|
| |
| 粉體材料表面改性技術(shù)現狀及發(fā)展趨勢 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2014-10-09 10:50:40 瀏覽次數： |
|
| |
非金屬礦物粉體表面改性技術(shù)現狀及發(fā)展趨勢
(上海匯精亞納米新材料有限公司)
（鳳陽(yáng)匯精納米新材料科技有限公司)
劉濤
非金屬礦物表面改性技術(shù)非金屬礦物粉體表面改性技術(shù)現狀及發(fā)展趨勢
(上海匯精亞納米新材料有限公司)
（鳳陽(yáng)匯精納米新材料科技有限公司)
劉濤
非金屬礦物表面改性技術(shù)是伴隨現代新型復合材料的興起而發(fā)展起來(lái)的。雖然它的發(fā)展歷史較短，但對于現代有機／無(wú)機復合材料、無(wú)機／無(wú)機復合材料、涂料或涂層材料、吸附與催化材料、環(huán)境材料以及超細粉體和納米粉體的制備和應用具有重要意義。表面改性是非金屬礦物材料必須的加工技術(shù)之一，對提高其應用性能和應用價(jià)值至關(guān)重要，是優(yōu)化非金屬礦物材料性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。
中國非金屬礦物表面改性技術(shù)的研究和應用始于20世紀80年代，比發(fā)達的工業(yè)化國家晚了約20年。90年代以后，由于相關(guān)產(chǎn)業(yè)，特別是塑料、橡膠、涂料等的快速發(fā)展，中國非金屬礦物表面改性技術(shù)的研發(fā)和應用速度加快，但改性裝備還是以塑料行業(yè)的高速加熱混合機為主，90年代末期開(kāi)始了專(zhuān)用表面改性設備的研發(fā)。2000年以來(lái)，以表面改性配方、表面改性工藝、表面改性設備為代表的非金屬礦物表面改性技術(shù)取得了顯著(zhù)進(jìn)展，與工業(yè)發(fā)達國家的差距也得到縮小。本文在綜述非金屬礦物表面改性技術(shù)現狀的基礎上，簡(jiǎn)要總結了近年來(lái)非金屬礦物表面改性技術(shù)、裝及產(chǎn)品的進(jìn)展，并對其發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。
一:非金屬礦物粉體表面改性技術(shù)現狀
1表面改性方法
表面改性的方法很多，能夠改變非金屬礦物粉體表面或界面的物理化學(xué)性質(zhì)的方法，如表面物理涂覆、化學(xué)包覆、無(wú)機沉淀包覆或薄膜、機械力化學(xué)、化學(xué)插層等可稱(chēng)為表面改性方法。目前工業(yè)上非金屬礦物粉體表面改性常用的方法主要有表面化學(xué)包覆改性法、沉淀反應改性法和機械化學(xué)改性法及復合法。
(1)表面化學(xué)包覆改性法：是目前最常用的非金屬礦物粉體表面改性方法，這是一種利用有機表面改性劑分子中的官能團在顆粒表面吸附或化學(xué)反應對顆粒表面進(jìn)行改性的方法。所用表面改性劑主要有偶聯(lián)劑(硅烷、鈦酸酯、鋁酸酯、鋯鋁酸酯、有機絡(luò )合物、磷酸酯等)、表面活性劑(高級脂肪酸及其鹽、高級胺鹽、非離子型表面活性劑、有機硅油或硅樹(shù)脂等)、有機低聚物及不飽和有機酸等。改性工藝可分為干法和濕法兩種。
(2)沉淀反應法：是利用化學(xué)沉淀反應將表面改性物沉淀包覆在被改性顆粒表面，是一種“無(wú)機／無(wú)機包覆”或“無(wú)機納米／微米粉體包覆” 的粉體表面改性方法。粉體表面包覆納米TiO2、ZnO、CaC03等無(wú)機物的改性，就是通過(guò)沉淀反應實(shí)現的如云母粉表面包覆TiO2制備珠光云母顏料、鈦白粉表面包覆 Si02和Al203。
(3)機械力化學(xué)改性法：是利用超細粉碎過(guò)程及其他強烈機械力作用有目的地激活顆粒表面，使其結構復雜或無(wú)定形化，增強它與有機物或其他無(wú)機物的反應活性。機械化學(xué)作用可以增強顆粒表面的活性點(diǎn)和活性基團，增強其與有機基質(zhì)或有機表面改性劑的使用。以機械力化學(xué)原理為基礎發(fā)展起來(lái)的機械融合技術(shù)，是一種對無(wú)機顆粒進(jìn)行復合處理或表面改性，如表面復合、包覆、分散的方法。
(4)化學(xué)插層改性法：是指利用層狀結構的粉體顆粒晶體層之間結合力較弱(如分子鍵或范德華鍵)或存在可交換陽(yáng)離子等特性，通過(guò)化學(xué)反應或離子交換反應改變粉體的性質(zhì)的改性方法。因此，用于插層改性的粉體一般來(lái)說(shuō)具有層狀或似層狀晶體結構，如蒙脫土、高嶺土等層狀結構的硅酸鹽礦物或粘土礦物以及石墨等。用于插層改性的改性劑大多為有機物，也有無(wú)機物。
(5)復合改性法：是指綜合采用多種方法(物理、化學(xué)和機械等)改變顆粒的表面性質(zhì)以滿(mǎn)足應用的需要的改性方法。目前應用得復合改性方法主要有物理涂覆／化學(xué)包覆、機械力化學(xué)／化學(xué)包覆、無(wú)機沉淀反應／化學(xué)包覆等。
2表面改性工藝
表面改性工藝應表面改性的方法、設備和粉體制備方法而異。目前工業(yè)上應用的表面改性工藝主要有干法工藝、濕法工藝、復合工藝三大類(lèi)。干法工藝根據作業(yè)方式的不同又可以分為間歇式和連續式；濕法工藝又可分有機改性工藝和無(wú)機改性工藝；復合工藝又可分為物理涂覆／化學(xué)包覆、機械力化學(xué)／化學(xué)包覆、無(wú)機沉淀反應／化學(xué)包覆工藝等。
(1)干法工藝：是一種應用最為廣泛的非金屬礦物粉體表面改性工藝。目前對于非金屬礦物填料和顏料，如重質(zhì)碳酸鈣和輕質(zhì)碳酸鈣、高嶺土與煅燒高嶺土、滑石、硅灰石、硅微粉、空心微珠、氫氧化鋁和輕氧化鎂、陶土、陶瓷顏料等，大多采用干法表面改性工藝。原因是干法工藝簡(jiǎn)單、作業(yè)靈活、投資較省以及改性劑適用性好等特點(diǎn)。其中，間歇式干法工藝的特點(diǎn)是可以在較大范圍內靈活調節表面改性的時(shí)間(即停留時(shí)間)，但顆粒表面改性劑難以包覆均勻，單位產(chǎn)品藥劑耗量較多，生產(chǎn)效率較低，勞動(dòng)強度大，有粉塵污染，難以適應大規模工業(yè)化生產(chǎn)，一般應用于小規模生產(chǎn)。連續式改性工藝的特點(diǎn)是粉體與表面改性劑的分散較好，顆粒表面包覆較均勻，單位產(chǎn)品改性劑耗量較少，勞動(dòng)強度小，生產(chǎn)效率高，適用于大規模工業(yè)化生產(chǎn)。連續式干法表面改性工藝常常置于干法粉體制備工藝之后，大批量連續生產(chǎn)各種非金屬礦物活性粉體，特別是用于塑料、橡膠、膠粘劑等高聚物基復合材料的無(wú)機填料和顏料。
