2.5.2　表面改性工艺

（1）有机表面改性　这是利用有机物分子中的官能团在无机粉体表面的吸附或化学反应对颗粒表面改性的工艺。除利用表面官能团改性外，这种方法还包括利用自由基反应、螯合反应、溶胶吸附等。

有机表面改性所用的表面改性剂种类很多，如硅烷、钛酸酯、铝酸酯、锆铝酸盐等各种偶联剂，高级脂肪酸及其盐，有机铵盐及其他各种类型表面活性剂，磷酸酯，不饱和有机酸，有机低聚物，水溶性有机高聚物，树脂等。因此，选择的范围较大。

有机表面改性工艺可分为干法和湿法两种。

干法改性工艺是指粉体在干态下或干燥后在表面改性设备中进行分散，同时加入配制好的表面改性剂，在一定温度下进行表面改性处理的工艺。干法改性工艺可以分为间歇式和连续式两种。间歇式表面改性工艺是将计量好的粉体原料和一定量配制好的表面改性剂同时给入表面改性设备中，在一定温度下进行一定时间的表面改性处理，然后卸出处理好的物料，再加料进行下一批粉体的表面改性。连续式表面改性工艺是指连续加料和连续添加表面改性剂的工艺。因此，在连续式粉体表面改性工艺中，除了改性主机设备外，还有连续给料装置和给药（添加表面改性剂）装置。连续式表面改性工艺的特点是粉体与表面改性剂的分散较好，粉体表面包覆较均匀；因为连续给料和添加表面改性剂，劳动强度小，生产效率高，适用于大规模工业化生产。

湿法表面改性工艺是在一定固液比或固含量的浆料中添加配制好的表面改性剂及助剂，在搅拌分散和一定温度条件下对粉体进行表面改性的工艺。

影响无机粉体物料有机表面改性效果的主要因素是粉体的表面性质、表面改性剂的配方、表面改性工艺和表面改性设备等。

（2）无机沉淀包覆改性　这是通过无机化合物在颗粒表面的沉淀反应，在颗粒表面形成一层或多层“包膜”，以达到改善粉体表面性质，如光泽、着色力、遮盖力、保色性、耐候性、电、磁、热、吸附与催化等和赋予新功能为目的的表面改性方法。这是一种“无机/无机包覆”或“无机纳米/微米粉体包覆”的粉体表面改性方法。沉淀反应是无机功能填料、颜料和催化剂等表面改性最常用的方法之一。

无机沉淀包覆改性一般采用湿法工艺，即在分散的一定固含量浆料中，加入需要的无机表面改性剂，在适当的pH值和温度下使无机表面改性剂以氢氧化物或水合氧化物的形式在颗粒表面进行沉淀反应，形成一层或多层包覆，然后经过洗涤、过滤、干燥、焙烧等工序使包膜牢固地固定在颗粒表面。用于粉体表面沉淀反应改性的无机表面改性剂一般是金属氧化物、氢氧化物及其盐类。

表面无机沉淀包覆改性一般在反应釜或反应罐中进行。影响改性效果的因素主要有原料性质，如粒度大小和形状、表面官能团；无机表面改性剂的品种；浆液的pH值、浓度；反应温度和反应时间；后续处理工序，如洗涤、脱水、干燥或焙烧等。其中pH值及温度、浓度等因为直接影响无机表面改性剂在水溶液中的水解产物，所以是无机沉淀包覆改性最重要的影响因素之一。

无机表面改性剂的种类和沉淀包覆的产物类型及晶形往往决定表面改性后粉体材料的功能性和应用性能，因此，要根据粉体产品的最终用途或性能要求来选择沉淀包覆的无机表面改性剂。这种表面改性剂一般是最终包膜产物（金属氧化物）的前驱体（盐类）或水解产物。

（3）机械力化学改性　机械力化学改性是利用超细粉碎及其他强烈机械作用有目的地对粉体表面进行激活，在一定程度上改变颗粒表面的晶体结构、溶解性能（表面无定形化）、化学吸附和反应活性（增加表面活性点或活性基团）等。显然，仅仅依靠机械激活作用进行表面改性还难以满足应用要求。但是，机械力化学作用激活粉体表面，可以提高颗粒与其他无机物或有机物的作用活性；新生表面产生的自由基或离子可以引发苯乙烯、烯烃类进行聚合，形成聚合物接枝改性。因此，如果在无机粉体的粉碎过程中的某个阶段或环节添加适量的表面改性剂，那么机械激活作用可以促进表面改性剂分子在无机粉体表面的化学吸附或化学反应，达到在粉碎过程中使无机粉体表面改性的目的。这实际上就是机械力化学与表面有机或无机包覆改性的复合工艺，即在粉体粒度减小的同时对粉体颗粒进行表面有机或无机包覆改性。这种复合改性工艺可以干法进行，即在干式超细粉碎过程中实施；也可以以湿法进行，即在湿式超细粉碎过程中实施。其特点是可以简化工艺，某些表面改性剂具有一定的助磨作用，可在一定程度上提高粉碎效率。不足之处是温度不好控制，难以满足改性的工艺技术要求。此外，由于粉碎过程中包覆好的颗粒不断被粉碎，产生新的表面，颗粒包覆难以均匀，要设计好表面改性剂的添加方式才能确保均匀包覆和较高的包覆率。此外，如果粉碎设备的散热不好，超细粉碎过程中局部的过高温升可能在一定程度上使表面改性剂分解或分子结构被破坏。

对粉体物料进行机械激活的设备主要是各种类型的球磨机（旋转筒式球磨、行星球磨机、振动球磨机、搅拌球磨机、砂磨机等）、气流粉碎机、辊式磨等。

影响机械激活作用强弱的主要因素是：粉碎设备的类型、机械作用的方式、粉碎环境（干、湿、气氛等）、助磨剂或分散剂的种类和用量、机械力的作用时间以及粉体物料的晶体结构、化学组成、粒度大小和粒度分布等。

（4）插层改性　插层改性是指利用层状结构的颗粒晶体层之间结合力较弱（如分子键或范德华键）和存在可交换阳离子等特性，通过离子交换反应或化学反应改变粉体的层间和界面性质的改性方法。因此，用于插层改性的粉体一般来说具有层状或似层状晶体结构，如蒙脱土、高岭土、蛭石等层状结构的硅酸盐矿物以及石墨等。用于插层改性的改性剂大多为有机物，也有无机物。插层改性的工艺依插层剂种类、插层方法、插层原料特性等而定。具体将在膨润土、石墨、高岭土等章节中介绍。