2.5.2　表面改性工藝

（1）有機表面改性　這是利用有機物分子中的官能團在無機粉體表面的吸附或化學反應對顆粒表面改性的工藝。除利用表面官能團改性外，這種方法還包括利用自由基反應、螯合反應、溶膠吸附等。

有機表面改性所用的表面改性劑種類很多，如硅烷、鈦酸酯、鋁酸酯、鋯鋁酸鹽等各種偶聯劑，高級脂肪酸及其鹽，有機銨鹽及其他各種類型表面活性劑，磷酸酯，不飽和有機酸，有機低聚物，水溶性有機高聚物，樹脂等。因此，選擇的范圍較大。

有機表面改性工藝可分為干法和濕法兩種。

干法改性工藝是指粉體在干態下或干燥后在表面改性設備中進行分散，同時加入配制好的表面改性劑，在一定溫度下進行表面改性處理的工藝。干法改性工藝可以分為間歇式和連續式兩種。間歇式表面改性工藝是將計量好的粉體原料和一定量配制好的表面改性劑同時給入表面改性設備中，在一定溫度下進行一定時間的表面改性處理，然后卸出處理好的物料，再加料進行下一批粉體的表面改性。連續式表面改性工藝是指連續加料和連續添加表面改性劑的工藝。因此，在連續式粉體表面改性工藝中，除了改性主機設備外，還有連續給料裝置和給藥（添加表面改性劑）裝置。連續式表面改性工藝的特點是粉體與表面改性劑的分散較好，粉體表面包覆較均勻；因為連續給料和添加表面改性劑，勞動強度小，生產效率高，適用于大規模工業化生產。

濕法表面改性工藝是在一定固液比或固含量的漿料中添加配制好的表面改性劑及助劑，在攪拌分散和一定溫度條件下對粉體進行表面改性的工藝。

影響無機粉體物料有機表面改性效果的主要因素是粉體的表面性質、表面改性劑的配方、表面改性工藝和表面改性設備等。

（2）無機沉淀包覆改性　這是通過無機化合物在顆粒表面的沉淀反應，在顆粒表面形成一層或多層“包膜”，以達到改善粉體表面性質，如光澤、著色力、遮蓋力、保色性、耐候性、電、磁、熱、吸附與催化等和賦予新功能為目的的表面改性方法。這是一種“無機/無機包覆”或“無機納米/微米粉體包覆”的粉體表面改性方法。沉淀反應是無機功能填料、顏料和催化劑等表面改性最常用的方法之一。

無機沉淀包覆改性一般采用濕法工藝，即在分散的一定固含量漿料中，加入需要的無機表面改性劑，在適當的pH值和溫度下使無機表面改性劑以氫氧化物或水合氧化物的形式在顆粒表面進行沉淀反應，形成一層或多層包覆，然后經過洗滌、過濾、干燥、焙燒等工序使包膜牢固地固定在顆粒表面。用于粉體表面沉淀反應改性的無機表面改性劑一般是金屬氧化物、氫氧化物及其鹽類。

表面無機沉淀包覆改性一般在反應釜或反應罐中進行。影響改性效果的因素主要有原料性質，如粒度大小和形狀、表面官能團；無機表面改性劑的品種；漿液的pH值、濃度；反應溫度和反應時間；后續處理工序，如洗滌、脫水、干燥或焙燒等。其中pH值及溫度、濃度等因為直接影響無機表面改性劑在水溶液中的水解產物，所以是無機沉淀包覆改性最重要的影響因素之一。

無機表面改性劑的種類和沉淀包覆的產物類型及晶形往往決定表面改性后粉體材料的功能性和應用性能，因此，要根據粉體產品的最終用途或性能要求來選擇沉淀包覆的無機表面改性劑。這種表面改性劑一般是最終包膜產物（金屬氧化物）的前驅體（鹽類）或水解產物。

（3）機械力化學改性　機械力化學改性是利用超細粉碎及其他強烈機械作用有目的地對粉體表面進行激活，在一定程度上改變顆粒表面的晶體結構、溶解性能（表面無定形化）、化學吸附和反應活性（增加表面活性點或活性基團）等。顯然，僅僅依靠機械激活作用進行表面改性還難以滿足應用要求。但是，機械力化學作用激活粉體表面，可以提高顆粒與其他無機物或有機物的作用活性；新生表面產生的自由基或離子可以引發苯乙烯、烯烴類進行聚合，形成聚合物接枝改性。因此，如果在無機粉體的粉碎過程中的某個階段或環節添加適量的表面改性劑，那么機械激活作用可以促進表面改性劑分子在無機粉體表面的化學吸附或化學反應，達到在粉碎過程中使無機粉體表面改性的目的。這實際上就是機械力化學與表面有機或無機包覆改性的復合工藝，即在粉體粒度減小的同時對粉體顆粒進行表面有機或無機包覆改性。這種復合改性工藝可以干法進行，即在干式超細粉碎過程中實施；也可以以濕法進行，即在濕式超細粉碎過程中實施。其特點是可以簡化工藝，某些表面改性劑具有一定的助磨作用，可在一定程度上提高粉碎效率。不足之處是溫度不好控制，難以滿足改性的工藝技術要求。此外，由于粉碎過程中包覆好的顆粒不斷被粉碎，產生新的表面，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，超細粉碎過程中局部的過高溫升可能在一定程度上使表面改性劑分解或分子結構被破壞。

對粉體物料進行機械激活的設備主要是各種類型的球磨機（旋轉筒式球磨、行星球磨機、振動球磨機、攪拌球磨機、砂磨機等）、氣流粉碎機、輥式磨等。

影響機械激活作用強弱的主要因素是：粉碎設備的類型、機械作用的方式、粉碎環境（干、濕、氣氛等）、助磨劑或分散劑的種類和用量、機械力的作用時間以及粉體物料的晶體結構、化學組成、粒度大小和粒度分布等。

（4）插層改性　插層改性是指利用層狀結構的顆粒晶體層之間結合力較弱（如分子鍵或范德華鍵）和存在可交換陽離子等特性，通過離子交換反應或化學反應改變粉體的層間和界面性質的改性方法。因此，用于插層改性的粉體一般來說具有層狀或似層狀晶體結構，如蒙脫土、高嶺土、蛭石等層狀結構的硅酸鹽礦物以及石墨等。用于插層改性的改性劑大多為有機物，也有無機物。插層改性的工藝依插層劑種類、插層方法、插層原料特性等而定。具體將在膨潤土、石墨、高嶺土等章節中介紹。