改性會議：2025年功能粉體表面改性技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展大會將于11月8日在南京召開，報名請聯(lián)系馮經(jīng)理18301216601，涉及非金屬礦粉體企業(yè)：碳酸鈣、方解石粉、硅微粉、滑石、重晶石、硫酸鋇、硅灰石、高嶺土、膨潤土、云母、硅藻土、凹凸棒石、海泡石、電氣石粉等；功能性粉體企業(yè)：氫氧化鎂、氫氧化鋁、氧化鋁、鈦白粉、白炭黑、氧化鐵紅、珠光云母、導(dǎo)熱填料、氧化鋅、勃姆石、粉煤灰、碳化硅、玻璃微珠、鋁粉、銅粉、納米粉體等；硬脂酸、偶聯(lián)劑等藥劑和改性設(shè)備企業(yè)；塑料、橡膠、涂料等粉體材料下游應(yīng)用企業(yè)。
經(jīng)機械粉碎后的超細(xì)SiC粉體的顆粒形狀不規(guī)則，并且由于粒徑小、表面能高，粉體顆粒間很容易發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致粉體分散性較差，不利于后續(xù)的陶瓷成型和燒結(jié)過程。因此，需要對超細(xì)SiC粉體進(jìn)行表面改性，以提高粉體的分散性和穩(wěn)定性，從而改善粉體的成型性能。
表面改性方法種類繁多。其中，應(yīng)用較多的是表面包覆改性和表面化學(xué)改性。
1、表面包覆改性
表面包覆改性是將超細(xì)粉體與改性劑按照一定比例在水或有機介質(zhì)中混合，經(jīng)磁力攪拌或球磨一定時間后，改性劑通過氫鍵或靜電引力等相互作用吸附到顆粒表面，并在顆粒表面形成單層或多層包覆。
該包覆層能夠提高顆粒間的靜電斥力或者空間位阻斥力，從而減少粉體間的團(tuán)聚，并改善陶瓷粉體在水或有機介質(zhì)中的分散穩(wěn)定性。
表面包覆改性與表面化學(xué)改性的最大差異在于改性劑與粉體表面是否發(fā)生化學(xué)吸附或化學(xué)反應(yīng)。表面包覆改性幾乎適用于所有無機粉體。在表面包覆改性方法中，常用的改性劑包括無機物、表面活性劑和分散劑等等。
（1）表面活性劑
表面活性劑是一種具有兩親性的物質(zhì)，其分子由非極性疏水部分和極性親水部分組成。因此，表面活性劑具有許多性能，比如良好的表面活性、潤濕性、降低表面張力和能被吸附在界面處等等，使其成為超細(xì)粉體顆粒的有效分散劑。Novak S.等人研究發(fā)現(xiàn)添加0.5wt%CTAB，可以有效提高SiC顆粒的zeta電位。
（2）分散劑
通常，小分子電解質(zhì)，例如四甲基氫氧化銨（TMAH）和檸檬酸（CA）等，主要通過靜電穩(wěn)定機制實現(xiàn)陶瓷粉體的分散。當(dāng)其吸附在顆粒表面后，可以改變顆粒的等電點并增加顆粒的zeta電位，從而增加顆粒間的靜電排斥力。
Gnyla J.等人使用TMAH和NaOH來改善SiC懸浮液的穩(wěn)定性，結(jié)果表明，TMA+和Na+離子可以吸附在SiC顆粒表面，增加了斯特恩層的吸附厚度，導(dǎo)致SiC顆粒間的排斥力增加。
Zhang J.等人引入CA作為第二分散劑，研究了其對聚乙烯亞胺（PEI）吸附行為及SiC漿料穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明，添加CA后，可以有效增強PEI在SiC顆粒表面的吸附，并且在酸性和中性pH值范圍內(nèi)，SiC顆粒的zeta電位進(jìn)一步增加，SiC漿料的穩(wěn)定性有所提高。
聚電解質(zhì)是一種具有可正電離或負(fù)電離基團(tuán)的聚合物。聚電解質(zhì)經(jīng)常被用作陶瓷粉體的分散劑，可以利用靜電位阻機制來改善多種陶瓷粉體的分散性，并且具有成本低和高效率的優(yōu)點。聚電解質(zhì)對陶瓷粉體的分散效應(yīng)受其在顆粒表面的吸附行為及吸附構(gòu)象影響，而這又與聚電解質(zhì)的電荷密度、顆粒表面活性位點以及介質(zhì)pH值等因素有關(guān)。
