粉体表面改性是集粉体加工、材料加工、材料性能、化工、机械等于一体的新技术,具有针对性或目的性强的特点,工艺方法较多,影响因素较多,主要包括粉体原料的性质、表面改性剂配方、表面改性工艺、表面改性设备等。
1、粉体原料的性质
粉体原料的比表面积、粒度大小和粒度分布、比表面能、表面物理化学性质、团聚性等均对改性效果有影响,是选择表面改性剂配方、工艺方法和设备的重要考察因素之一。
例如,粉体的表面物理化学性质,如表面电性、润湿性、官能团或基团、溶解或水解特性等直接影响其与表面改性剂分子的作用,从而影响其表面改性的效果。同时,表面物理化学性质也是选择表面改性工艺方法的重要考量因素之一。
2、表面改性剂配方
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。表面改性剂配方具有针对性很强,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。
在选择表面改性剂时,应综合考虑粉体原料的性质、产品的用途或应用领域以及工艺、价格和环保等因素,并根据表面改性剂的结构、性质及其与粉体的作用机理,有针对性的进行选择。
3、表面改性工艺
表面改性剂配方确定以后,表面改性工艺是决定表面改性效果最重要的影响因素之一。表面改性工艺要满足表面改性剂的应用要求或应用条件,对表面改性剂的分散性好,能够实现表面改性剂在粉体表面均匀且牢固的包覆;同时要求工艺简单、参数可控性好、产品质量稳定,而且能耗低、污染小。
因此,选择表面改性工艺时至少要考虑以下因素:
①表面改性剂的特性,如水溶性、水解性、沸点或分解温度等;
②前段粉碎或粉体制备作业是湿法还是干法?如果是湿法作业可考虑采用湿法改性工艺;
③表面改性方法。方法决定工艺,如对于表面化学包覆,既可采用干法,也可采用湿法工艺;但对于无机表面改性剂的沉淀包膜,只能采用湿法工艺。
目前,常用表面改性工艺主要有干法工艺、湿法工艺、粉碎与表面改性合二为一工艺、干燥与表面改性合二为一工艺等。
4、表面改性设备
粉体的表面改性或表面处理技术主要包括表面改性方法、工艺、表面改性剂及其配方、表面改性设备等。其中在表面改性工艺和改性剂配方确定的情况下,表面改性设备就成为影响粉体表面改性或表面处理效果的关键因素。
表面改性设备性能的优劣,不在其转速的高低或结构复杂与否,关键在于以下基本工艺特性:①对粉体及表面改性剂的分散性;
②使粉体与表面改性剂的接触或作用的机会;
③改性温度和停留时间;
④单位产品能耗和磨耗;
⑤粉尘污染;
⑥设备的运转状态。
高性能的表面改性机应能够使粉体及表面改性剂的分散性好、粉体与表面改性剂的接触或作用机会均等,以达到均匀的单分层吸附、减少改性剂用量;同时,能方便调节改性温度和反应或停留时间,以达到牢固包覆和使溶剂或稀释剂完全蒸发(如果使用了溶剂或稀释剂);此外,单位产品能耗和磨耗应较低,无粉尘污染(粉体外溢不仅污染环境,恶化工作条件,而且损失物料,增加了生产成本),设备操作简便,运行平稳。