粉末顆粒的分散與改性

1、 第二章第二章 粉末顆粒的分散與表面改性粉末顆粒的分散與表面改性2.1 粉體的表面先現(xiàn)象與表面能粉體的表面先現(xiàn)象與表面能2.2 顆粒的分散顆粒的分散2.3 粉末顆粒的表面改性粉末顆粒的表面改性影響粉體性能的基本因素影響粉體性能的基本因素 l粉末材料的化學(xué)成分粉末材料的化學(xué)成分l粉末材料的晶體結(jié)構(gòu)粉末材料的晶體結(jié)構(gòu)l粉末材料的形貌特征粉末材料的形貌特征 粒徑粒徑 粒徑分布粒徑分布 形狀形狀l粉末材料的表面性質(zhì)粉末材料的表面性質(zhì) 表面能表面能 表面張力表面張力 表面化學(xué)位表面化學(xué)位 表面官能團(tuán)表面官能團(tuán) 表面酸堿性表面酸堿性2.1 粉體的表面現(xiàn)象與表面能n粉體顆粒的表面現(xiàn)象粉體顆粒的表面現(xiàn)象n不飽

2、和性（斷面）不飽和性（斷面）n非均質(zhì)性（內(nèi)外原子或離子能量狀態(tài)不同）非均質(zhì)性（內(nèi)外原子或離子能量狀態(tài)不同）n粉體顆粒的表面能與表面活性粉體顆粒的表面能與表面活性n表面能（表面質(zhì)點(diǎn)有額外的勢(shì)能）表面能（表面質(zhì)點(diǎn)有額外的勢(shì)能）n表面活性（顆粒小，不飽和質(zhì)點(diǎn)多，提高表表面活性（顆粒小，不飽和質(zhì)點(diǎn)多，提高表面活性）面活性）n表面能表面能222KnaGaF顆粒表面能的數(shù)量不僅取決于比表面積的大小，還取顆粒表面能的數(shù)量不僅取決于比表面積的大小，還取決于斷面的幾何形狀、性質(zhì)和所處的位置。顆粒的粒決于斷面的幾何形狀、性質(zhì)和所處的位置。顆粒的粒度變細(xì)后，顆粒的表面能和表面活性將大大增加。度變細(xì)后，顆粒的表面能和

3、表面活性將大大增加。2.2粉末顆粒的分散粉末顆粒的分散n懸浮體系：懸浮體系： 固體顆粒在氣相中懸浮、固體顆粒在液相中懸??；固體顆粒在氣相中懸浮、固體顆粒在液相中懸??； 液相顆粒在氣相中懸浮、液相顆粒在液相中懸浮。液相顆粒在氣相中懸浮、液相顆粒在液相中懸浮。n懸浮顆粒的分散性影響粉體工程單元操作和產(chǎn)品質(zhì)量以及粉懸浮顆粒的分散性影響粉體工程單元操作和產(chǎn)品質(zhì)量以及粉 體粒度的測(cè)量。體粒度的測(cè)量。2.2.1 粉末顆粒在粉末顆粒在空氣空氣中的分散中的分散 粉末顆粒粒徑很小時(shí)，極易在空氣中粘結(jié)成團(tuán)，特別是粉末顆粒粒徑很小時(shí)，極易在空氣中粘結(jié)成團(tuán)，特別是微米、亞微米級(jí)的超細(xì)粉末，這種現(xiàn)象對(duì)粉體的加工過(guò)程微米

4、、亞微米級(jí)的超細(xì)粉末，這種現(xiàn)象對(duì)粉體的加工過(guò)程極為不利。極為不利。一、顆粒之間的作用力一、顆粒之間的作用力 1. 顆粒分子間的作用力顆粒分子間的作用力 球體間球體間 球與平板球與平板 2. 顆粒間的靜電作用力顆粒間的靜電作用力 3. 顆粒在濕空氣中的粘結(jié)力顆粒在濕空氣中的粘結(jié)力 液橋粘結(jié)力液橋粘結(jié)力 4. 磁性力磁性力 -單疇顆粒（粒徑在單疇臨界尺寸以下，只含有單疇顆粒（粒徑在單疇臨界尺寸以下，只含有 一個(gè)磁疇的顆粒）一個(gè)磁疇的顆粒） 5. 顆粒表面不平滑引起的機(jī)械咬合力顆粒表面不平滑引起的機(jī)械咬合力 212121112ddddHAFm221sin112sinsin2rrRRFy21124Hd

5、AFw粉末顆粒在空氣中的分散粉末顆粒在空氣中的分散顆粒之間的作用力顆粒之間的作用力 顆粒分子間的作用力范德華力顆粒分子間的作用力范德華力 a)小分子之間力作用距離極短，約為小分子之間力作用距離極短，約為1nm，它是一個(gè)典型的短程力，與分子間距的，它是一個(gè)典型的短程力，與分子間距的7次方成反比，。次方成反比，。 b)極大量分子集合體構(gòu)成的體系，如超細(xì)顆粒，隨著顆粒間距離的增大，其分子間極大量分子集合體構(gòu)成的體系，如超細(xì)顆粒，隨著顆粒間距離的增大，其分子間的作用力的衰減程度明顯變緩。這是因?yàn)榇嬖谥鄠€(gè)分子的綜合作用之故。超細(xì)顆粒的作用力的衰減程度明顯變緩。這是因?yàn)榇嬖谥鄠€(gè)分子的綜合作用之故。超細(xì)

6、顆粒間分子的有效間距可達(dá)間分子的有效間距可達(dá)50nm，可看成長(zhǎng)程力。，可看成長(zhǎng)程力。 對(duì)于半徑分別為對(duì)于半徑分別為R1，R2的兩個(gè)球體，分子作用力的兩個(gè)球體，分子作用力Fm為：為： 對(duì)于球與平板，對(duì)于球與平板， A是是Hamaker常數(shù)，單位常數(shù)，單位J。Hamaker常數(shù)是物質(zhì)的一種特征常數(shù)，各種物質(zhì)的常數(shù)是物質(zhì)的一種特征常數(shù)，各種物質(zhì)的Hamaker常數(shù)常數(shù)A不同。在真空中不同。在真空中A介于介于0.4-4.010-9J間。間。 212126RRRRaAFm212aARFm 顆粒間的靜電作用力顆粒間的靜電作用力-氣態(tài)離子的擴(kuò)散產(chǎn)生氣態(tài)離子的擴(kuò)散產(chǎn)生 接觸電位差引起的靜電引力。顆粒與其它物體

