本期粉體技術(shù)網(wǎng)特意搜集整理了硅微粉、輕質(zhì)碳酸鈣、硅灰石、重晶石粉、煅燒高嶺土、絹云母、鈉基膨潤土、白炭黑、電氣石粉、導(dǎo)熱填料氧化鋁等10種粉體表面改性劑配方，具體如下：
硅微粉
改性劑：硅烷偶聯(lián)劑KH550添加量為4%，改性溫度為100℃，改性時間為120min。
改性方法：稱取5g硅微粉置于燒杯中，然后加入去離子水和乙醇的混合溶液，體積比為1:9。使用冰乙酸將溶液的pH調(diào)節(jié)至4左右，然后對固液混合物進(jìn)行超聲分散，使硅微粉與溶液充分混合，超聲時間為15min,隨后使用移液管加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硅烷偶聯(lián)劑，然后繼續(xù)進(jìn)行超聲5min。將超聲后的固液混合物使用恒溫磁力攪拌器進(jìn)行改性反應(yīng)，溫度設(shè)置為100℃，反應(yīng)時間為120min。將反應(yīng)完成后的硅微粉進(jìn)行抽濾、干燥，然后得到經(jīng)過表面改性的硅微粉。
測試與表征：粒度、表面微觀形貌、吸油值、活化指數(shù)、紅外光譜。
改性效果：改性后硅微粉的活化指數(shù)可以達(dá)到82.4%、吸油值為0.264ml/g。紅外光譜圖中,有新的官能團(tuán)的吸收峰出現(xiàn)，表明偶聯(lián)劑通過化學(xué)鍵合的方式結(jié)合在了硅微粉表面，改性效果明顯。
輕質(zhì)碳酸鈣
改性劑：陽離子殼聚糖（平均相對分子質(zhì)量350kDa，取代度85%）、羧甲基纖維素（工業(yè)級，取代度75%）。
改性方法：先配制質(zhì)量百分?jǐn)?shù)均為1%的陽離子殼聚糖溶液和羧甲基纖維素溶液，用布氏漏斗過濾后備用。將15g經(jīng)超聲波破碎儀分散處理的輕質(zhì)碳酸鈣加入到100mL去離子水中，形成濃度均勻的填料懸浮液。然后把一定體積（15mL）的陽離子殼聚糖溶液在500r/min的攪拌速度下加入到上述填料懸浮液中，再加入一定量的羧甲基纖維素。攪拌一段時間，使其混合分散均勻。最后，用去離子水將改性輕質(zhì)碳酸鈣溶液質(zhì)量百分?jǐn)?shù)調(diào)至8.6%。其中留一部分輕質(zhì)碳酸鈣懸浮液在室溫下放置12h后，用濁度儀檢測其上清液的濁度。將另一部分懸浮液過濾、洗滌所得濾餅在50℃下干燥之后，經(jīng)研磨處理得到粉末狀改性輕質(zhì)碳酸鈣。
測試與表征：包覆率、粒徑大小、顆粒微觀聚集，加填紙張后填料留著率、再造煙葉紙基物理性能。
改性效果：在羧甲基纖維素與陽離子殼聚糖為比例2.9，攪拌速度540r/min，攪拌時間15.5min工藝條件下，輕質(zhì)碳酸鈣有機(jī)覆膜率達(dá)到5.42%。改性后輕質(zhì)碳酸鈣顆粒粒徑明顯變大，顆粒分布集中，均勻性得到改善。改性輕質(zhì)碳酸鈣表面形態(tài)和粒度大小有了明顯的變化，聚集度明顯變大。聚電解質(zhì)復(fù)合物很好地沉積在輕質(zhì)碳酸鈣表面，形成了緊密的有機(jī)包覆結(jié)構(gòu)。相比未改性輕質(zhì)碳酸鈣，改性輕質(zhì)碳酸鈣表現(xiàn)出更好的留著性能。改性輕質(zhì)碳酸鈣依靠機(jī)械截留和膠體吸附兩種共同作用，以單一顆粒和絮聚體的形式留著在纖維表面及纖維之間形成的空隙中。
硅灰石
改性劑：硅烷偶聯(lián)劑KH-570/硬脂酸復(fù)合改性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，改性劑質(zhì)量配比為1∶1，改性時間為1h，改性溫度為60℃，攪拌速度為300r/min。