(2)濕法表面有機改性工藝：與干法工藝相比具有表面改性劑分散好、表面包覆均勻等特點(diǎn)，但需要后續脫水(過(guò)濾和干燥)作業(yè)。一般用于可水溶或可水解的有機表面改性劑以及前段為濕法制粉(包括濕法機械超細粉碎和化學(xué)制粉)工藝而后段又需要干燥的場(chǎng)合，如輕質(zhì)碳酸鈣(特別是納米碳酸鈣)、濕法細磨重質(zhì)碳酸鈣、超細氫氧化鋁與氫氧化鎂、超細二氧化硅等的表面改性，這是因為化學(xué)反應后生成的漿料即使不進(jìn)行濕法表面改性也要進(jìn)行過(guò)濾和干燥，在過(guò)濾和干燥之前進(jìn)行表面改性，還可使物料干燥后不形成硬團聚，改善其分散性。
無(wú)機沉淀包覆改性也是一種濕法改性工藝。它包括制漿、水解、沉淀反應和后續洗滌、脫水、煅燒或焙燒等工序或過(guò)程。
(3)機械力化學(xué)／化學(xué)包覆復合改性工藝：是在機械力作用或細磨、超細磨過(guò)程中添加表面改性劑，在粉體粒度減小的同時(shí)對顆粒進(jìn)行表面化學(xué)包覆改性的工藝。這種復合表面改性工藝的特點(diǎn)是可以簡(jiǎn)化工藝，某些表面改性劑還具有一定程度的助磨作用，可在一定程度上提高粉碎效率。不足之處是溫度不好控制；此外，由于改性過(guò)程中顆粒不斷被粉碎，產(chǎn)生新的表面，顆粒包覆難以均勻，要設計好表面改性劑的添加方式才能確保均勻包覆和較高的包覆率；此外，如果粉碎設備的散熱不好，強烈機械力作用過(guò)程中局部的過(guò)高溫升可能使部分表面改性劑分解或分子結構被破壞。
(4)無(wú)機沉淀反應／化學(xué)包覆復合改性工藝：是在沉淀反應改性之后再進(jìn)行表面化學(xué)包覆改性，實(shí)質(zhì)上是一種無(wú)機／有機復合改性工藝。這種復合改性工藝已廣泛用于復合鈦白粉表面改性，即在沉淀包覆 SiO2或Al2O3薄膜的基礎上，再用鈦酸酯、硅烷及其他有機表面改性劑對Ti02／SiO2或Al2O3復合顆粒進(jìn)行表面有機包覆改性。
(5)物理涂覆／化學(xué)包覆復合改性工藝：是在對顆粒進(jìn)行物理涂覆，如金屬鍍膜或覆膜后再進(jìn)行表面有機化學(xué)改性的工藝。
3表面改性設備
目前工業(yè)上應用的表面改性設備可分為兩大類(lèi)：①從化工、塑料、粉碎、分散等行業(yè)中引用過(guò)來(lái)的，如干法表面改性用的高速加熱式混合機、沖擊式粉體表面改性機、臥式加熱混合機、以及濕法表面改性用的反應釜、可控溫反應罐；②專(zhuān)用粉體表面改性設備，主要有SLG型連續式粉體表面改性機和PSC型連續式粉體表面改性機。
4表面改性劑及其配方
非金屬礦物粉體的表面改性，主要是依靠表面改性劑(或處理劑、包覆劑)在粉體顆粒表面的吸附、反應、包覆或包膜來(lái)實(shí)現的。因此，表面改性劑對于粉體的表面改性或表面處理具有決定性作用。目前應用的表面改性劑主要有偶聯(lián)劑、表面活性劑、有機低聚物、不飽和有機酸、有機硅、水溶性高分子以及金屬氧化物及其鹽等。
2000年以來(lái)，隨著(zhù)與非金屬礦物粉體相關(guān)高技術(shù)和新材料的發(fā)展及無(wú)機粉體應用技術(shù)的顯著(zhù)進(jìn)展，表面改性非金屬礦物粉體用量不斷增加；針對超細重質(zhì)碳酸鈣、輕質(zhì)碳酸鈣、納米碳酸鈣、高嶺土、滑石、空心微珠、云母、氧化硅、無(wú)機阻燃填料(氫氧化鋁和氫氧化鎂)、硅灰石、葉蠟石、硅藻土、氧化鋅、石英、鈦白粉、硫酸鋇、陶土、氧化鐵(紅)、陶瓷顏料等非金屬礦物的專(zhuān)有表面改性配方技術(shù)也在不斷積累和成熟。這些表面改性配方技術(shù)包括：用于PVC基塑料制品的碳酸鈣(包括輕質(zhì)碳酸鈣和重質(zhì)碳酸鈣)；用于工程塑料、塑料薄膜、橡膠、涂料、電纜等的空心微珠、超細高嶺土、硅灰石、云母、硅微粉等；用于PVC和 EVA、PP等材料阻燃填料的超細氫氧化鎂、氫氧化鋁和復合阻燃填料；用于PP、PE基工程塑料的超細滑石粉、云母粉等；用于橡膠的超細絹云母、空心微珠、陶土等。目前，非金屬礦物粉體表面改性配方技術(shù)還不能完全適應相關(guān)應用領(lǐng)域發(fā)展的需求。
二：非金屬礦物粉體表面改性技術(shù)進(jìn)展
1表面改性工藝與設備
2003年研發(fā)成功并開(kāi)始在工業(yè)上應用的SLG型連續粉體表面改性機改變了我國自20世紀80年代以來(lái)非金屬礦物粉體干法改性以高攪機間歇方式為主的格局，不僅顯著(zhù)提高了表面改性產(chǎn)品的質(zhì)量，提高了改性作業(yè)的效率，而且降低了改劑用量和能耗：改性劑用量平均下降10％以上，單位產(chǎn)品能耗降低30％以上。同時(shí)解決了高攪機間歇式改性技術(shù)產(chǎn)品團聚(必須進(jìn)行篩分或分級)、超細粉體外溢、損失物料和污染車(chē)間等問(wèn)題，而且減輕了勞動(dòng)強度，單機處理能力的擴大，使大規模穩定生產(chǎn)超細活性非金屬礦物粉體成為可能。目前，在工業(yè)上應用的SLG型連續表面改性機已達100多臺套，應用領(lǐng)域包括超細及納米輕質(zhì)碳酸鈣、超細重質(zhì)碳酸鈣、超細高嶺土、超細水鎂石(氫氧化鎂)及氫氧化鋁、絹云母、滑石、硫酸鋇、納米氧化鋅以及空心心微珠、陶瓷微珠、白炭黑、鈦白粉、納米銀粉等無(wú)機粉體；產(chǎn)品廣泛用于塑料制品(塑料建材、管材、電線(xiàn)電纜、汽車(chē)塑料)、橡膠制品、涂料、油墨、膠粘劑等領(lǐng)域。