7、接觸時(shí)，顆粒表面電接觸電位差引起的靜電引力。顆粒與其它物體接觸時(shí)，顆粒表面電荷等電量地吸引對(duì)方的異電荷，從而產(chǎn)生接觸電位差，其值可達(dá)荷等電量地吸引對(duì)方的異電荷，從而產(chǎn)生接觸電位差，其值可達(dá)0.5V。接觸電位差引起的靜電引力可由下式計(jì)算。接觸電位差引起的靜電引力可由下式計(jì)算: Fe=4sS s為表面電荷密度，為表面電荷密度，s=q/S, q為實(shí)測(cè)電量，為實(shí)測(cè)電量，S為接觸面積。為接觸面積。 由鏡像力產(chǎn)生的靜電引力。由鏡像力產(chǎn)生的靜電引力。 鏡象力實(shí)際上是一種電荷感應(yīng)力。其大小是有下式確定：鏡象力實(shí)際上是一種電荷感應(yīng)力。其大小是有下式確定： Fim鏡象力，單位鏡象力，單位N；Q顆粒電荷，單位顆粒電

8、荷，單位C；l電荷中心距電荷中心距離，離，l=2(R+H+/2-D-)；R顆粒半徑。顆粒半徑。庫(kù)侖力：帶電顆粒之間的靜電引力庫(kù)侖力：帶電顆粒之間的靜電引力 22lQFim顆粒在濕空氣中的粘結(jié)力顆粒在濕空氣中的粘結(jié)力當(dāng)空氣的相對(duì)濕度超過(guò)當(dāng)空氣的相對(duì)濕度超過(guò)65時(shí)，水蒸氣開(kāi)始在顆粒表面及顆粒間凝集時(shí)，水蒸氣開(kāi)始在顆粒表面及顆粒間凝集，顆粒間因形成液橋而大大增強(qiáng)了粘結(jié)力。，顆粒間因形成液橋而大大增強(qiáng)了粘結(jié)力。液橋粘結(jié)力液橋粘結(jié)力Fk主要由液橋曲面而產(chǎn)生的毛細(xì)壓力及表面張力引起的附主要由液橋曲面而產(chǎn)生的毛細(xì)壓力及表面張力引起的附著力組成，可用下式表示著力組成，可用下式表示: sin)11(2sin)s

9、in(2221RRrrFglk 機(jī)械分散：是指用機(jī)械力把顆粒團(tuán)聚團(tuán)打散。機(jī)械分散的必要條件是機(jī)械分散：是指用機(jī)械力把顆粒團(tuán)聚團(tuán)打散。機(jī)械分散的必要條件是機(jī)械力（通常是指流體的剪切力及壓差力）應(yīng)大于顆粒間的黏著力。機(jī)械力（通常是指流體的剪切力及壓差力）應(yīng)大于顆粒間的黏著力。 干燥：由于潮濕空氣中顆粒間形成液橋是顆粒團(tuán)聚的重要原因，而液干燥：由于潮濕空氣中顆粒間形成液橋是顆粒團(tuán)聚的重要原因，而液橋力是分子間作用力的十倍或幾十倍，因此，杜絕液橋的產(chǎn)生后破壞橋力是分子間作用力的十倍或幾十倍，因此，杜絕液橋的產(chǎn)生后破壞業(yè)已形成的液橋是保證顆粒分散的重要途徑。業(yè)已形成的液橋是保證顆粒分散的重要途徑。 工程

10、上一般采用加熱烘干法，比如用紅外線、微波、噴霧干燥等手段工程上一般采用加熱烘干法，比如用紅外線、微波、噴霧干燥等手段加熱微細(xì)顆粒，降低粉體的水分含量可保證物料的松散。加熱微細(xì)顆粒，降低粉體的水分含量可保證物料的松散。 疏水處理：對(duì)顆粒表面進(jìn)行疏水處理，減小水對(duì)顆粒的潤(rùn)濕性。比如疏水處理：對(duì)顆粒表面進(jìn)行疏水處理，減小水對(duì)顆粒的潤(rùn)濕性。比如對(duì)玻璃表面的硅烷化處理可使水對(duì)玻璃的潤(rùn)濕由對(duì)玻璃表面的硅烷化處理可使水對(duì)玻璃的潤(rùn)濕由0提高到提高到118，因，因而可有效地抑制玻璃珠表面與平板玻璃間液橋的產(chǎn)生，降低相互間的而可有效地抑制玻璃珠表面與平板玻璃間液橋的產(chǎn)生，降低相互間的作用力，減少顆粒團(tuán)聚的傾向。作

11、用力，減少顆粒團(tuán)聚的傾向。 靜電分散：對(duì)于同質(zhì)顆粒，如果表面荷電性質(zhì)相同，靜電力起到排斥靜電分散：對(duì)于同質(zhì)顆粒，如果表面荷電性質(zhì)相同，靜電力起到排斥作用，因此可用靜電力進(jìn)行顆粒分散。作用，因此可用靜電力進(jìn)行顆粒分散。 其方法是將顆粒群連續(xù)通過(guò)電暈放電形成的離子電簾，從而使顆粒其方法是將顆粒群連續(xù)通過(guò)電暈放電形成的離子電簾，從而使顆粒表面荷電，其最終荷電量與電場(chǎng)強(qiáng)度和顆粒的介電常數(shù)相關(guān)。表面荷電，其最終荷電量與電場(chǎng)強(qiáng)度和顆粒的介電常數(shù)相關(guān)。 二、顆粒在空氣中的分散方法二、顆粒在空氣中的分散方法 2.2.2固體顆粒在液體中的分散固體顆粒在液體中的分散 固體顆粒在液體中的分散過(guò)程，本質(zhì)上受兩種基本作

12、固體顆粒在液體中的分散過(guò)程，本質(zhì)上受兩種基本作用支配，即液體對(duì)固體顆粒的浸潤(rùn)及液體中固體顆粒間的用支配，即液體對(duì)固體顆粒的浸潤(rùn)及液體中固體顆粒間的相互作用。相互作用。 n 液體對(duì)固體顆粒的浸潤(rùn)液體對(duì)固體顆粒的浸潤(rùn) 一圓柱體顆粒懸浮與液體的表面。如顆粒表面張力及潤(rùn)濕角足夠大，一圓柱體顆粒懸浮與液體的表面。如顆粒表面張力及潤(rùn)濕角足夠大，顆粒將穩(wěn)定地處于液體表面而不下沉。顆粒將穩(wěn)定地處于液體表面而不下沉。 懸浮于表面的條件為：懸浮于表面的條件為： 4dglsind2H(pl)gd2him l g 式中式中d 為圓柱體顆粒的橫截面直徑，為圓柱體顆粒的橫截面直徑，H是顆粒高，是顆粒高，l 是液體密度，是

13、液體密度，p 是顆粒密度，是顆粒密度， gl是液體表面張力，是液體表面張力，是潤(rùn)濕角，是潤(rùn)濕角，him是顆粒表面的是顆粒表面的沉沒(méi)深度。沉沒(méi)深度。n 顆粒間的相互作用力顆粒間的相互作用力分子間的作用力：當(dāng)微粒在液體中時(shí)候，必須考慮液體分子與顆粒分子群的作用，以分子間的作用力：當(dāng)微粒在液體中時(shí)候，必須考慮液體分子與顆粒分子群的作用，以及這種作用對(duì)顆粒間分子作用力的影響。及這種作用對(duì)顆粒間分子作用力的影響。 Hamaker 常數(shù)：常數(shù)：A132=(A111/2A331/2) (A221/2A331/2) FMA132R/12h2 不同質(zhì)顆粒不同質(zhì)顆粒 ：A33介于介于A22與與A11間間 則則A1

