究表明,濕法超細(xì)研磨過(guò)程中的機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)有利于顆粒表面改性,且改性效果受研磨細(xì)度、料漿濃度、pH、料漿溫度以及研磨力的影響, 其中以研磨力的影響最為重要。顧華志等將一定質(zhì)量比的CaCO3和Ca(OH)2在行星式球磨機(jī)中進(jìn)行研磨, 實(shí)現(xiàn)Ca(OH)2對(duì)CaCO3的包覆和活化,提高了CaCO3分解形成的CaO 的抗水化性,得到性能良好的耐火材料。
四、膠囊式改性
膠囊式改性是在粉體顆粒表面上覆蓋均質(zhì)而且有一定厚度薄膜的一種表面改性方法。Rong等用聚苯乙烯對(duì)Al2O3、SiO2包覆過(guò)的TiO2復(fù)合粒子進(jìn)行了膠囊化,有效提高了該物質(zhì)的吸光率及穩(wěn)定性。朱立群等采用原位聚合法制備了種微膠囊以有機(jī)硅樹(shù)脂和陶瓷纖維為囊芯材料,聚乙烯醇為囊材以有機(jī)硅樹(shù)脂和細(xì)粉混合體為囊芯材料,聚乙烯醇為囊材。將含有有機(jī)硅樹(shù)脂具有液體流動(dòng)性和較好的熱穩(wěn)定性等物質(zhì)的微膠囊復(fù)合進(jìn)溶膠-凝膠膜層中,通過(guò)微膠囊中的液體修復(fù)微裂紋的作用而達(dá)到提高溶膠-凝膠復(fù)合膜層性能的目的。
五、高能改性法
高能改性法是利用等離子體或輻射處理等引發(fā)聚合反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)改性的方法。有研究表明:低溫等離子體處理對(duì)玻璃纖維- 環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料性能有一定的影響,玻璃纖維放入等離子體發(fā)生器內(nèi)處理時(shí), 隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng),玻璃纖維的質(zhì)量損失由0.28% 增至0.82。這是由于等離子體中的高能離子對(duì)纖維表面所引起的刻蝕作用所致。由于粗糙度增大,新生表面積增大,某些極性基團(tuán)能更好的暴露,故其對(duì)偶聯(lián)劑的吸附量大為增加。這必然改善纖維與環(huán)氧樹(shù)脂的潤(rùn)濕性,從而提高了界面粘結(jié)和復(fù)合材料的力學(xué)性能。利用等離子體進(jìn)行粉末的表面改性已應(yīng)用于炭黑的氧化處理。用等離子體處理高聚物以改變其表面性質(zhì)的研究已有不少報(bào)道,例如聚乙烯經(jīng)氦等離子體處理。羅世永以六甲基二硅氧烷為單體,利用高頻等離子體在超微細(xì)低熔磷酸鹽玻璃粉體表面聚合硅氧聚合物包覆薄膜。用水和粉體壓片之間的接觸角變化表征了等離子體工藝參數(shù)對(duì)粉體表面能的影響。結(jié)果表明改性后粉體配制電子漿料的細(xì)度、黏度、流變特性提高顯著。改性后可以改變或控制超微細(xì)粉體的表面能大小,從而可調(diào)節(jié)電子漿料的流變性和印刷適性。
六、沉淀反應(yīng)改性
沉淀反應(yīng)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(fā)反應(yīng)體系中沉淀劑生成的物質(zhì),使改性離子發(fā)生沉淀反應(yīng), 在顆粒表面析出,從而對(duì)顆粒進(jìn)行包覆。沉淀法主要可分為直接沉淀法、均勻沉淀法、非均勻形核法、共沉淀法、水解法等。劉永峙等在片狀鋁粉表面包覆一層ZnS,制備出的復(fù)合粒子Al /ZnS 保持了Al粉的紅外低發(fā)射率并同時(shí)遮蓋其金屬光澤,有利于兼容可見(jiàn)光偽裝。張從容等在氫化鈦表面均勻地包覆了一層SiO2,制備出復(fù)合型發(fā)泡劑, 有效延遲了核物質(zhì)的釋氫時(shí)間。