SLG型干法連續粉體表面改性機的結構主要由喂料機、料斗、計量加藥泵、改性機、出料和進(jìn)風(fēng)裝置等構成。該機集成沖擊、剪切和摩擦力、變向氣旋渦流等作用對粉體和改性劑進(jìn)行高強度分散并強化粉體與表面改性劑的碰撞作用；在粉體與轉子、定子沖擊摩擦過(guò)程中在有限腔內產(chǎn)生改性劑與粉體顆粒表面作用所需的溫度，而且這一溫度可以通過(guò)氣流通量、給料速度和轉速進(jìn)行調節；利用變向渦流氣旋的紊流作用增加顆粒與表面改性劑的作用機會(huì )和確保作用時(shí)間。
這種以SLG型連續粉體表面改性機為主的干法粉體連續表面改性系統采用計量控制連續連動(dòng)給料和給藥(改性劑)技術(shù)及旋風(fēng)集料和濾袋收塵以及負壓運行原理連續收集產(chǎn)品。其主要特點(diǎn)是：①對超細粉體和表面改性劑分散性好；②粉體與表面改性劑的作用機會(huì )均等；③停留時(shí)間可調；④依靠摩擦自加熱，最高可達到140℃；⑤表面包覆效果好，產(chǎn)品活化指數≥96％；⑥能耗低；⑦結構緊湊、自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)便、無(wú)粉塵外溢；⑧單機生產(chǎn)能力大。
近年來(lái)，在表面改性工藝，特別是超細粉碎與表面改性一體化工藝及納米粉體的原位修飾或表面改性工藝方面取得了顯著(zhù)進(jìn)展。
國家“十一五”科技支撐計劃重點(diǎn)項目“非金屬礦資源綜合利用技術(shù)研究”研發(fā)完成了機械超細粉碎一表面改性一體化裝置；該裝置針對超細粉碎過(guò)程中進(jìn)行表面改性存在的顆粒包覆不均勻、包覆率不高等缺點(diǎn)在設備結構上進(jìn)行了創(chuàng )新，產(chǎn)品的活化率較高，但產(chǎn)品細度只能達到d97=15μm左右，還有待進(jìn)一步改進(jìn)。
在壓輥磨或環(huán)輥磨超細粉碎方解石過(guò)程中添加液態(tài)鋁酸酯偶聯(lián)劑及其他表面改性劑，生產(chǎn)出了可滿(mǎn)足涂料、橡膠、人造石材等部分領(lǐng)域應用要求的超細活性重質(zhì)碳酸鈣填料。
在濕法超細研磨工藝中加入表面改性劑進(jìn)行表面改性，如在超細氫氧化鎂(水鎂石)濕式超細研磨中添加可在水溶液中分散的表面改性劑，在超細粉碎的同時(shí)，實(shí)現超細氫氧化鎂的初步改性。
無(wú)機非金屬納米粉體的表面改性或原位修飾是近年來(lái)無(wú)機粉體表面改性最主要的進(jìn)展之一。在無(wú)機納米粉體，如納米碳酸鈣、納米氧化鋅、納米Si02、納米Ti02、納米無(wú)機晶須等的濕法制備過(guò)程中，在原級粒子形成過(guò)程或晶粒生長(cháng)過(guò)程，或干燥前及時(shí)采用表面改性或表面修飾工藝，以控制產(chǎn)物的粒度分布、防止納米粒子形成硬團聚體方面進(jìn)行了大量研究并取得了顯著(zhù)進(jìn)展，而且部分工業(yè)生產(chǎn)中得到了應用。
一種氣流湍流顆粒表面改性處理工藝與裝備的開(kāi)發(fā)也是近幾年表面改性與裝備技術(shù)的主要進(jìn)展之一。該方法的工作原理是采用高速氣流形成的強湍流場(chǎng)對顆粒進(jìn)行分散處理，使分散后的顆粒與氣體一起呈懸浮態(tài)，然后通過(guò)霧化器將改性劑霧化后噴入已分散的、呈懸浮態(tài)的顆粒體系中，二者經(jīng)過(guò)充分接觸、混合與作用，使改性劑包覆于顆粒表面，完成顆粒的表面改性處理。
2表面改性劑及其配方
表面改性劑這幾年取得的主要進(jìn)展如下。
(1)硅烷偶聯(lián)劑。
國內的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度加快，產(chǎn)品品種、質(zhì)量明顯提高，生產(chǎn)能力不僅能滿(mǎn)足國內所需，還大量出口歐美和日本市場(chǎng)。
(2)鋁酸酯偶聯(lián)劑。
繼膏狀產(chǎn)品之后，近幾年相繼開(kāi)發(fā)了液態(tài)、水溶性產(chǎn)品和兼具助磨和改性作用的新產(chǎn)品，不僅應用范圍擴大，而且使用方便。
(3)鈦酸酯偶聯(lián)劑。
品種增多，開(kāi)發(fā)了水溶性產(chǎn)品以及針對特定用途的專(zhuān)用分散改性劑和復合改性劑。如用于船舶漆填料和顏料的專(zhuān)用改性劑、無(wú)機納米粉體分散與抗團聚改性劑等。
其他還有專(zhuān)用于超細輕質(zhì)碳酸鈣和納米碳酸鈣表面改性雙子星表面活性劑二磷酸酯鹽等。
近年來(lái)，表面改性劑的發(fā)展呈現出二個(gè)顯著(zhù)的特點(diǎn)：①復合型表面改性劑的開(kāi)發(fā)，如鈦/鋁復合偶聯(lián)劑、鋯/鋁偶聯(lián)劑、硅/鋁復合偶聯(lián)劑等，不僅提高了偶聯(lián)劑的適用性，而且降低了表面改性的成本；②專(zhuān)用表面改性劑的開(kāi)發(fā)，如無(wú)機阻燃填料專(zhuān)用硅烷改性劑、鈦酸酯和鋁酸酯改性劑；專(zhuān)用表面改性劑針對性強，可以顯著(zhù)提高某一特定用途無(wú)機改性粉體的應用性能。
表面改性劑配方是表面改性技術(shù)的核心內容之一，具有實(shí)用價(jià)值的表面改性配方大多以發(fā)明專(zhuān)利的方式公開(kāi)。表面改性配方技術(shù)雖然仍是目前國內與美、歐、日等發(fā)達國家和相關(guān)跨國公司差距較大的領(lǐng)域。但近幾年由于企業(yè)研發(fā)投入的增加，取得了顯著(zhù)進(jìn)展。例如，用于涂料、油墨、橡塑功能填料的納米碳酸鈣、空心微珠的表面改性劑配方；用于人造石的重質(zhì)碳酸鈣的表面改性配方；用于無(wú)機阻燃填料的氫氧化鎂、氫氧化鋁及其復合無(wú)機阻燃和絕緣填料的表面改性劑配方；PP和PA66用空心微珠的表面改性劑配方；工程塑料用空心微珠、滑石粉的表面改性配方以及用于涂料、塑料的超細鈦白粉、超細和納米白炭黑、空心微珠的表面改性劑配方等，已達到工業(yè)應用的程度或已經(jīng)在工業(yè)上得到應用，給企業(yè)帶來(lái)了較好的經(jīng)濟效益，也促進(jìn)了相關(guān)應用的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品升級。