14、32為負(fù)，為負(fù)， FM為正，為正， 排斥力。排斥力。同質(zhì)顆粒：同質(zhì)顆粒： A11A22 A132為正，為正， FM為負(fù)，為負(fù)， 恒為吸引力。恒為吸引力。雙電層作用力：當(dāng)固體與液體接觸時(shí)，可以是固體雙電層作用力：當(dāng)固體與液體接觸時(shí)，可以是固體 從溶液中選擇性吸附某種離子，也可以是固體分子從溶液中選擇性吸附某種離子，也可以是固體分子 本身的電離作用使離子進(jìn)入溶液，以致使固液兩相本身的電離作用使離子進(jìn)入溶液，以致使固液兩相 分別帶有不同符號(hào)的電荷，在界面上形成了雙電層分別帶有不同符號(hào)的電荷，在界面上形成了雙電層 的結(jié)構(gòu)。的結(jié)構(gòu)。 固液之間可以發(fā)生相對(duì)移動(dòng)處（即固相連帶束縛的固液之間可以發(fā)生相對(duì)移動(dòng)處

15、（即固相連帶束縛的 溶劑化層和溶液之間）的電勢(shì)稱為溶劑化層和溶液之間）的電勢(shì)稱為電位（電位（Zeta電位）。電位）。 同質(zhì)固體顆粒：雙點(diǎn)層靜電作用力恒表現(xiàn)為排斥力，同質(zhì)固體顆粒：雙點(diǎn)層靜電作用力恒表現(xiàn)為排斥力， 因此它是防止顆粒相互團(tuán)聚的主要因此它是防止顆粒相互團(tuán)聚的主要 原因之一。原因之一。 不同質(zhì)的顆粒：不同質(zhì)的顆粒：Zeta電位為不同值，甚至不同號(hào)，對(duì)于電位電位為不同值，甚至不同號(hào)，對(duì)于電位 異號(hào)的顆粒，靜電作用力則表現(xiàn)為吸引力，異號(hào)的顆粒，靜電作用力則表現(xiàn)為吸引力， 即使電位同號(hào)，若兩者絕對(duì)值相差很大，即使電位同號(hào)，若兩者絕對(duì)值相差很大， 顆粒間仍可出現(xiàn)靜電引力。顆粒間仍可出現(xiàn)靜電引力

16、。 溶劑化膜作用力：顆粒在液體中引起其周圍液體分子結(jié)構(gòu)的變化，稱溶劑化膜作用力：顆粒在液體中引起其周圍液體分子結(jié)構(gòu)的變化，稱為結(jié)構(gòu)化。對(duì)于極性表面的顆粒，極性液體分子受顆粒的很強(qiáng)作用，為結(jié)構(gòu)化。對(duì)于極性表面的顆粒，極性液體分子受顆粒的很強(qiáng)作用，在顆粒周圍形成一種有序排列并具有一定機(jī)械強(qiáng)度的溶劑化膜。對(duì)非在顆粒周圍形成一種有序排列并具有一定機(jī)械強(qiáng)度的溶劑化膜。對(duì)非極性表面的顆粒，極性液體分子將通過(guò)自身的結(jié)構(gòu)調(diào)整而在顆粒周圍極性表面的顆粒，極性液體分子將通過(guò)自身的結(jié)構(gòu)調(diào)整而在顆粒周圍形成具有排斥顆粒作用的另一種溶劑化膜。形成具有排斥顆粒作用的另一種溶劑化膜。 水的溶劑膜作用力水的溶劑膜作用力FS可

17、由下式給出可由下式給出 Fs=K exp(-h/) 為體相水中氫鍵鍵長(zhǎng)，為體相水中氫鍵鍵長(zhǎng)，h是溶劑膜厚度，是溶劑膜厚度，K是系數(shù)。是系數(shù)。 極性表面：極性表面： K0， FS為排斥力為排斥力 非極性表面：非極性表面：K0， FS為吸引力為吸引力 高分子聚合物吸附層的空間位阻效應(yīng)：高分子聚合物吸附層的空間位阻效應(yīng)： 當(dāng)顆粒表面吸附有機(jī)或無(wú)機(jī)聚合物時(shí)，聚合物吸附層將在顆粒接近當(dāng)顆粒表面吸附有機(jī)或無(wú)機(jī)聚合物時(shí)，聚合物吸附層將在顆粒接近時(shí)產(chǎn)生一種附加的作用，稱為空間位阻效應(yīng)。當(dāng)吸附層牢固且相當(dāng)致時(shí)產(chǎn)生一種附加的作用，稱為空間位阻效應(yīng)。當(dāng)吸附層牢固且相當(dāng)致密，有良好溶劑化性質(zhì)時(shí)，它起對(duì)抗微粒接近及聚團(tuán)

18、的作用，此時(shí)高密，有良好溶劑化性質(zhì)時(shí)，它起對(duì)抗微粒接近及聚團(tuán)的作用，此時(shí)高聚物吸附層表現(xiàn)出很強(qiáng)的空間排斥力。雖然這種力只是當(dāng)顆粒間距達(dá)聚物吸附層表現(xiàn)出很強(qiáng)的空間排斥力。雖然這種力只是當(dāng)顆粒間距達(dá)到雙方吸附層接觸時(shí)才出現(xiàn)。到雙方吸附層接觸時(shí)才出現(xiàn)。 另一種情況，當(dāng)鏈狀高分子在顆粒表面的吸附密度很低，比如小于另一種情況，當(dāng)鏈狀高分子在顆粒表面的吸附密度很低，比如小于50%或更小，它們可以同時(shí)在兩個(gè)或多個(gè)顆粒表面吸附，此時(shí)顆粒通或更小，它們可以同時(shí)在兩個(gè)或多個(gè)顆粒表面吸附，此時(shí)顆粒通過(guò)高分子的橋連作用而聚團(tuán)。這種聚團(tuán)的結(jié)構(gòu)疏松，密度低，強(qiáng)度也過(guò)高分子的橋連作用而聚團(tuán)。這種聚團(tuán)的結(jié)構(gòu)疏松，密度低，強(qiáng)度

19、也低，聚團(tuán)中的顆粒相距較遠(yuǎn)。低，聚團(tuán)中的顆粒相距較遠(yuǎn)。顆粒的聚集狀態(tài)顆粒的聚集狀態(tài)DLVO理論：顆粒的聚團(tuán)與分散主要取決于他們間分子吸引力與雙電層靜電排斥力的相理論：顆粒的聚團(tuán)與分散主要取決于他們間分子吸引力與雙電層靜電排斥力的相對(duì)關(guān)系。對(duì)關(guān)系。 當(dāng)顆粒距離較大時(shí)，雙電層未重疊，吸引力起主要作用，因此總勢(shì)能為負(fù)值。當(dāng)顆粒當(dāng)顆粒距離較大時(shí)，雙電層未重疊，吸引力起主要作用，因此總勢(shì)能為負(fù)值。當(dāng)顆?？拷揭欢ň嚯x以至雙電層重疊，則排斥力起主要作用，勢(shì)能顯著增加，但與此同時(shí)靠近到一定距離以至雙電層重疊，則排斥力起主要作用，勢(shì)能顯著增加，但與此同時(shí)，粒子之間的吸引力也隨距離的縮短而增大。當(dāng)距離縮短到一定

