無機粉體一般為微米或納米級顆粒,由于其粒徑小、比表面積大、表面能高,容易發生團聚,難以在復合材料中均勻分散,影響添加效果。無機粉體的表面性質和聚合物有機體系相差甚遠,這也使得無機粉體不能很好的分散到材料中。因此,當無機粉體添加到高聚物復合材料時,首先要對無機粉體進行表面改性,使其粒子表面有機化,改善其親油性和與基體的相容性,增強界面結合能力,從而發揮無機粉體的功能。
目前工業上應用的無機粉體改性工藝主要有干法工藝、濕法工藝和復合工藝。
1、干法工藝
干法工藝是工業上應用最為廣泛的表面改性工藝。與濕法改性相比,它具有工藝簡單、操作靈活、投資節省等優點,并且水溶性和非水溶性表面改性劑均可使用。干法改性分為連續式和間歇式兩種。連續式即連續給料并同時添加表面改性劑,粉體表面包覆較均勻,適用于大規模工業化生產。間歇式可靈活調節表面改性的處理時間,但為使表面改性劑均勻的包裹在粉體上,要先對表面改性劑進行稀釋,因此工業上操作相對復雜,不適合大規模生產。
2、濕法工藝
濕法工藝主要分為有機包覆和沉淀包覆。與干法工藝相比粉體表面改性劑的包覆更均勻,但后續需要進行過濾和干燥。一般有機包覆改性用于水溶性的有機改性劑和制備工藝需要干燥的情況。如輕質碳酸鈣的表面改性,有機硅改性鈦白粉等;在反應后的漿料過濾干燥前先進行改性還能改善產品結塊團聚的狀況,提高粉體的分散性。沉淀包覆是目前無機顏料表面改性的常用方法之一,如金屬氧化物包覆在白云母顆粒表面制取珠光云母。
3、復合工藝
復合工藝分為兩種;一種是粉碎與表面改性合一,即在對無機材料進行機械粉碎過程中添加表面改性劑,從而實現粉體表面化學包覆改性。目前應用在加工超細活性重型碳酸鈣中,某些表面活性劑還起一定的助磨作用,可適當提高粉碎效率。但缺點是改性過程中顆粒不斷被粉碎產生新的表面,因此顆粒很難被包覆均勻。另外,粉碎時局部溫度過高會在一定程度上破壞表面活性劑的分子結構。
另一種是將干燥與表面改性合一。此法可簡化工藝,但干燥過程中加入的低沸點表面改性劑可能還來不及與粉體表面作用就隨水分子一起蒸發掉。如果在水分蒸發后添加表面改性劑,雖然可以避免表面改性劑的蒸發,但停留時間較短,難以形成均勻牢固的包覆。
目前工業上應用的無機粉體改性工藝主要有干法工藝、濕法工藝和復合工藝。
1、干法工藝
干法工藝是工業上應用最為廣泛的表面改性工藝。與濕法改性相比,它具有工藝簡單、操作靈活、投資節省等優點,并且水溶性和非水溶性表面改性劑均可使用。干法改性分為連續式和間歇式兩種。連續式即連續給料并同時添加表面改性劑,粉體表面包覆較均勻,適用于大規模工業化生產。間歇式可靈活調節表面改性的處理時間,但為使表面改性劑均勻的包裹在粉體上,要先對表面改性劑進行稀釋,因此工業上操作相對復雜,不適合大規模生產。
2、濕法工藝
濕法工藝主要分為有機包覆和沉淀包覆。與干法工藝相比粉體表面改性劑的包覆更均勻,但后續需要進行過濾和干燥。一般有機包覆改性用于水溶性的有機改性劑和制備工藝需要干燥的情況。如輕質碳酸鈣的表面改性,有機硅改性鈦白粉等;在反應后的漿料過濾干燥前先進行改性還能改善產品結塊團聚的狀況,提高粉體的分散性。沉淀包覆是目前無機顏料表面改性的常用方法之一,如金屬氧化物包覆在白云母顆粒表面制取珠光云母。
3、復合工藝
復合工藝分為兩種;一種是粉碎與表面改性合一,即在對無機材料進行機械粉碎過程中添加表面改性劑,從而實現粉體表面化學包覆改性。目前應用在加工超細活性重型碳酸鈣中,某些表面活性劑還起一定的助磨作用,可適當提高粉碎效率。但缺點是改性過程中顆粒不斷被粉碎產生新的表面,因此顆粒很難被包覆均勻。另外,粉碎時局部溫度過高會在一定程度上破壞表面活性劑的分子結構。
另一種是將干燥與表面改性合一。此法可簡化工藝,但干燥過程中加入的低沸點表面改性劑可能還來不及與粉體表面作用就隨水分子一起蒸發掉。如果在水分蒸發后添加表面改性劑,雖然可以避免表面改性劑的蒸發,但停留時間較短,難以形成均勻牢固的包覆。