3：表面無(wú)機復合改性
非金屬礦物粉體的表面無(wú)機復合改性是制備功能粉體材料的重要技術(shù)方法，近年來(lái)已成為粉體表面改性技術(shù)和功能材料制備技術(shù)的熱點(diǎn)研發(fā)方向之一。目前取得的進(jìn)展主要是納米金屬或氧化物、氫氧化物、碳酸鹽表面改性的復合礦物粉體材料，如金屬／空心微珠復合粉體、金屬氧化物／硅灰石復合粉體、納米TiO2／多孔礦物復合粉體(TiO2／硅藻土、(TiO2／蛋白土、TiO2／凹凸棒石、Ti02／沸石、 TiO2／海泡石等)、金屬氧化物／重晶石復合粉體、金屬氧化物／云母復合粉體等；表面無(wú)機復合改性方法主要有物理法(如氣相沉積、真空或濺射鍍膜、機械研磨)和化學(xué)法(如均勻沉淀、溶膠凝膠)等。其中一些復合粉體材料已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化或已進(jìn)行中試。表面無(wú)機復合改性涉及應用廣泛的新型功能材料的開(kāi)發(fā)，具有重要的商業(yè)化價(jià)值，因此，申請的發(fā)明專(zhuān)利近幾年逐年增加。
(1)金屬／空心微珠。
北京航空航天大學(xué)采用磁控濺射技術(shù)在粉煤灰微珠表面鍍鎳、銅、銀等金屬膜使粉煤灰中的玻璃微珠這種普通的粉體材料的應用價(jià)值顯著(zhù)提高，在航空航天材料領(lǐng)域及其他新材料領(lǐng)域展現良好的應用前景。
(2)納米硅酸鋁／硅灰石復合粉體材料。
國家“十一五”科技支撐重點(diǎn)項目“優(yōu)勢非金屬礦資源高效利用技術(shù)研究2006BABl2B01”針對硅灰石填料在工程塑料中應用存在的問(wèn)題開(kāi)發(fā)了一種表面納米硅酸鋁包覆改性的復合硅灰石礦物纖維。這種表面無(wú)機改性后的礦物纖維可以顯著(zhù)提高其在 PP及PA6中的填充性能，包括沖擊強度、拉伸強度、彎曲強度及熱變形溫度等。
(3)納米TiO2/多孔礦物復合粉體。
納米二氧化鈦作為一種光催化劑，具有光催化活性高、化學(xué)性質(zhì)穩定、使用安全和無(wú)毒無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)，是一種有廣泛應用前景的綠色環(huán)境污染治理材料。但是，純Ti02光催化材料往往是高分散的微細粉末，直接使用存在著(zhù)分散性差、難以回收、吸附捕捉能力不強等問(wèn)題，而且生產(chǎn)和使用成本高；這些因素嚴重制約了它的實(shí)際應用。2000年以來(lái)，負載型納米Ti02復合材料成為該領(lǐng)域研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。研究使用的載體材料包括多孔玻璃、硅藻土、蛋白土、沸石、凹凸棒石、海泡石等天然或人造多孔無(wú)機材料以及金屬和有機物等，其目的是降低生產(chǎn)成本，便于使用，同時(shí)提高納米Ti02的吸附捕捉性能和降低其禁帶寬度，以提高其應用性能。上海匯精亞納米新材料有限公司將納米Ti02復合在空心陶瓷微珠的表面，利用納米Ti02光催化及空心陶瓷微珠的漂浮性特點(diǎn)，應用于室外污水處理，能夠解決政府頭疼的城市內河水污染的問(wèn)題，社會(huì )效益和經(jīng)濟效益深遠。
(4)其他。
表面無(wú)機復合改性的其他進(jìn)展還有已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化并產(chǎn)生顯著(zhù)經(jīng)濟效益和社會(huì )效益的表面物理復合型和表面化學(xué)復合型活性無(wú)機阻燃劑；已經(jīng)在冰箱、空調、塑料管材等中得到應用的沸石載銀、銅抗菌材料；重晶石基復合導電礦物粉體材料；納米氧化鋅或納米氧化鈦／白色礦物抗紫外線(xiàn)復合材料等。
三：非金屬礦物粉體表面改性技術(shù)發(fā)展趨勢
非金屬礦物表面改性產(chǎn)品是因應現代高技術(shù)、新材料產(chǎn)業(yè)，特別是功能材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展而興起的新型功能材料，適應現代社會(huì )環(huán)保、節能、安全、健康的需求，是最具發(fā)展前景的無(wú)機礦物材料或功能粉體材料。預計未來(lái)10年，粉體表面改性產(chǎn)品的市場(chǎng)需求量仍將以10％左右的速度增長(cháng)。在上述背景下，筆者認為未來(lái)非金屬礦物粉體表面改性技術(shù)的主要發(fā)展趨勢表現為以下幾個(gè)方面。
1：表面改性工藝與設備。發(fā)展適用性廣、分散性能好、粉體與表面改性劑的作用機會(huì )均等、表面改性劑包覆均勻、改性溫度和停留時(shí)間可調、單位產(chǎn)品能耗和磨耗應較低、無(wú)粉塵污染的先進(jìn)工藝與裝備集成，并在此基礎上采用先進(jìn)計算機技術(shù)和人工智能技術(shù)對主要工藝參數和改性劑用量進(jìn)行在線(xiàn)自動(dòng)調控，以實(shí)現表面改性劑在顆粒表面的單分子層吸附、減少改性劑用量、穩定產(chǎn)品質(zhì)量和方便操作。
2：表面改性劑。在現有表面改性劑的基礎上、采用先進(jìn)技術(shù)降低生產(chǎn)成本，尤其是各種偶聯(lián)劑的成本；同時(shí)采用先進(jìn)化學(xué)、高分子、生化和化工科學(xué)技術(shù)和計算機技術(shù)，研發(fā)應用性能好、成本低、在某些應用領(lǐng)域有專(zhuān)門(mén)性能或特殊功能并能與粉體表面和基質(zhì)材料形成牢固作用的新型表面改性劑。
3：粉體表面改性“軟技術(shù)”。在多學(xué)科綜合的基礎上，根據目的材料的性能要求選擇粉體材料和“設計”粉體表面；運用現代科學(xué)技術(shù)，特別是先進(jìn)計算方法、計算技術(shù)以及智能技術(shù)輔助設計粉體表面改性工藝和改性劑配方，以減少實(shí)驗室工藝和配方試驗的工作量，提高表面改性工藝和改性劑配方的科學(xué)合理性，達到最佳的應用性能和應用效果。