20、程度后，吸引力又占，粒子之間的吸引力也隨距離的縮短而增大。當(dāng)距離縮短到一定程度后，吸引力又占優(yōu)勢(shì)，勢(shì)能便隨之下降。優(yōu)勢(shì)，勢(shì)能便隨之下降。 實(shí)際的情況遠(yuǎn)比上述理論分析復(fù)雜的多。首先顆粒間相互作用與顆粒的表面性質(zhì)，特實(shí)際的情況遠(yuǎn)比上述理論分析復(fù)雜的多。首先顆粒間相互作用與顆粒的表面性質(zhì)，特別是潤(rùn)濕性密切相關(guān)。其次，這種相互作用還與顆粒表面覆蓋的吸附層的成分、覆蓋別是潤(rùn)濕性密切相關(guān)。其次，這種相互作用還與顆粒表面覆蓋的吸附層的成分、覆蓋率、吸附濃度及厚度等有關(guān)。對(duì)于異質(zhì)顆粒還可能出現(xiàn)分子作用力為排斥力而靜電作率、吸附濃度及厚度等有關(guān)。對(duì)于異質(zhì)顆粒還可能出現(xiàn)分子作用力為排斥力而靜電作用力為吸引力的情況

21、。用力為吸引力的情況。三、固液體系中固體顆粒分散的調(diào)控三、固液體系中固體顆粒分散的調(diào)控體系的調(diào)控：相同極性原則體系的調(diào)控：相同極性原則 極性顆粒極性溶劑極性顆粒極性溶劑 非極性顆粒非極性溶劑非極性顆粒非極性溶劑分散劑的加入：分散劑的加入： 無(wú)機(jī)電解質(zhì)：聚磷酸鈉，硅酸鈉，氫氧化鈉及蘇打等無(wú)機(jī)電解質(zhì)：聚磷酸鈉，硅酸鈉，氫氧化鈉及蘇打等 作用：作用： 在顆粒表面吸附，一方面顯著提高顆粒表面在顆粒表面吸附，一方面顯著提高顆粒表面Zeta電位值，從電位值，從 而產(chǎn)生強(qiáng)的雙電層靜電排斥作用。而產(chǎn)生強(qiáng)的雙電層靜電排斥作用。 聚合物在顆粒表面的吸附層可誘發(fā)很強(qiáng)的空間位阻效應(yīng)。聚合物在顆粒表面的吸附層可誘發(fā)很強(qiáng)

22、的空間位阻效應(yīng)。 可增強(qiáng)顆粒表面對(duì)水的潤(rùn)濕程度，從而有效防止顆粒在水中可增強(qiáng)顆粒表面對(duì)水的潤(rùn)濕程度，從而有效防止顆粒在水中 的聚團(tuán)。的聚團(tuán)。 表面活性劑：其分散作用主要表現(xiàn)為它對(duì)顆粒表面濕潤(rùn)性的調(diào)整。表面活性劑：其分散作用主要表現(xiàn)為它對(duì)顆粒表面濕潤(rùn)性的調(diào)整。 高分子聚合物：利用它在顆粒表面的吸附膜的強(qiáng)化的空間位阻效應(yīng)。高分子聚合物：利用它在顆粒表面的吸附膜的強(qiáng)化的空間位阻效應(yīng)。這種分散劑要求吸附膜致密，空間位阻大，因而其用量也就大這種分散劑要求吸附膜致密，空間位阻大，因而其用量也就大 。機(jī)械調(diào)控：機(jī)械調(diào)控： 超聲分散超聲分散 機(jī)械攪拌機(jī)械攪拌常用分散體系常用分散體系介質(zhì)類別介質(zhì)類別介質(zhì)溶液介質(zhì)

23、溶液固體顆粒固體顆粒分散劑分散劑極性極性水水大多數(shù)無(wú)機(jī)鹽、氧大多數(shù)無(wú)機(jī)鹽、氧化物、硅酸鹽類顆化物、硅酸鹽類顆粒、煤粉、木炭、粒、煤粉、木炭、炭黑、石墨顆粒等炭黑、石墨顆粒等鞣酸、亞油鞣酸、亞油酸鈉、草酸酸鈉、草酸鈉鈉極性極性有機(jī)溶劑有機(jī)溶劑乙醇、乙二醇、乙醇、乙二醇、丁醇、甘油丁醇、甘油+水、水、丙醇丙醇錳、銅、鐵、鈷金錳、銅、鐵、鈷金屬粉，氧化物陶瓷屬粉，氧化物陶瓷粉、糖粉、淀粉、粉、糖粉、淀粉、有機(jī)物粉。有機(jī)物粉。六偏磷酸鈉六偏磷酸鈉等等非極性非極性有機(jī)溶劑有機(jī)溶劑環(huán)已烷、二甲環(huán)已烷、二甲苯、苯煤油、苯、苯煤油、四氯化碳四氯化碳絕大多數(shù)疏水顆粒、絕大多數(shù)疏水顆粒、水泥、白堊、碳化水泥、白堊

24、、碳化鎢顆粒等。鎢顆粒等。亞油酸等亞油酸等2.3 粉末顆粒的表面改性粉末顆粒的表面改性 2.3.1 定義定義 用一定的方法對(duì)顆粒表面進(jìn)行處理、修飾及加工，有目的地改變顆粒表面用一定的方法對(duì)顆粒表面進(jìn)行處理、修飾及加工，有目的地改變顆粒表面的物理、化學(xué)性質(zhì)，以滿足粉末加工過(guò)程及應(yīng)用的需要。的物理、化學(xué)性質(zhì)，以滿足粉末加工過(guò)程及應(yīng)用的需要。 主要方法主要方法 物理方法：機(jī)械力處理、輻射、濺射以及相結(jié)合的真空技術(shù)處理。物理方法：機(jī)械力處理、輻射、濺射以及相結(jié)合的真空技術(shù)處理。 化學(xué)方法：浸泡、原位或非原位化學(xué)反應(yīng)的表面吸附或沉積?；瘜W(xué)方法：浸泡、原位或非原位化學(xué)反應(yīng)的表面吸附或沉積。 處理目的處理目