根據(jù)分子結(jié)構(gòu)，聚電解質(zhì)通常分為均聚物和嵌段共聚物。根據(jù)所帶電荷類型，聚電解質(zhì)通?？煞譃榫坳栯x子、聚陰離子和聚兩性電解質(zhì)。常見的聚陰離子包括聚丙烯酸（PAA）及其衍生物、聚甲基丙烯酸（PMAA）及其衍生物和聚苯乙烯磺酸鈉（PSS）等；常見的聚陽離子包括殼聚糖、聚乙烯亞胺（PEI）和聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDADMAC）等。
Sun J.等人研究PEI在亞微米SiC粉體表面的吸附行為，結(jié)果表明，在酸性和中性pH值范圍內(nèi)，PEI在SiC表面的飽和吸附量約為0.038mg/m2，而在堿性范圍內(nèi)，PEI飽和吸附量增至0.456mg/m2，并且當(dāng)PEI添加量為1wt%時，SiC漿料的固相含量從30vol%提高到40vol%。
NiuY.等人以PDADMAC為分散劑來改善高濃度SiC漿料的流變性，結(jié)果表明，PDADMAC對SiC表面具有較高的吸附親和力，并且在pH值為3時，制備了具有高固相含量（54vol%）和低粘度（0.539Pa·s）的SiC漿料。
Liu Y.等人以腐植酸鈉（HA-Na）為改性劑，制備了高分散性的SiC粉體，從而獲得了高固相含量（50vol%）、低粘度（0.322Pa·s）的SiC漿料。
NiuY.等人以陽離子共聚物聚環(huán)氧氯丙烷-二甲胺（EPI-DMA）為改性劑，研究了EPI-DMA在SiC表面的吸附及其對SiC粉體性能的影響，結(jié)果表明，EPI-DMA對SiC表面的吸附親和力隨著pH值增加而逐漸增大，導(dǎo)致EPI-DMA在SiC表面的構(gòu)象由環(huán)形或尾形向更平坦的隊列形轉(zhuǎn)變，從而導(dǎo)致EPI-DMA的飽和吸附量隨之增加，并最終制備出高固相含量（54vol%）、低粘度（0.424Pa·s）的SiC漿料。
 2、表面化學(xué)改性
表面化學(xué)改性是通過改性劑與粉體表面官能團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)吸附，使改性劑包覆或者接枝在粉體表面，從而改善粉體顆粒表面性質(zhì)。表面化學(xué)改性主要包括表面接枝聚合改性和偶聯(lián)劑改性等方法。
表面接枝聚合改性方法將聚合物化學(xué)鍵合到無機粉體表面，利用聚合物產(chǎn)生的空間位阻作用，抑制粉體間的團(tuán)聚，從而改善粉體的分散性。表面接枝聚合改性方法的最大特點是接枝在粉體表面的聚合物是在改性過程中合成的。
硅烷偶聯(lián)劑是最常用的一種偶聯(lián)劑，被廣泛用作陶瓷粉體的表面改性劑，具有簡單和有效等優(yōu)點。硅烷偶聯(lián)劑特別適用于改性表面存在羥基的陶瓷粉體，因為羥基與硅烷水解產(chǎn)物之間可反應(yīng)形成共價鍵。因此，硅烷偶聯(lián)劑是少數(shù)可以與SiC粉體表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的改性劑之一。
Dos Santos R. P.等人使用3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）對SiC粉體進(jìn)行有機硅烷化，結(jié)果表明，在乙醇介質(zhì)中SiC表面能鍵合更多的有機硅烷，并且使用PEI作為分散劑，有效改善了有機硅烷化的SiC顆粒在水介質(zhì)中的分散性。
Shang X.等人采用KH-550和3-巰丙基三甲氧基硅烷（KH-590）對SiC粉體進(jìn)行表面疏水改性，結(jié)果表明，KH-590對SiC粉體的疏水改性效果優(yōu)于KH-550，并且隨后利用十六烷基碘與KH-590之間的親核取代反應(yīng)，使其包覆在SiC顆粒表面來延長烷基鏈的長度，進(jìn)一步提高了SiC粉體的疏水性。
資料來源：《張文瀟.超細(xì)碳化硅粉體表面改性及重結(jié)晶碳化硅陶瓷注漿成型研究[D].北京化工大學(xué),2024》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉(zhuǎn)載請注明出處！
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