鳳陽(yáng)縣匯精納米新材料科技有限公司采用最新的是SLG型干法連續粉體表面改性機，專(zhuān)業(yè)對無(wú)機粉體材料進(jìn)行連續性表面改性。
是伴隨現代新型復合材料的興起而發(fā)展起來(lái)的。雖然它的發(fā)展歷史較短，但對于現代有機／無(wú)機復合材料、無(wú)機／無(wú)機復合材料、涂料或涂層材料、吸附與催化材料、環(huán)境材料以及超細粉體和納米粉體的制備和應用具有重要意義。表面改性是非金屬礦物材料必須的加工技術(shù)之一，對提高其應用性能和應用價(jià)值至關(guān)重要，是優(yōu)化非金屬礦物材料性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。
中國非金屬礦物表面改性技術(shù)的研究和應用始于20世紀80年代，比發(fā)達的工業(yè)化國家晚了約20年。90年代以后，由于相關(guān)產(chǎn)業(yè)，特別是塑料、橡膠、涂料等的快速發(fā)展，中國非金屬礦物表面改性技術(shù)的研發(fā)和應用速度加快，但改性裝備還是以塑料行業(yè)的高速加熱混合機為主，90年代末期開(kāi)始了專(zhuān)用表面改性設備的研發(fā)。2000年以來(lái)，以表面改性配方、表面改性工藝、表面改性設備為代表的非金屬礦物表面改性技術(shù)取得了顯著(zhù)進(jìn)展，與工業(yè)發(fā)達國家的差距也得到縮小。本文在綜述非金屬礦物表面改性技術(shù)現狀的基礎上，簡(jiǎn)要總結了近年來(lái)非金屬礦物表面改性技術(shù)、裝及產(chǎn)品的進(jìn)展，并對其發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。
一:非金屬礦物粉體表面改性技術(shù)現狀
1表面改性方法
表面改性的方法很多，能夠改變非金屬礦物粉體表面或界面的物理化學(xué)性質(zhì)的方法，如表面物理涂覆、化學(xué)包覆、無(wú)機沉淀包覆或薄膜、機械力化學(xué)、化學(xué)插層等可稱(chēng)為表面改性方法。目前工業(yè)上非金屬礦物粉體表面改性常用的方法主要有表面化學(xué)包覆改性法、沉淀反應改性法和機械化學(xué)改性法及復合法。
(1)表面化學(xué)包覆改性法：是目前最常用的非金屬礦物粉體表面改性方法，這是一種利用有機表面改性劑分子中的官能團在顆粒表面吸附或化學(xué)反應對顆粒表面進(jìn)行改性的方法。所用表面改性劑主要有偶聯(lián)劑(硅烷、鈦酸酯、鋁酸酯、鋯鋁酸酯、有機絡(luò )合物、磷酸酯等)、表面活性劑(高級脂肪酸及其鹽、高級胺鹽、非離子型表面活性劑、有機硅油或硅樹(shù)脂等)、有機低聚物及不飽和有機酸等。改性工藝可分為干法和濕法兩種。
(2)沉淀反應法：是利用化學(xué)沉淀反應將表面改性物沉淀包覆在被改性顆粒表面，是一種“無(wú)機／無(wú)機包覆”或“無(wú)機納米／微米粉體包覆” 的粉體表面改性方法。粉體表面包覆納米TiO2、ZnO、CaC03等無(wú)機物的改性，就是通過(guò)沉淀反應實(shí)現的如云母粉表面包覆TiO2制備珠光云母顏料、鈦白粉表面包覆 Si02和Al203。
(3)機械力化學(xué)改性法：是利用超細粉碎過(guò)程及其他強烈機械力作用有目的地激活顆粒表面，使其結構復雜或無(wú)定形化，增強它與有機物或其他無(wú)機物的反應活性。機械化學(xué)作用可以增強顆粒表面的活性點(diǎn)和活性基團，增強其與有機基質(zhì)或有機表面改性劑的使用。以機械力化學(xué)原理為基礎發(fā)展起來(lái)的機械融合技術(shù)，是一種對無(wú)機顆粒進(jìn)行復合處理或表面改性，如表面復合、包覆、分散的方法。
(4)化學(xué)插層改性法：是指利用層狀結構的粉體顆粒晶體層之間結合力較弱(如分子鍵或范德華鍵)或存在可交換陽(yáng)離子等特性，通過(guò)化學(xué)反應或離子交換反應改變粉體的性質(zhì)的改性方法。因此，用于插層改性的粉體一般來(lái)說(shuō)具有層狀或似層狀晶體結構，如蒙脫土、高嶺土等層狀結構的硅酸鹽礦物或粘土礦物以及石墨等。用于插層改性的改性劑大多為有機物，也有無(wú)機物。
(5)復合改性法：是指綜合采用多種方法(物理、化學(xué)和機械等)改變顆粒的表面性質(zhì)以滿(mǎn)足應用的需要的改性方法。目前應用得復合改性方法主要有物理涂覆／化學(xué)包覆、機械力化學(xué)／化學(xué)包覆、無(wú)機沉淀反應／化學(xué)包覆等。
2表面改性工藝
表面改性工藝應表面改性的方法、設備和粉體制備方法而異。目前工業(yè)上應用的表面改性工藝主要有干法工藝、濕法工藝、復合工藝三大類(lèi)。干法工藝根據作業(yè)方式的不同又可以分為間歇式和連續式；濕法工藝又可分有機改性工藝和無(wú)機改性工藝；復合工藝又可分為物理涂覆／化學(xué)包覆、機械力化學(xué)／化學(xué)包覆、無(wú)機沉淀反應／化學(xué)包覆工藝等。
(1)干法工藝：是一種應用最為廣泛的非金屬礦物粉體表面改性工藝。目前對于非金屬礦物填料和顏料，如重質(zhì)碳酸鈣和輕質(zhì)碳酸鈣、高嶺土與煅燒高嶺土、滑石、硅灰石、硅微粉、空心微珠、氫氧化鋁和輕氧化鎂、陶土、陶瓷顏料等，大多采用干法表面改性工藝。原因是干法工藝簡(jiǎn)單、作業(yè)靈活、投資較省以及改性劑適用性好等特點(diǎn)。其中，間歇式干法工藝的特點(diǎn)是可以在較大范圍內靈活調節表面改性的時(shí)間(即停留時(shí)間)，但顆粒表面改性劑難以包覆均勻，單位產(chǎn)品藥劑耗量較多，生產(chǎn)效率較低，勞動(dòng)強度大，有粉塵污染，難以適應大規模工業(yè)化生產(chǎn)，一般應用于小規模生產(chǎn)。連續式改性工藝的特點(diǎn)是粉體與表面改性劑的分散較好，顆粒表面包覆較均勻，單位產(chǎn)品改性劑耗量較少，勞動(dòng)強度小，生產(chǎn)效率高，適用于大規模工業(yè)化生產(chǎn)。連續式干法表面改性工藝常常置于干法粉體制備工藝之后，大批量連續生產(chǎn)各種非金屬礦物活性粉體，特別是用于塑料、橡膠、膠粘劑等高聚物基復合材料的無(wú)機填料和顏料。