25、的 親水性修飾；親水性修飾； 親油性修飾；親油性修飾； 改變磁性；改變電性；改變光學(xué)性質(zhì)；增加改變磁性；改變電性；改變光學(xué)性質(zhì)；增加耐候性。耐候性。2.3.2 粉末顆粒的表面改性方法粉末顆粒的表面改性方法 一、物理法表面改性一、物理法表面改性 1. 超聲處理：改變材料的特性和狀態(tài)。超聲處理：改變材料的特性和狀態(tài)。 主要作用：清洗表面污染物；主要作用：清洗表面污染物； 分解表面試劑吸附層；分解表面試劑吸附層； 空化作用；空化作用； 促進(jìn)懸浮體結(jié)構(gòu)分散；促進(jìn)懸浮體結(jié)構(gòu)分散； 改變半導(dǎo)體和順磁顆粒的性能。改變半導(dǎo)體和順磁顆粒的性能。 2. 輻射處理：改變顆粒表面性質(zhì)。輻射處理：改變顆粒表面性質(zhì)。 3

26、. 電化學(xué)改性：改變顆粒表面成分及特性。電化學(xué)改性：改變顆粒表面成分及特性。 4. 等離子體表面改性：改變顆粒表面形態(tài)、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。等離子體表面改性：改變顆粒表面形態(tài)、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。 一、物理法表面改性一、物理法表面改性超聲處理：超聲波可產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)及對(duì)介質(zhì)的空化，并由此誘導(dǎo)出超聲處理：超聲波可產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)及對(duì)介質(zhì)的空化，并由此誘導(dǎo)出熱、光、電、化學(xué)和生物現(xiàn)象，甚至使材料的特性和狀態(tài)發(fā)生變化。熱、光、電、化學(xué)和生物現(xiàn)象，甚至使材料的特性和狀態(tài)發(fā)生變化。 輻射處理是將高能射線與物質(zhì)相互作用，在極短的時(shí)間內(nèi)將能量傳遞輻射處理是將高能射線與物質(zhì)相互作用，在極短的時(shí)間內(nèi)將能量傳遞給介質(zhì)，使介質(zhì)發(fā)生電

27、離和激發(fā)等變化，從而引起缺陷生成，輻射化給介質(zhì)，使介質(zhì)發(fā)生電離和激發(fā)等變化，從而引起缺陷生成，輻射化學(xué)反應(yīng)，熱效應(yīng)，荷電效應(yīng)等從而使顆粒表面性質(zhì)發(fā)生變化。改變顆學(xué)反應(yīng)，熱效應(yīng)，荷電效應(yīng)等從而使顆粒表面性質(zhì)發(fā)生變化。改變顆粒表面性質(zhì)。粒表面性質(zhì)。外加電場(chǎng)：外加電場(chǎng)： 當(dāng)固當(dāng)固液體系（如礦物顆粒一水的礦漿）達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)各種無(wú)機(jī)液體系（如礦物顆粒一水的礦漿）達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)各種無(wú)機(jī)離子達(dá)到平衡，整個(gè)體系存在一個(gè)平衡電位，即礦漿電位。當(dāng)通過(guò)電離子達(dá)到平衡，整個(gè)體系存在一個(gè)平衡電位，即礦漿電位。當(dāng)通過(guò)電極施加電場(chǎng)作用于整個(gè)礦漿時(shí)，各種離子的平衡被打破，礦漿的離子極施加電場(chǎng)作用于整個(gè)礦漿時(shí)，各種離子的平衡

28、被打破，礦漿的離子組成發(fā)生變化，從而引起礦物顆粒表面成分及特性發(fā)生變化。組成發(fā)生變化，從而引起礦物顆粒表面成分及特性發(fā)生變化。 主要作用：清洗表面污染物；主要作用：清洗表面污染物； 分解表面試劑吸附層；促進(jìn)空化作用；懸浮分解表面試劑吸附層；促進(jìn)空化作用；懸浮體結(jié)構(gòu)分散；改變半導(dǎo)體和順磁顆粒的性能體結(jié)構(gòu)分散；改變半導(dǎo)體和順磁顆粒的性能 2.3.2 粉末顆粒的表面改性方法粉末顆粒的表面改性方法物理法表面改性物理法表面改性等離子體：等離子體： 等離子體是由大量帶正負(fù)電荷的粒子和中性粒子構(gòu)成，并宏觀表現(xiàn)等離子體是由大量帶正負(fù)電荷的粒子和中性粒子構(gòu)成，并宏觀表現(xiàn)為電中性，導(dǎo)電率很高的氣態(tài)物質(zhì)。是物質(zhì)存在

29、的第四狀態(tài)。等離子為電中性，導(dǎo)電率很高的氣態(tài)物質(zhì)。是物質(zhì)存在的第四狀態(tài)。等離子體可通過(guò)高溫下粒子的熱運(yùn)動(dòng)，使分子，原子劇烈碰撞離解形成離子體可通過(guò)高溫下粒子的熱運(yùn)動(dòng)，使分子，原子劇烈碰撞離解形成離子和電子。和電子。 用等離子處理粉末的方法有：用等離子處理粉末的方法有： （1）用聚合物氣體的等離子體對(duì)粉末進(jìn)行表面處理，在顆粒表面）用聚合物氣體的等離子體對(duì)粉末進(jìn)行表面處理，在顆粒表面形成聚合物薄膜。形成聚合物薄膜。 （2）用非聚合物氣體如）用非聚合物氣體如Ar，He，H2O的等離子體處理粉末表面的等離子體處理粉末表面，除去粉末表面吸附的雜質(zhì)，并在粉末表面引入各種活性基團(tuán)。，除去粉末表面吸附的雜質(zhì)，

30、并在粉末表面引入各種活性基團(tuán)。 （3）也可由顆粒表面活性自由基引發(fā)接聚合反應(yīng)，從而生成大分）也可由顆粒表面活性自由基引發(fā)接聚合反應(yīng)，從而生成大分子量的聚合物薄膜。子量的聚合物薄膜。 二、化學(xué)法表面改性二、化學(xué)法表面改性包覆處理改性包覆處理改性 固相包覆改性：固相包覆改性： 通常是指將常溫下互無(wú)粘性也不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的兩種物質(zhì)（一種是要改性通常是指將常溫下互無(wú)粘性也不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的兩種物質(zhì)（一種是要改性的無(wú)機(jī)物顆粒，另一種是無(wú)機(jī)物超細(xì)粉，也可是有機(jī)物）通過(guò)一定的處理，的無(wú)機(jī)物顆粒，另一種是無(wú)機(jī)物超細(xì)粉，也可是有機(jī)物）通過(guò)一定的處理，使一種物質(zhì)或幾種物質(zhì)包覆在顆粒表面，從而實(shí)現(xiàn)表面改性的方法。使一種