改性方法：稱取一定量硅灰石加入無水乙醇中，攪拌均勻，超聲加熱至指定溫度后加入一定比例硬脂酸和KH-570，繼續(xù)反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)冷卻、抽濾、干燥，得到改性硅灰石。
測試與表征：吸油值、紅外光譜，硅灰石/聚丙烯復(fù)合材料性能。
改性效果：改性后硅灰石吸油值最低為0.28ml/g；FTIR分析改性硅灰石在1575.56cm-1和1544.70cm-1處出現(xiàn)兩個新特征吸收峰，取代了1750cm-1附近硬脂酸羧基中C=O鍵吸收峰，可推斷硬脂酸與硅灰石發(fā)生化學(xué)吸附生成硬脂酸鹽。2919.69cm-1與2852.20cm-1處分別為硬脂酸和KH-570的C-H伸縮振動特征吸收峰。3448.09cm-1處為O-H伸縮振動特征吸收峰，改性后此處吸收峰變?nèi)?，說明硅灰石表面-OH與偶聯(lián)劑脫水結(jié)合，使-OH減少，吸收峰變?nèi)?。硅灰石填充改性聚丙烯?fù)合材料，當(dāng)填充量為45%時，改性硅灰石填充聚丙烯復(fù)合材料彎曲模量為1531.54MPa，彎曲強(qiáng)度為30.42MPa，拉伸強(qiáng)度變化不明顯。與未經(jīng)改性硅灰石相比，改性硅灰石與聚丙烯間有更好的結(jié)合界面，說明改性有利于提高改性硅灰石/聚丙烯復(fù)合材料的力學(xué)性能。
重晶石粉
改性劑：以硬脂酸和單烷氧基焦磷酸酯型鈦酸酯偶聯(lián)劑為復(fù)合改性劑，球磨時間為2h、球磨轉(zhuǎn)速為800r/min、球料質(zhì)量比（介質(zhì)球/重晶石）為4:1、復(fù)合改性劑用量為2%、改性劑質(zhì)量配比（硬脂酸/鈦酸酯偶聯(lián)劑）為2:1。
改性方法：采用濕式機(jī)械力化學(xué)法，取天然重晶石粉15g，放入球磨罐中;然后按質(zhì)量比稱取一定量的硬脂酸、鈦酸酯偶聯(lián)劑先后加入到裝有無水乙醇的燒杯中，分別攪拌2-4min使其充分溶解，后將混合液倒入球磨罐中;再加入一定量的無水乙醇和去離子水的混合液，在行星式球磨機(jī)中對重晶石粉體進(jìn)行機(jī)械力化學(xué)改性;最后分離球磨漿料并用真空泵抽濾，將濾餅放入干燥箱中于100℃下干燥，冷卻至室溫，經(jīng)研磨得到改性產(chǎn)品。
測試與表征：通過FTIR、XRD、SEM、TEM、TG對改性前后重晶石的物相結(jié)構(gòu)、形貌特征和包覆情況進(jìn)行檢測。
改性效果：改性后的重晶石粉體的接觸角為150.95°，固體表面自由能為0.72mJ/m2，改性效果明顯。FTIR、XRD、SEM、TEM、TG等分析結(jié)果表明，在改性過程中，重晶石平均粒徑減小，內(nèi)部晶體局部發(fā)生晶格位錯，其內(nèi)能增高，增加了反應(yīng)活性，使其與復(fù)合改性劑發(fā)生了化學(xué)鍵合，在其表面包覆了改性劑，其包覆量為1.47%，包覆效果良好，最終導(dǎo)致重晶石固體表面自由能降低，接觸角增大。
煅燒高嶺土
改性劑：用硅烷偶聯(lián)劑KH-550，用量為5%。
改性方法：采用干法改性，將煅燒高嶺土粉體在高速混合機(jī)中以1500r/min高速攪拌，同時通過噴淋裝置將硅烷偶聯(lián)劑溶液常溫霧化噴到粉體上，升溫干燥使溶劑揮發(fā)，最后高速攪拌打散并收集樣品。
測試與表征：白度、吸油量、掃描電鏡、紅外光譜和能譜分析。
改性效果：水解和未水解的硅烷偶聯(lián)劑對高嶺土的改性效果顯著，但區(qū)別不明顯，兩種改性方式對高嶺土白度影響較小，改性后吸油量均下降。掃描電鏡分析表明，850℃和900℃煅燒高嶺土主要物相為無定型偏高嶺土，改性后更易團(tuán)聚。1000℃煅燒高嶺土主要物相為莫來石和石英晶體，改性后不易團(tuán)聚。紅外光譜和能譜分析表明，改性劑分子與高嶺土粉體表面發(fā)生化學(xué)結(jié)合作用?！ ?br />