(2)濕法表面有機改性工藝：與干法工藝相比具有表面改性劑分散好、表面包覆均勻等特點(diǎn)，但需要后續脫水(過(guò)濾和干燥)作業(yè)。一般用于可水溶或可水解的有機表面改性劑以及前段為濕法制粉(包括濕法機械超細粉碎和化學(xué)制粉)工藝而后段又需要干燥的場(chǎng)合，如輕質(zhì)碳酸鈣(特別是納米碳酸鈣)、濕法細磨重質(zhì)碳酸鈣、超細氫氧化鋁與氫氧化鎂、超細二氧化硅等的表面改性，這是因為化學(xué)反應后生成的漿料即使不進(jìn)行濕法表面改性也要進(jìn)行過(guò)濾和干燥，在過(guò)濾和干燥之前進(jìn)行表面改性，還可使物料干燥后不形成硬團聚，改善其分散性。
無(wú)機沉淀包覆改性也是一種濕法改性工藝。它包括制漿、水解、沉淀反應和后續洗滌、脫水、煅燒或焙燒等工序或過(guò)程。
(3)機械力化學(xué)／化學(xué)包覆復合改性工藝：是在機械力作用或細磨、超細磨過(guò)程中添加表面改性劑，在粉體粒度減小的同時(shí)對顆粒進(jìn)行表面化學(xué)包覆改性的工藝。這種復合表面改性工藝的特點(diǎn)是可以簡(jiǎn)化工藝，某些表面改性劑還具有一定程度的助磨作用，可在一定程度上提高粉碎效率。不足之處是溫度不好控制；此外，由于改性過(guò)程中顆粒不斷被粉碎，產(chǎn)生新的表面，顆粒包覆難以均勻，要設計好表面改性劑的添加方式才能確保均勻包覆和較高的包覆率；此外，如果粉碎設備的散熱不好，強烈機械力作用過(guò)程中局部的過(guò)高溫升可能使部分表面改性劑分解或分子結構被破壞。
(4)無(wú)機沉淀反應／化學(xué)包覆復合改性工藝：是在沉淀反應改性之后再進(jìn)行表面化學(xué)包覆改性，實(shí)質(zhì)上是一種無(wú)機／有機復合改性工藝。這種復合改性工藝已廣泛用于復合鈦白粉表面改性，即在沉淀包覆 SiO2或Al2O3薄膜的基礎上，再用鈦酸酯、硅烷及其他有機表面改性劑對Ti02／SiO2或Al2O3復合顆粒進(jìn)行表面有機包覆改性。
(5)物理涂覆／化學(xué)包覆復合改性工藝：是在對顆粒進(jìn)行物理涂覆，如金屬鍍膜或覆膜后再進(jìn)行表面有機化學(xué)改性的工藝。
3表面改性設備
目前工業(yè)上應用的表面改性設備可分為兩大類(lèi)：①從化工、塑料、粉碎、分散等行業(yè)中引用過(guò)來(lái)的，如干法表面改性用的高速加熱式混合機、沖擊式粉體表面改性機、臥式加熱混合機、以及濕法表面改性用的反應釜、可控溫反應罐；②專(zhuān)用粉體表面改性設備，主要有SLG型連續式粉體表面改性機和PSC型連續式粉體表面改性機。
4表面改性劑及其配方
非金屬礦物粉體的表面改性，主要是依靠表面改性劑(或處理劑、包覆劑)在粉體顆粒表面的吸附、反應、包覆或包膜來(lái)實(shí)現的。因此，表面改性劑對于粉體的表面改性或表面處理具有決定性作用。目前應用的表面改性劑主要有偶聯(lián)劑、表面活性劑、有機低聚物、不飽和有機酸、有機硅、水溶性高分子以及金屬氧化物及其鹽等。
2000年以來(lái)，隨著(zhù)與非金屬礦物粉體相關(guān)高技術(shù)和新材料的發(fā)展及無(wú)機粉體應用技術(shù)的顯著(zhù)進(jìn)展，表面改性非金屬礦物粉體用量不斷增加；針對超細重質(zhì)碳酸鈣、輕質(zhì)碳酸鈣、納米碳酸鈣、高嶺土、滑石、空心微珠、云母、氧化硅、無(wú)機阻燃填料(氫氧化鋁和氫氧化鎂)、硅灰石、葉蠟石、硅藻土、氧化鋅、石英、鈦白粉、硫酸鋇、陶土、氧化鐵(紅)、陶瓷顏料等非金屬礦物的專(zhuān)有表面改性配方技術(shù)也在不斷積累和成熟。這些表面改性配方技術(shù)包括：用于PVC基塑料制品的碳酸鈣(包括輕質(zhì)碳酸鈣和重質(zhì)碳酸鈣)；用于工程塑料、塑料薄膜、橡膠、涂料、電纜等的空心微珠、超細高嶺土、硅灰石、云母、硅微粉等；用于PVC和 EVA、PP等材料阻燃填料的超細氫氧化鎂、氫氧化鋁和復合阻燃填料；用于PP、PE基工程塑料的超細滑石粉、云母粉等；用于橡膠的超細絹云母、空心微珠、陶土等。目前，非金屬礦物粉體表面改性配方技術(shù)還不能完全適應相關(guān)應用領(lǐng)域發(fā)展的需求。
二：非金屬礦物粉體表面改性技術(shù)進(jìn)展
1表面改性工藝與設備
2003年研發(fā)成功并開(kāi)始在工業(yè)上應用的SLG型連續粉體表面改性機改變了我國自20世紀80年代以來(lái)非金屬礦物粉體干法改性以高攪機間歇方式為主的格局，不僅顯著(zhù)提高了表面改性產(chǎn)品的質(zhì)量，提高了改性作業(yè)的效率，而且降低了改劑用量和能耗：改性劑用量平均下降10％以上，單位產(chǎn)品能耗降低30％以上。同時(shí)解決了高攪機間歇式改性技術(shù)產(chǎn)品團聚(必須進(jìn)行篩分或分級)、超細粉體外溢、損失物料和污染車(chē)間等問(wèn)題，而且減輕了勞動(dòng)強度，單機處理能力的擴大，使大規模穩定生產(chǎn)超細活性非金屬礦物粉體成為可能。目前，在工業(yè)上應用的SLG型連續表面改性機已達100多臺套，應用領(lǐng)域包括超細及納米輕質(zhì)碳酸鈣、超細重質(zhì)碳酸鈣、超細高嶺土、超細水鎂石(氫氧化鎂)及氫氧化鋁、絹云母、滑石、硫酸鋇、納米氧化鋅以及空心心微珠、陶瓷微珠、白炭黑、鈦白粉、納米銀粉等無(wú)機粉體；產(chǎn)品廣泛用于塑料制品(塑料建材、管材、電線(xiàn)電纜、汽車(chē)塑料)、橡膠制品、涂料、油墨、膠粘劑等領(lǐng)域。
SLG型干法連續粉體表面改性機的結構主要由喂料機、料斗、計量加藥泵、改性機、出料和進(jìn)風(fēng)裝置等構成。該機集成沖擊、剪切和摩擦力、變向氣旋渦流等作用對粉體和改性劑進(jìn)行高強度分散并強化粉體與表面改性劑的碰撞作用；在粉體與轉子、定子沖擊摩擦過(guò)程中在有限腔內產(chǎn)生改性劑與粉體顆粒表面作用所需的溫度，而且這一溫度可以通過(guò)氣流通量、給料速度和轉速進(jìn)行調節；利用變向渦流氣旋的紊流作用增加顆粒與表面改性劑的作用機會(huì )和確保作用時(shí)間。