31、物質(zhì)或幾種物質(zhì)包覆在顆粒表面，從而實(shí)現(xiàn)表面改性的方法。 實(shí)現(xiàn)固相包覆主要是靠機(jī)械力作用。對(duì)于高分子聚合物固相包覆，是使高實(shí)現(xiàn)固相包覆主要是靠機(jī)械力作用。對(duì)于高分子聚合物固相包覆，是使高聚物在機(jī)械力的作用下產(chǎn)生裂解，結(jié)構(gòu)化，環(huán)化，離子化和異構(gòu)化等化學(xué)變聚物在機(jī)械力的作用下產(chǎn)生裂解，結(jié)構(gòu)化，環(huán)化，離子化和異構(gòu)化等化學(xué)變化，然后在活性固體表面，在引發(fā)劑作用下實(shí)現(xiàn)聚合及接枝而包覆固體顆?；缓笤诨钚怨腆w表面，在引發(fā)劑作用下實(shí)現(xiàn)聚合及接枝而包覆固體顆粒表面。表面。 液相包覆改性液相包覆改性 是指在液相中通過(guò)化學(xué)反應(yīng)對(duì)顆粒表面進(jìn)行包覆，包覆物質(zhì)包括金屬氧化物是指在液相中通過(guò)化學(xué)反應(yīng)對(duì)顆粒表面進(jìn)行包覆，包

32、覆物質(zhì)包括金屬氧化物，金屬，聚合物，硫化物等。常用的液相包覆方法包括溶膠凝膠法，沉淀法，金屬，聚合物，硫化物等。常用的液相包覆方法包括溶膠凝膠法，沉淀法，微乳液法，非均相凝聚法，化學(xué)鍍等。，微乳液法，非均相凝聚法，化學(xué)鍍等。 化學(xué)氣相沉積表面包覆改性化學(xué)氣相沉積表面包覆改性表面化學(xué)改性表面化學(xué)改性2.3.3 表面改性劑表面改性劑偶聯(lián)劑：偶聯(lián)劑： 偶聯(lián)劑是兩性結(jié)構(gòu)物質(zhì)，分子中的一部分基團(tuán)可與顆粒表面的各種偶聯(lián)劑是兩性結(jié)構(gòu)物質(zhì)，分子中的一部分基團(tuán)可與顆粒表面的各種官能團(tuán)反應(yīng)，形成強(qiáng)有力的化學(xué)鍵合，另一部分基團(tuán)可與有機(jī)高分子官能團(tuán)反應(yīng)，形成強(qiáng)有力的化學(xué)鍵合，另一部分基團(tuán)可與有機(jī)高分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物

33、理纏繞，從而將粉體顆粒與有機(jī)基體兩種性質(zhì)差異發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理纏繞，從而將粉體顆粒與有機(jī)基體兩種性質(zhì)差異很大的材料牢固地結(jié)合在一起，改善因加入固體相顆粒的復(fù)合材料的很大的材料牢固地結(jié)合在一起，改善因加入固體相顆粒的復(fù)合材料的強(qiáng)度，體系流變性等。強(qiáng)度，體系流變性等。常見(jiàn)的類型：有機(jī)硅、鈦酸酯、鋁酸酯偶聯(lián)劑和有機(jī)鉻化合物。常見(jiàn)的類型：有機(jī)硅、鈦酸酯、鋁酸酯偶聯(lián)劑和有機(jī)鉻化合物。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 鈦酸酯偶聯(lián)劑表面修飾效果較好，價(jià)格低廉，應(yīng)用范圍廣。鈦酸酯偶聯(lián)劑表面修飾效果較好，價(jià)格低廉，應(yīng)用范圍廣。 有機(jī)硅最常用的是硅烷偶聯(lián)劑，有機(jī)硅最常用的是硅烷偶聯(lián)劑， 其它如有機(jī)膦、硼化合物等也有較好的應(yīng)用。其它如

34、有機(jī)膦、硼化合物等也有較好的應(yīng)用。硅烷偶聯(lián)劑硅烷偶聯(lián)劑化學(xué)通式：化學(xué)通式：YRSiX3 ，其中，其中X為與硅原子結(jié)合的水解性基，有氯基，烷氧基，乙為與硅原子結(jié)合的水解性基，有氯基，烷氧基，乙酰氧基，異丙烯基，氨基等。酰氧基，異丙烯基，氨基等。X基團(tuán)特性：基團(tuán)特性： 乙酰氧基，異丙烯氧基，氨基為水解性基的硅烷反應(yīng)活性強(qiáng)，水解反應(yīng)速度快，乙酰氧基，異丙烯氧基，氨基為水解性基的硅烷反應(yīng)活性強(qiáng)，水解反應(yīng)速度快，貯存穩(wěn)定性低，使用不便。貯存穩(wěn)定性低，使用不便。 以氯為水解基的硅烷偶聯(lián)劑水解產(chǎn)生以氯為水解基的硅烷偶聯(lián)劑水解產(chǎn)生HCl腐蝕性強(qiáng)。腐蝕性強(qiáng)。 目前市售常用的是烷氧基為水解性基的硅烷。水解性基目前

35、市售常用的是烷氧基為水解性基的硅烷。水解性基X的水解反應(yīng)速度與的水解反應(yīng)速度與PH值值相關(guān)，相關(guān)，PH值為值為7時(shí)水解速度最慢。烷氧基數(shù)目越多，水解反應(yīng)速度越快，另外烷時(shí)水解速度最慢。烷氧基數(shù)目越多，水解反應(yīng)速度越快，另外烷氧基的碳數(shù)越多，水解速度越慢。氧基的碳數(shù)越多，水解速度越慢。 Y基團(tuán)特性：是能與有機(jī)基質(zhì)反應(yīng)的有機(jī)官能基，典型的有機(jī)官能基有乙烯基，環(huán)氧基基團(tuán)特性：是能與有機(jī)基質(zhì)反應(yīng)的有機(jī)官能基，典型的有機(jī)官能基有乙烯基，環(huán)氧基，甲基丙烯酰氧基，氨基，硫基等。適用于不同的有機(jī)樹(shù)脂體系，有機(jī)官能團(tuán)通過(guò)亞，甲基丙烯酰氧基，氨基，硫基等。適用于不同的有機(jī)樹(shù)脂體系，有機(jī)官能團(tuán)通過(guò)亞烷基烷基R形成形

36、成SiC鍵而與硅原子結(jié)合，有化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。鍵而與硅原子結(jié)合，有化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。作用機(jī)理：作用機(jī)理： 硅烷偶聯(lián)劑同粉末顆粒的結(jié)合，是從硅烷低聚物與顆粒表面的羥基作用開(kāi)始的，因硅烷偶聯(lián)劑同粉末顆粒的結(jié)合，是從硅烷低聚物與顆粒表面的羥基作用開(kāi)始的，因此表面上具有活性羥基的無(wú)機(jī)物如玻璃，二氧化硅等有很強(qiáng)的親和性和反應(yīng)性，而對(duì)此表面上具有活性羥基的無(wú)機(jī)物如玻璃，二氧化硅等有很強(qiáng)的親和性和反應(yīng)性，而對(duì)表面無(wú)羥基或極性很小的無(wú)機(jī)物如碳酸鈣，碳黑等，硅烷偶聯(lián)劑的處理效果就較差。表面無(wú)羥基或極性很小的無(wú)機(jī)物如碳酸鈣，碳黑等，硅烷偶聯(lián)劑的處理效果就較差。鈦酸脂偶聯(lián)劑鈦酸脂偶聯(lián)劑化學(xué)通式：化學(xué)通式：

