【原创】“一把钥匙开一把锁”：粉体表面改性剂该怎么选、怎么用？

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粉体表面改性概述

粉体表面改性的方法很多，分类方法按分析问题的角度不同而异。基于改性工艺性质不同将粉体表面改性方法分为6类，即：表面包覆改性、表面化学改性、机械力化学法改性、胶囊式改性、高能改性、沉淀反应改性。

表面包覆改性是表面改性剂与粒子表面无化学反应，包覆物与粒子间依靠范德华力而连接，该方法几乎适用于各类无机粒子的表面改性，此方法主要利用无机化合物或有机化合物对粒子进行表面包覆，减弱粒子的团聚作用，而且由于包覆物而产生了空间位阻斥力，使粒子再团聚十分困难。用于包覆改性的改性剂有表面活性剂、超分散剂、无机物等。

表面化学改性通过表面改性剂与颗粒表面进行化学反应或化学吸附的方式完成。机械力化学改性指的是通过粉碎、磨碎、摩擦等机械方法，使矿物晶格结构、晶型等发生变化，体系内能增大，温度升高，促使粒子溶解、热分解、产生游离基或离子，增强矿物表面活性，促使矿物和其他物质发生反应或相互附着，达到表面改性目标的改性方法。

沉淀反应法是向含有粉体颗粒的溶液中加入沉淀剂，或者加入可以引发反应体系中沉淀剂生成的物质，使改性离子发生沉淀反应，在颗粒表面析出，从而对颗粒进行包覆。沉淀法主要可分为直接沉淀法、均匀沉淀法、非均匀沉淀法、共沉淀法、水解法等。

胶囊式改性是在粉体颗粒表面上覆盖均质而且有一定厚度薄膜的一种表面改性方法。高能改性法是利用等离子体或辐射处理等引发聚合反应而实现改性的方法。

表面改性剂的种类很多，目前还没有形成一个统一的分类标准。根据表面改性剂的化学属性可以分为有机改性剂和无机改性剂，分别用于粉体的有机表面改性和无机表面改性。表面改性剂有偶联剂、表面活性剂、聚烯烃低聚合物、无机物改性剂等。

粉体的表面改性一般都有其特定的应用背景或应用领域，在满足应用技术指标要求或用户需要的前提下，综合考虑经济性、安全性、环保性，尽可能选择成本较低、安全系数高、环境污染小的表面改性剂。

常见的表面改性剂品种及其应用

表面改性剂对于粉体的表面改性或表面处理具有决定性作用。据中国矿业大学郑水林教授的归纳，表面改性剂常见品种及应用如下：

表面改性剂名称：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）

应用：碳酸钙、碳酸镁、氧化镁、氧化钛、氧化锌、氧化铁、滑石、硅灰石、重晶石、氢氧化铝、氢氧化镁、叶蜡石等

表面改性剂名称：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）

应用：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

表面改性剂名称：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-IH、L-2、L-3A

应用：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

表面改性剂名称：铝钛复合偶联剂

品种：FT-1、FT-2

应用：滑石、硅灰石、氧化铁、高岭土、海泡石、云母、叶蜡石等

表面改性剂名称：阴离子表面活性剂

品种：硬脂酸（盐）、磺酸盐及其酯、高级磷酸酯盐

应用：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

表面改性剂名称：阳离子表面活性剂

品种：高级胺盐（伯胺、仲胺、叔胺及季铵盐）

应用：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

表面改性剂名称：非离子表面活性剂

品种：聚乙二醇型、多元醇型

应用：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

表面改性剂名称：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

应用：碳酸钙、磷酸钙、硅灰石、滑石、铁红、颜料等

表面改性剂名称：有机硅

品种：二甲基硅油、甲基硅油、羟基硅油、含氢硅油等

应用：二氧化硅、高岭土、颜料等

表面改性剂名称：有机低聚物

品种：无规聚丙烯、聚乙烯蜡、环氧树脂等

应用：二氧化硅、云母、碳酸钙等

表面改性剂名称：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、衣糠酸、山梨酸、氯丙烯酸等

应用：长石、陶土、红泥、氢氧化铝、二氧化硅等

表面改性剂名称：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

应用：云母、高岭土、滑石、钛白粉、氧化铝、氧化镁、颜料等

表面改性剂配方至关重要

粉体的表面改性在很大程度上是通过表面改性剂在粉体表面的作用来实现的。因此，表面改性剂的配方（品种、用量和用法）对粉体表面的改性效果和改性后产品的应用性能有重要影响。表面改性剂配方的针对性很强，即具有“一把钥匙开一把锁”的特点。表面改性剂的配方包括选择品种、确定用量和用法等内容。

表面改性剂的品种

选择表面改性剂品种的主要考虑因素是粉体原料的性质、产品的用途或应用领域以及工艺、价格和环保等因素。

表面改性剂的用量

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，对于无机表面包覆改性，不同的包覆率和包膜层厚度可能表现出不同的特性，如颜色、光泽等。因此，实际最佳用量的确定还是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。

表面改性剂的使用方法

好的使用方法可以提高表面改性剂的分散程度和粉体的表面改性效果，反之，使用方法不当就可能使表面改性剂的用量增加，改性效果达不到预期目的。表面改性剂的用法包括配制、分散和添加方法以及使用二种以上表面改性剂时加药顺序。

针对粉体表面改性剂到底应该怎样选、怎样用这一重要问题，2024年8月在安徽合肥召开的2024第五届粉体表面改性及包覆技术高级研修班，将特邀业内专家与企业研发生产人员面对面交流探讨，敬请关注。

参考来源：

[1]表面改性强化石墨矿摩擦电选预富集的试验研究，郭成静，中国矿业大学

[2]粉体表面改性技术进展，郑水林，中国矿业大学（北京）

[3]影响粉体表面改性效果的主要因素，郑水林，中国矿业大学（北京）

（中国粉体网编辑整理/平安）

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