絹云母
改性劑：γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）用量1.5%、反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時間2h。
改性方法：將絹云母置于真空干燥箱中在80℃干燥2h；稱取一定質(zhì)量干燥好的絹云母，按照1:5的質(zhì)量比添加去離子水，超聲分散30min；KH570按1:10的質(zhì)量比與乙醇溶液混合后倒入三口燒瓶，在60℃下水解30min；將超聲分散后的絹云母和水解后的KH570在三口燒瓶中混合均勻，然后使用恒溫磁力攪拌器在設(shè)定時間和溫度下進(jìn)行濕法改性實驗；濕法改性結(jié)束后，將制備產(chǎn)物進(jìn)行多次洗滌抽濾，真空干燥至恒重，最終得到KH570改性絹云母。
測試與表征：濁度、活化指數(shù)、接觸角、吸油值
改性效果：改性后絹云母粉最佳性能參數(shù)為濁度587NTU、活化指數(shù)80%、接觸角50°、吸油值46%。相比未改性絹云母，KH570改性絹云母的濁度提高了115%，活化指數(shù)提高了134%，接觸角提高了194%，吸油值提高了71%，疏水性和分散性提高。測試與表征分析表明，KH570與絹云母表面羥基發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，KH570改性絹云母的粒徑變小，分散均勻，結(jié)晶度降低，粉體表面KH570含量約為5%，耐熱溫度約為680℃，熱加工性能、熱穩(wěn)定性能和耐高溫性能良好。
鈉基膨潤土
改性劑：十六烷基三甲基溴化銨（CTMAB）、十二烷基硫酸鈉（SDS）、聚合羥基鐵離子。
改性方法：采用插層改性法，將100g天然膨潤土置于500mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的中性（NaPO4）6溶液中，60℃攪拌0.5h后靜置1.0h，取上層漿液90℃烘干，研磨過200目篩得到提純膨潤土（P-Bt）。在6個盛有100mL蒸餾水的錐形瓶中分別加入20g的P-Bt，再分別投加50%、100%、150%CEC的CTMAB，25%、50%、100%CEC的SDS，60℃水浴攪拌4h，離心并用蒸餾水反復(fù)洗滌5次，90℃烘干，研磨過200目篩分別得到不同改性劑投加量的有機(jī)插層改性膨潤土。在25℃下向100mL 2mol/L的Fe（NO3）3溶液中分批加入10.6g的Na2CO3粉末，持續(xù)通入氮?dú)鈩×覕嚢?.0h，稀釋至400mL并在室溫下老化24h后得到聚合羥基鐵插層改性劑。向150mL水中加入30g的P-Bt，60℃下持續(xù)攪拌并逐滴加入改性液，滴加完畢后在60℃老化24h，離心并用蒸餾水反復(fù)洗滌5次，90℃烘干，研磨過200目篩得到無機(jī)鐵插層改性土（Fe-Bt）。在2個盛有50mL蒸餾水的錐形瓶中分別加入10g的Fe-Bt，再分別投加150%CEC的CTMAB與25%CEC的SDS，60℃水浴攪拌4.0h，離心并用蒸餾水反復(fù)洗滌5次，90℃烘干，研磨過200目篩分別得到有機(jī)-無機(jī)復(fù)合插層改性膨潤土150C-Fe-Bt和25S-Fe-Bt。
測試與表征：X射線熒光光譜、掃描電鏡、X射線衍射及紅外光譜分析。