37、(RO)mTi(OXRY)n, 其中其中1m4, m+n6; R為短碳鏈烷烴基。為長(zhǎng)碳鏈烷烴為短碳鏈烷烴基。為長(zhǎng)碳鏈烷烴基，基，X為為C、N、S、P等元素，等元素，Y為羥基、氨基、環(huán)氧基、雙鍵等基團(tuán)，它具備為羥基、氨基、環(huán)氧基、雙鍵等基團(tuán)，它具備6個(gè)作用個(gè)作用不同的功能基團(tuán)。不同的功能基團(tuán)。 （RO）m 功能團(tuán)是與粉體顆粒偶聯(lián)作用的基團(tuán)，通過(guò)烷氧基與顆粒表面吸附的微量功能團(tuán)是與粉體顆粒偶聯(lián)作用的基團(tuán)，通過(guò)烷氧基與顆粒表面吸附的微量羥基或質(zhì)子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，偶聯(lián)到粉體表面形成單分子層，同時(shí)釋放出異丙醇。由于羥基或質(zhì)子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，偶聯(lián)到粉體表面形成單分子層，同時(shí)釋放出異丙醇。由于偶聯(lián)基團(tuán)的差異，對(duì)

38、粉體含水量有一定的選擇性要求。偶聯(lián)基團(tuán)的差異，對(duì)粉體含水量有一定的選擇性要求。TiO 功能團(tuán)起酯基和交聯(lián)功能。某些鈦酸酯偶聯(lián)劑能夠和有機(jī)高分子中的酯基功能團(tuán)起酯基和交聯(lián)功能。某些鈦酸酯偶聯(lián)劑能夠和有機(jī)高分子中的酯基，羧基等進(jìn)行酯基轉(zhuǎn)移和交聯(lián)，使鈦酯基、粉體顆粒及有機(jī)高分子間發(fā)生交聯(lián)。，羧基等進(jìn)行酯基轉(zhuǎn)移和交聯(lián)，使鈦酯基、粉體顆粒及有機(jī)高分子間發(fā)生交聯(lián)。X 功能團(tuán)是功能團(tuán)是X 連接鈦中心帶有功能性的基團(tuán)。鈦酸酯分子中連接鈦中心的基團(tuán)如長(zhǎng)連接鈦中心帶有功能性的基團(tuán)。鈦酸酯分子中連接鈦中心的基團(tuán)如長(zhǎng)鏈烷氧基，酚基、羧基、磺酸基、磷酸基以及焦磷酸基等，這些基團(tuán)決定偶聯(lián)劑的特鏈烷氧基，酚基、羧基、磺酸基

39、、磷酸基以及焦磷酸基等，這些基團(tuán)決定偶聯(lián)劑的特性和功能，如磺酸基賦予一定的觸變性，焦磷酸基具有阻燃、防銹、亞磷酸配位基具性和功能，如磺酸基賦予一定的觸變性，焦磷酸基具有阻燃、防銹、亞磷酸配位基具有抗氧化性功能等。有抗氧化性功能等。R 長(zhǎng)鏈的糾纏基團(tuán)，適用于熱塑性樹(shù)酯，長(zhǎng)的脂肪族碳鏈比較柔軟，能和有機(jī)基體長(zhǎng)鏈的糾纏基團(tuán)，適用于熱塑性樹(shù)酯，長(zhǎng)的脂肪族碳鏈比較柔軟，能和有機(jī)基體進(jìn)行彎曲纏繞，增強(qiáng)和基料的結(jié)合力，提高它們的相容性，引起粉末顆粒界面上表面進(jìn)行彎曲纏繞，增強(qiáng)和基料的結(jié)合力，提高它們的相容性，引起粉末顆粒界面上表面能變化，改善粉體顆粒和基料體系熔融流動(dòng)性和加工工藝性。能變化，改善粉體顆粒和基

40、料體系熔融流動(dòng)性和加工工藝性。Y 固化反應(yīng)基團(tuán)，適用予熱固性樹(shù)酯，當(dāng)活性基團(tuán)連接在鈦的有機(jī)骨架上，就能使固化反應(yīng)基團(tuán)，適用予熱固性樹(shù)酯，當(dāng)活性基團(tuán)連接在鈦的有機(jī)骨架上，就能使偶聯(lián)劑和有機(jī)聚合物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而交聯(lián)。使粉體顆粒與基體結(jié)合。偶聯(lián)劑和有機(jī)聚合物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而交聯(lián)。使粉體顆粒與基體結(jié)合。n為非水解基團(tuán)數(shù)。鈦酸酯偶聯(lián)劑分子中非水解基團(tuán)的數(shù)目至少應(yīng)具有兩個(gè)以上。在螯為非水解基團(tuán)數(shù)。鈦酸酯偶聯(lián)劑分子中非水解基團(tuán)的數(shù)目至少應(yīng)具有兩個(gè)以上。在螯合型鈦酸酯偶聯(lián)劑中具有兩個(gè)或三個(gè)非水解基團(tuán)，在單烷氧基型鈦酸酯偶聯(lián)劑中含有合型鈦酸酯偶聯(lián)劑中具有兩個(gè)或三個(gè)非水解基團(tuán)，在單烷氧基型鈦酸酯偶聯(lián)劑中含有三個(gè)非水

41、解基團(tuán)。由于分子中的三個(gè)立體支撐點(diǎn)的作用，可以加強(qiáng)鏈糾纏，并且?guī)в腥齻€(gè)非水解基團(tuán)。由于分子中的三個(gè)立體支撐點(diǎn)的作用，可以加強(qiáng)鏈糾纏，并且?guī)в写罅刻荚訑?shù)，急劇改變表面能，導(dǎo)致黏度大幅下降。三個(gè)非水解基團(tuán)可以代任意改大量碳原子數(shù)，急劇改變表面能，導(dǎo)致黏度大幅下降。三個(gè)非水解基團(tuán)可以代任意改變，可根據(jù)相容性的要求，任意調(diào)節(jié)碳鏈長(zhǎng)短，又可根據(jù)性能的要求，部分改變連接變，可根據(jù)相容性的要求，任意調(diào)節(jié)碳鏈長(zhǎng)短，又可根據(jù)性能的要求，部分改變連接鈦中心的基團(tuán)，既可適用于熱塑性塑料又可適用于熱固性塑料鈦中心的基團(tuán)，既可適用于熱塑性塑料又可適用于熱固性塑料。 粉體顆粒表面化學(xué)修飾的共同規(guī)律粉體顆粒表面化學(xué)修飾的