這種以SLG型連續粉體表面改性機為主的干法粉體連續表面改性系統采用計量控制連續連動(dòng)給料和給藥(改性劑)技術(shù)及旋風(fēng)集料和濾袋收塵以及負壓運行原理連續收集產(chǎn)品。其主要特點(diǎn)是：①對超細粉體和表面改性劑分散性好；②粉體與表面改性劑的作用機會(huì )均等；③停留時(shí)間可調；④依靠摩擦自加熱，最高可達到140℃；⑤表面包覆效果好，產(chǎn)品活化指數≥96％；⑥能耗低；⑦結構緊湊、自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)便、無(wú)粉塵外溢；⑧單機生產(chǎn)能力大。
近年來(lái)，在表面改性工藝，特別是超細粉碎與表面改性一體化工藝及納米粉體的原位修飾或表面改性工藝方面取得了顯著(zhù)進(jìn)展。
國家“十一五”科技支撐計劃重點(diǎn)項目“非金屬礦資源綜合利用技術(shù)研究”研發(fā)完成了機械超細粉碎一表面改性一體化裝置；該裝置針對超細粉碎過(guò)程中進(jìn)行表面改性存在的顆粒包覆不均勻、包覆率不高等缺點(diǎn)在設備結構上進(jìn)行了創(chuàng )新，產(chǎn)品的活化率較高，但產(chǎn)品細度只能達到d97=15μm左右，還有待進(jìn)一步改進(jìn)。
在壓輥磨或環(huán)輥磨超細粉碎方解石過(guò)程中添加液態(tài)鋁酸酯偶聯(lián)劑及其他表面改性劑，生產(chǎn)出了可滿(mǎn)足涂料、橡膠、人造石材等部分領(lǐng)域應用要求的超細活性重質(zhì)碳酸鈣填料。
在濕法超細研磨工藝中加入表面改性劑進(jìn)行表面改性，如在超細氫氧化鎂(水鎂石)濕式超細研磨中添加可在水溶液中分散的表面改性劑，在超細粉碎的同時(shí)，實(shí)現超細氫氧化鎂的初步改性。
無(wú)機非金屬納米粉體的表面改性或原位修飾是近年來(lái)無(wú)機粉體表面改性最主要的進(jìn)展之一。在無(wú)機納米粉體，如納米碳酸鈣、納米氧化鋅、納米Si02、納米Ti02、納米無(wú)機晶須等的濕法制備過(guò)程中，在原級粒子形成過(guò)程或晶粒生長(cháng)過(guò)程，或干燥前及時(shí)采用表面改性或表面修飾工藝，以控制產(chǎn)物的粒度分布、防止納米粒子形成硬團聚體方面進(jìn)行了大量研究并取得了顯著(zhù)進(jìn)展，而且部分工業(yè)生產(chǎn)中得到了應用。
一種氣流湍流顆粒表面改性處理工藝與裝備的開(kāi)發(fā)也是近幾年表面改性與裝備技術(shù)的主要進(jìn)展之一。該方法的工作原理是采用高速氣流形成的強湍流場(chǎng)對顆粒進(jìn)行分散處理，使分散后的顆粒與氣體一起呈懸浮態(tài)，然后通過(guò)霧化器將改性劑霧化后噴入已分散的、呈懸浮態(tài)的顆粒體系中，二者經(jīng)過(guò)充分接觸、混合與作用，使改性劑包覆于顆粒表面，完成顆粒的表面改性處理。
2表面改性劑及其配方
表面改性劑這幾年取得的主要進(jìn)展如下。
(1)硅烷偶聯(lián)劑。
國內的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度加快，產(chǎn)品品種、質(zhì)量明顯提高，生產(chǎn)能力不僅能滿(mǎn)足國內所需，還大量出口歐美和日本市場(chǎng)。
(2)鋁酸酯偶聯(lián)劑。
繼膏狀產(chǎn)品之后，近幾年相繼開(kāi)發(fā)了液態(tài)、水溶性產(chǎn)品和兼具助磨和改性作用的新產(chǎn)品，不僅應用范圍擴大，而且使用方便。
(3)鈦酸酯偶聯(lián)劑。
品種增多，開(kāi)發(fā)了水溶性產(chǎn)品以及針對特定用途的專(zhuān)用分散改性劑和復合改性劑。如用于船舶漆填料和顏料的專(zhuān)用改性劑、無(wú)機納米粉體分散與抗團聚改性劑等。
其他還有專(zhuān)用于超細輕質(zhì)碳酸鈣和納米碳酸鈣表面改性雙子星表面活性劑二磷酸酯鹽等。
近年來(lái)，表面改性劑的發(fā)展呈現出二個(gè)顯著(zhù)的特點(diǎn)：①復合型表面改性劑的開(kāi)發(fā)，如鈦/鋁復合偶聯(lián)劑、鋯/鋁偶聯(lián)劑、硅/鋁復合偶聯(lián)劑等，不僅提高了偶聯(lián)劑的適用性，而且降低了表面改性的成本；②專(zhuān)用表面改性劑的開(kāi)發(fā)，如無(wú)機阻燃填料專(zhuān)用硅烷改性劑、鈦酸酯和鋁酸酯改性劑；專(zhuān)用表面改性劑針對性強，可以顯著(zhù)提高某一特定用途無(wú)機改性粉體的應用性能。
表面改性劑配方是表面改性技術(shù)的核心內容之一，具有實(shí)用價(jià)值的表面改性配方大多以發(fā)明專(zhuān)利的方式公開(kāi)。表面改性配方技術(shù)雖然仍是目前國內與美、歐、日等發(fā)達國家和相關(guān)跨國公司差距較大的領(lǐng)域。但近幾年由于企業(yè)研發(fā)投入的增加，取得了顯著(zhù)進(jìn)展。例如，用于涂料、油墨、橡塑功能填料的納米碳酸鈣、空心微珠的表面改性劑配方；用于人造石的重質(zhì)碳酸鈣的表面改性配方；用于無(wú)機阻燃填料的氫氧化鎂、氫氧化鋁及其復合無(wú)機阻燃和絕緣填料的表面改性劑配方；PP和PA66用空心微珠的表面改性劑配方；工程塑料用空心微珠、滑石粉的表面改性配方以及用于涂料、塑料的超細鈦白粉、超細和納米白炭黑、空心微珠的表面改性劑配方等，已達到工業(yè)應用的程度或已經(jīng)在工業(yè)上得到應用，給企業(yè)帶來(lái)了較好的經(jīng)濟效益，也促進(jìn)了相關(guān)應用的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品升級。
3：表面無(wú)機復合改性