改性效果：鈉基膨潤土經(jīng)插層改性后，各類插層改性土都成功形成“插層結(jié)構(gòu)”。但不同插層劑的插層效果不同，CTMAB插層效果優(yōu)于SDS，有機(jī)插層劑優(yōu)于無機(jī)插層劑，SDS-Fe復(fù)合插層優(yōu)于SDS插層，CTMAB-Fe復(fù)合插層劣于CTMAB插層。150C-Fe-Bt中CTMAB形成致密的有機(jī)相，聚合羥基鐵離子分布于有機(jī)相之外。25S-Fe-Bt中聚合羥基鐵離子則“鑲嵌”于SDS單分子層。各插層改性土之間吸附量的大小關(guān)系與層間距的大小關(guān)系基本一致。隨著層間距的增加，有機(jī)插層土對4-氯苯酚和苯酚之間的吸附量的差異在逐漸減小。有機(jī)插層土的分配作用有利于選擇苯酚，而無機(jī)插層土的氫鍵作用更有利于選擇4-氯苯酚。有機(jī)插層土對兩種酚的吸附以分配作用為主，無機(jī)插層土以氫鍵作用為主，復(fù)合插層土同時存在分配作用與氫鍵作用。150C-Bt對苯酚和4-氯苯酚的吸附均符合Langmuir吸附等溫方程，吸附過程都為優(yōu)惠吸附。
白炭黑
改性劑：以硅烷偶聯(lián)劑γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570），十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）。
改性方法：取120g白炭黑加入到2L四口燒瓶中，加入600g去離子水、一定量的CTAB，以250r/min攪拌并升溫至65℃，調(diào)節(jié)pH至一定值，接著再加入體積比為1:1的乙醇和KH570混合液，在一定溫度下改性1.5h。將產(chǎn)物過濾、洗滌后，105℃烘干得到改性白炭黑。
測試與表征：黑活化度、表面羥基數(shù)、XRD、FT-IR、TEM，將改性白炭黑用于丁苯橡膠補(bǔ)強(qiáng)測試材料性能。
改性效果：CTAB質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%，KH570質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，反應(yīng)溫度為65℃，反應(yīng)時間為1.5h，pH為6，改性后的白炭黑表面羥基數(shù)最少，為2.02個/nm2，活化度達(dá)100%。改性白炭黑用于丁苯橡膠進(jìn)行應(yīng)用研究表明，改性白炭黑能降低橡膠的門尼黏度、硫化時間，改善加工性能。橡膠的定伸應(yīng)力以及斷裂伸長率等力學(xué)指標(biāo)有效改善，體積磨耗下降，提高橡膠耐磨性能。
電氣石粉
改性劑：γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH-570）、雙-（γ-三乙氧基硅基丙基）四硫化物（Si-69）、異丙基二硬脂酰氧基鋁酸酯（Al-60）。
改性方法：采用濕法改性，將改性劑和無水乙醇按質(zhì)量比10:1混合攪拌均勻后裝入分液漏斗。將電氣石粉和去離子水放入三口燒瓶，超聲分散10min后置于90℃油浴鍋中，以1000r/min轉(zhuǎn)速機(jī)械攪拌，同時通過分液漏斗加入改性劑/無水乙醇分散液。分散液于15min加入完畢.繼續(xù)反應(yīng)2h，抽濾，洗滌，干燥，即得改性電氣石粉。其中，電氣石粉與改性劑的質(zhì)量比為100:10。
測試與表征：通過機(jī)械共混法制備天然橡膠/電氣石粉復(fù)合材料，測試其硫化性能、物理機(jī)械性能、動態(tài)力學(xué)性能等。
改性效果：三種改性劑均能與電氣石粉表面成功接枝改性，使用KH-570、Si-69和Al-60改性的膠料質(zhì)量損失率分別為6.50%、11.07%和13.25%。三種改性劑均能使NR/電氣石粉的加工安全性能和加工流動性提升，使用KH-570和Al-60還能使膠料的正硫化時間縮短,硫化效率提升。三種改性劑改性后的膠料定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度均較未改性的明顯上升，但斷裂伸長率卻下降。綜合來看，使用Al-60改性電氣石粉效果最佳。其中，t10延長了119s，t90縮短了92s，拉伸強(qiáng)度提升了38%，滾動阻力下降了68.97%，動態(tài)生熱下降了73.33%。