42、共同規(guī)律 吸附性質(zhì)吸附性質(zhì)吸附部位吸附部位吸附形式吸附形式吸附特點(diǎn)吸附特點(diǎn)表面化學(xué)反應(yīng)表面化學(xué)反應(yīng)固相反應(yīng)固相反應(yīng)在表面生成獨(dú)立新相在表面生成獨(dú)立新相多層多層化學(xué)吸附化學(xué)吸附雙電層內(nèi)層雙電層內(nèi)層非類質(zhì)同相離子或非類質(zhì)同相離子或分子的化學(xué)吸附分子的化學(xué)吸附生成表面化合物（單分子層）生成表面化合物（單分子層）類質(zhì)同相離子的類質(zhì)同相離子的交換吸附交換吸附可深入固相晶格內(nèi)部可深入固相晶格內(nèi)部定位離子吸附定位離子吸附非等當(dāng)量吸附，改變表面電位非等當(dāng)量吸附，改變表面電位物理吸附向化物理吸附向化學(xué)吸附過(guò)渡學(xué)吸附過(guò)渡雙電層外層雙電層外層離子的特性吸附離子的特性吸附可引起動(dòng)電位變號(hào)可引起動(dòng)電位變號(hào)離子的擴(kuò)散層吸

43、附離子的擴(kuò)散層吸附壓縮雙電層，靜電物理吸附壓縮雙電層，靜電物理吸附物理吸附物理吸附相界面相界面分子的氫鍵吸附分子的氫鍵吸附強(qiáng)分子吸附，具有向化學(xué)吸附的強(qiáng)分子吸附，具有向化學(xué)吸附的過(guò)渡性質(zhì)過(guò)渡性質(zhì)偶極分子吸附偶極分子吸附較強(qiáng)分子吸附較強(qiáng)分子吸附分子的色散吸附分子的色散吸附弱分子吸附弱分子吸附粘附粘附相相-相作用相作用機(jī)械粘附性質(zhì)機(jī)械粘附性質(zhì)化學(xué)吸附與物理吸附化學(xué)吸附與物理吸附化學(xué)吸附化學(xué)吸附 概念：指表面修飾劑與粉體顆粒表面的晶格離子（或原子）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)概念：指表面修飾劑與粉體顆粒表面的晶格離子（或原子）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，參與反應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)間進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移或電子公有，在粉體顆粒表面形成離子，參與反應(yīng)的質(zhì)

44、點(diǎn)間進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移或電子公有，在粉體顆粒表面形成離子鍵、共價(jià)鍵或配位鍵等強(qiáng)鍵鍵合的吸附。鍵、共價(jià)鍵或配位鍵等強(qiáng)鍵鍵合的吸附。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 具有極大的選擇性及不可逆性具有極大的選擇性及不可逆性 定點(diǎn)吸附定點(diǎn)吸附 單層為主或多層單層為主或多層 不能按化合物的計(jì)量關(guān)系進(jìn)行計(jì)算不能按化合物的計(jì)量關(guān)系進(jìn)行計(jì)算物理吸附：靜電吸附和分子吸附。物理吸附：靜電吸附和分子吸附。 原則上只要與粉體表面電位異號(hào)的離子，均可與粉體表面發(fā)生靜電物原則上只要與粉體表面電位異號(hào)的離子，均可與粉體表面發(fā)生靜電物理吸附，無(wú)方向性和飽和性，可形成多層吸附。理吸附，無(wú)方向性和飽和性，可形成多層吸附。 分子吸附主要靠分子力作用而實(shí)現(xiàn)的

45、吸附，吸附質(zhì)為分子，如烷烴分分子吸附主要靠分子力作用而實(shí)現(xiàn)的吸附，吸附質(zhì)為分子，如烷烴分子、偶極分子在離子晶體型分子，分子吸附又包括強(qiáng)分子吸附和弱分子、偶極分子在離子晶體型分子，分子吸附又包括強(qiáng)分子吸附和弱分子吸附。子吸附。表面吸附自由能的變化：表面吸附自由能的變化： 為表面吸附總自由能；為表面吸附總自由能； 為共價(jià)鍵吸附自由能；為共價(jià)鍵吸附自由能； 為電性吸附自由能；為電性吸附自由能； 為溶劑化效應(yīng)自由能；為溶劑化效應(yīng)自由能； 為碳鏈間的締合能；為碳鏈間的締合能； 為氫鍵吸附自由能。為氫鍵吸附自由能。 2chemsolCHheleGGGGGG GchemGeleGsolG2CHGhG改性劑與

46、顆粒表面的相互作用改性劑與顆粒表面的相互作用 按共價(jià)鍵理論，以硅烷偶聯(lián)劑與礦物顆粒間的作用為例表述作用過(guò)程如下：按共價(jià)鍵理論，以硅烷偶聯(lián)劑與礦物顆粒間的作用為例表述作用過(guò)程如下：（a）水解）水解 RSiX3+3H2ORSi(OH)3+3HX（b）縮合）縮合 （c）與顆粒表面羥基作用生成氫鍵，然后脫水，由氫鍵轉(zhuǎn)化為共價(jià)鍵）與顆粒表面羥基作用生成氫鍵，然后脫水，由氫鍵轉(zhuǎn)化為共價(jià)鍵 修飾粉體與有機(jī)基體之間的作用機(jī)理修飾粉體與有機(jī)基體之間的作用機(jī)理 （1） 界面層理論：界面層理論： a)以官能團(tuán)理論為基礎(chǔ)的界面層擴(kuò)散理論。對(duì)粉體顆粒表面進(jìn)行處以官能團(tuán)理論為基礎(chǔ)的界面層擴(kuò)散理論。對(duì)粉體顆粒表面進(jìn)行處理時(shí)

47、，所用偶聯(lián)劑不僅一端要有與粉體顆粒表面以化學(xué)鍵相結(jié)合的基理時(shí)，所用偶聯(lián)劑不僅一端要有與粉體顆粒表面以化學(xué)鍵相結(jié)合的基團(tuán)，而且另一端應(yīng)能溶解、擴(kuò)散到樹(shù)脂的界面區(qū)域中，并與大分子鏈團(tuán)，而且另一端應(yīng)能溶解、擴(kuò)散到樹(shù)脂的界面區(qū)域中，并與大分子鏈發(fā)生糾纏或形成化學(xué)鍵。發(fā)生糾纏或形成化學(xué)鍵。 b)以表面能為出發(fā)點(diǎn)的界面層理論。粉體顆粒具有較高的表面能，以表面能為出發(fā)點(diǎn)的界面層理論。粉體顆粒具有較高的表面能，當(dāng)其與基體樹(shù)脂復(fù)合時(shí)，樹(shù)脂應(yīng)能對(duì)其潤(rùn)濕，這是最基本的熱力學(xué)條當(dāng)其與基體樹(shù)脂復(fù)合時(shí)，樹(shù)脂應(yīng)能對(duì)其潤(rùn)濕，這是最基本的熱力學(xué)條件。為了提高樹(shù)脂對(duì)粉體顆粒的潤(rùn)濕性，粉體必須用偶聯(lián)劑處理，以件。為了提高樹(shù)脂對(duì)粉體顆粒的潤(rùn)濕性，粉體必須用偶聯(lián)劑處理，以降低其表面能。若偶聯(lián)劑的降低其表面能。若偶聯(lián)劑的R基團(tuán)中含有極性基，則處理后粉體肯有較基團(tuán)中含有極性基，則處理后粉體肯有較高的表面能；若高