非金屬礦物粉體的表面無(wú)機復合改性是制備功能粉體材料的重要技術(shù)方法，近年來(lái)已成為粉體表面改性技術(shù)和功能材料制備技術(shù)的熱點(diǎn)研發(fā)方向之一。目前取得的進(jìn)展主要是納米金屬或氧化物、氫氧化物、碳酸鹽表面改性的復合礦物粉體材料，如金屬／空心微珠復合粉體、金屬氧化物／硅灰石復合粉體、納米TiO2／多孔礦物復合粉體(TiO2／硅藻土、(TiO2／蛋白土、TiO2／凹凸棒石、Ti02／沸石、 TiO2／海泡石等)、金屬氧化物／重晶石復合粉體、金屬氧化物／云母復合粉體等；表面無(wú)機復合改性方法主要有物理法(如氣相沉積、真空或濺射鍍膜、機械研磨)和化學(xué)法(如均勻沉淀、溶膠凝膠)等。其中一些復合粉體材料已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化或已進(jìn)行中試。表面無(wú)機復合改性涉及應用廣泛的新型功能材料的開(kāi)發(fā)，具有重要的商業(yè)化價(jià)值，因此，申請的發(fā)明專(zhuān)利近幾年逐年增加。
(1)金屬／空心微珠。
北京航空航天大學(xué)采用磁控濺射技術(shù)在粉煤灰微珠表面鍍鎳、銅、銀等金屬膜使粉煤灰中的玻璃微珠這種普通的粉體材料的應用價(jià)值顯著(zhù)提高，在航空航天材料領(lǐng)域及其他新材料領(lǐng)域展現良好的應用前景。
(2)納米硅酸鋁／硅灰石復合粉體材料。
國家“十一五”科技支撐重點(diǎn)項目“優(yōu)勢非金屬礦資源高效利用技術(shù)研究2006BABl2B01”針對硅灰石填料在工程塑料中應用存在的問(wèn)題開(kāi)發(fā)了一種表面納米硅酸鋁包覆改性的復合硅灰石礦物纖維。這種表面無(wú)機改性后的礦物纖維可以顯著(zhù)提高其在 PP及PA6中的填充性能，包括沖擊強度、拉伸強度、彎曲強度及熱變形溫度等。
(3)納米TiO2/多孔礦物復合粉體。
納米二氧化鈦作為一種光催化劑，具有光催化活性高、化學(xué)性質(zhì)穩定、使用安全和無(wú)毒無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)，是一種有廣泛應用前景的綠色環(huán)境污染治理材料。但是，純Ti02光催化材料往往是高分散的微細粉末，直接使用存在著(zhù)分散性差、難以回收、吸附捕捉能力不強等問(wèn)題，而且生產(chǎn)和使用成本高；這些因素嚴重制約了它的實(shí)際應用。2000年以來(lái)，負載型納米Ti02復合材料成為該領(lǐng)域研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。研究使用的載體材料包括多孔玻璃、硅藻土、蛋白土、沸石、凹凸棒石、海泡石等天然或人造多孔無(wú)機材料以及金屬和有機物等，其目的是降低生產(chǎn)成本，便于使用，同時(shí)提高納米Ti02的吸附捕捉性能和降低其禁帶寬度，以提高其應用性能。上海匯精亞納米新材料有限公司將納米Ti02復合在空心陶瓷微珠的表面，利用納米Ti02光催化及空心陶瓷微珠的漂浮性特點(diǎn)，應用于室外污水處理，能夠解決政府頭疼的城市內河水污染的問(wèn)題，社會(huì )效益和經(jīng)濟效益深遠。
(4)其他。
表面無(wú)機復合改性的其他進(jìn)展還有已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化并產(chǎn)生顯著(zhù)經(jīng)濟效益和社會(huì )效益的表面物理復合型和表面化學(xué)復合型活性無(wú)機阻燃劑；已經(jīng)在冰箱、空調、塑料管材等中得到應用的沸石載銀、銅抗菌材料；重晶石基復合導電礦物粉體材料；納米氧化鋅或納米氧化鈦／白色礦物抗紫外線(xiàn)復合材料等。
三：非金屬礦物粉體表面改性技術(shù)發(fā)展趨勢
非金屬礦物表面改性產(chǎn)品是因應現代高技術(shù)、新材料產(chǎn)業(yè)，特別是功能材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展而興起的新型功能材料，適應現代社會(huì )環(huán)保、節能、安全、健康的需求，是最具發(fā)展前景的無(wú)機礦物材料或功能粉體材料。預計未來(lái)10年，粉體表面改性產(chǎn)品的市場(chǎng)需求量仍將以10％左右的速度增長(cháng)。在上述背景下，筆者認為未來(lái)非金屬礦物粉體表面改性技術(shù)的主要發(fā)展趨勢表現為以下幾個(gè)方面。
1：表面改性工藝與設備。發(fā)展適用性廣、分散性能好、粉體與表面改性劑的作用機會(huì )均等、表面改性劑包覆均勻、改性溫度和停留時(shí)間可調、單位產(chǎn)品能耗和磨耗應較低、無(wú)粉塵污染的先進(jìn)工藝與裝備集成，并在此基礎上采用先進(jìn)計算機技術(shù)和人工智能技術(shù)對主要工藝參數和改性劑用量進(jìn)行在線(xiàn)自動(dòng)調控，以實(shí)現表面改性劑在顆粒表面的單分子層吸附、減少改性劑用量、穩定產(chǎn)品質(zhì)量和方便操作。
2：表面改性劑。在現有表面改性劑的基礎上、采用先進(jìn)技術(shù)降低生產(chǎn)成本，尤其是各種偶聯(lián)劑的成本；同時(shí)采用先進(jìn)化學(xué)、高分子、生化和化工科學(xué)技術(shù)和計算機技術(shù)，研發(fā)應用性能好、成本低、在某些應用領(lǐng)域有專(zhuān)門(mén)性能或特殊功能并能與粉體表面和基質(zhì)材料形成牢固作用的新型表面改性劑。
3：粉體表面改性“軟技術(shù)”。在多學(xué)科綜合的基礎上，根據目的材料的性能要求選擇粉體材料和“設計”粉體表面；運用現代科學(xué)技術(shù)，特別是先進(jìn)計算方法、計算技術(shù)以及智能技術(shù)輔助設計粉體表面改性工藝和改性劑配方，以減少實(shí)驗室工藝和配方試驗的工作量，提高表面改性工藝和改性劑配方的科學(xué)合理性，達到最佳的應用性能和應用效果。
鳳陽(yáng)縣匯精納米新材料科技有限公司采用最新的是SLG型干法連續粉體表面改性機，專(zhuān)業(yè)對無(wú)機粉體材料進(jìn)行連續性表面改性。
|
|
|
| |
|
| |
|
|
|
|
|
|