導(dǎo)熱填料氧化鋁
改性劑：硅烷偶聯(lián)劑γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560），用量為5%，KH560預(yù)水解pH值為7，KH560預(yù)水解時長1h，反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時間1h，攪拌速率1500r/min。
改性方法：配制醇水比為1:8的溶液，加入適量的KH560（KH560:醇:水=20:9:72），攪拌均勻，使用40%的乙酸調(diào)節(jié)pH值，水解一段時間后備用。在磁力攪拌下，將微米Al2O3充分分散于適量乙醇中，混合時間約1h，將一定量（偶聯(lián)劑用量為硅烷偶聯(lián)劑占加入氧化鋁的重量百分比）預(yù)水解后的KH560緩慢加入到分散均勻后的微米氧化鋁中，在不同的條件下混合反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后抽濾，用乙醇洗滌三次，在60℃下干燥3h，冷卻，密封保存使用。
測試與表征：吸油值、黏度、SEM、FTIR。
改性效果：紅外光譜（IR）結(jié)果表明，KH560已經(jīng)成功接枝在氧化鋁粉體表面，改性后的氧化鋁粉體的棱角圓滑，顆粒無明顯團(tuán)聚現(xiàn)象。改性后氧化鋁粉體的吸油值比未表面改性的Al2O3低，下降了43.4%左右。改性后填充環(huán)氧樹脂，復(fù)合材料的黏度降低約16.1%。
本文由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉(zhuǎn)載請注明出處，參考資料如下：
[1]高佳齊.環(huán)氧塑封料用硅微粉的超細(xì)粉碎及改性研究[D].西南科技大學(xué),2022
[2]楊永濤,田英姿,潘思源等.輕質(zhì)碳酸鈣的改性工藝優(yōu)化及其在造紙工業(yè)的應(yīng)用[J].造紙科學(xué)與技術(shù),2017,36（05）:20-25+46
[3]冉霞,劉粲,何勤軍等.KH-570/硬脂酸復(fù)合改性硅灰石及填充聚丙烯研究[J].非金屬礦,2021,44（02）:34-37.
[4]朱福生,馮曉琴,王家奎等.硬脂酸-鈦酸酯偶聯(lián)劑復(fù)合改性天然重晶石研究[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用,2022,42（04）:51-59
[5]張鵬,張金才,程芳琴.硅烷偶聯(lián)劑改性對煅燒高嶺土性能影響研究[J].非金屬礦,2021,44（05）:71-74
[6]張震,胡應(yīng)模,龐寶寶,武莎莎,崔奎,郭素芳.硅烷偶聯(lián)劑KH570表面改性絹云母的制備與表征[J].化工新型材料,2022,50（S1）:241-245+251
[7]閆智超,王海玲,孫德尚等.鈉基膨潤土插層改性的微結(jié)構(gòu)與吸附機(jī)理[J].環(huán)境工程學(xué)報,2016,10（09）:4879-4886
[8]張皓文,肖建芳,周壘等.硅烷偶聯(lián)劑KH570和CTAB協(xié)同改性白炭黑及其應(yīng)用[J].現(xiàn)代化工,2020,40（03）:88-91
[9]付文,葉富棠,李嘉豪等.不同改性劑改性電氣石粉補(bǔ)強(qiáng)天然橡膠的性能研究[J].彈性體,2022,32（04）:1-5
[10]胡勇,胡亞,賀芬等.探究導(dǎo)熱填料氧化鋁表面改性處理的最佳條件[J].山東化工,2021,50（13）:20-22+24
 |
