粉体表面改性技术

1、粉体表面处理技术粉体表面处理技术上海三正高分子材料有限公司上海三正高分子材料有限公司影响粉体性能的基本因素 l粉末材料的化学成分l粉末材料的晶体结构l粉末材料的形貌特征 粒径 粒径分布 形状l粉末材料的表面性质 表面能 表面张力 表面化学位 表面官能团 表面酸碱性粉体表面改性的目的s增加相容性s提高分散性s赋予新功能 着色力 遮盖力 耐侯性 耐热性 s提高附加值s控制释放s环境保护改性技术的内容与发展趋势s粉体表面该性的原理和方法s表面改性剂s表面改性工艺与设备s改性过程的控制与产品检测技术s表面性能设计s改性产品年增长15%s新型表面改性剂及改性设备s超细化、活性化及晶体结构复杂化统一粉体的

2、表面及界面性质s比表面积 比表面积=形状因子/（密度X平均粒径）s表面能 表面能=表面张力X比表面积s表面官能团 种类、数量与比例s表面润湿性（接触角）s表面电性能粉体表面改性方法s涂敷改性（冷法、热法） 石英砂涂敷树脂，提高铸造时粘结性s表面化学改性（主要方法） 颗粒表面性质、改性剂种类、用量用法及工艺设备与操作条件s沉淀反应改性（钛白、云母）s机械化学改性s高能改性、酸碱处理等粉体表面改性设备s高速混合（捏和）机sHYB高速气流冲击式粉体表面处理机 （东京理科大学、奈良机械制作所）s球磨机、砂磨机s液相表面处理s喷雾表面处理粉体表面改性剂s偶联剂 硅烷类；钛酸脂、铝酸脂、锆酸脂类s表面活性

3、剂（离子型、非离子型）s有机聚合物、有机硅s不饱和有机酸、丙烯酸树脂s氢氧化物及其盐s超分散剂颜料的表面处理颜料的表面处理-超分散剂技术超分散剂技术超细粉末的分散性l粉末分散性的具体表现 粉末分散的难易程度 决定加工能耗与时耗 分散粉体的稳定性 决定储存稳定性及最终实用性能 抗絮凝，抗沉降，抗浮色等 流动性，流平性，遮盖力 光泽，亮度，着色强度影响粉末分散性的基本因素l不可更改因素 粉体材料的化学成分 粉体形貌粒径与粒径分布l可更改因素（提高分散性的手段) 1)干燥工艺 2)表面处理剂(改变表面能， 表面酸碱性 表面张力,表面化学位，表面官能团) 3)润湿分散剂(改变粉末/介质界面张力，降低界

4、面自由能，提高分散稳定性) 粉体分散领域的研究课题l粉末表面结构表征与性能测试l表面处理剂的选择及其吸附机理l表面处理剂与介质及其它表面活性 物质之间的竞争吸附,吸附层结构 l表面处理剂与分散介质的相互作用l表面处理工艺与设备 关键：表面处理剂(润湿分散剂)CH系列超分散剂系列超分散剂结构特征与应用特点结构特征与应用特点颜料分散的基本过程s1）润湿过程 液固界面取代气固界面；润湿角s2）破碎过程 外力作用；粒子团聚与破碎平衡s3）稳定过程 影响分散稳定性的基本因素 分散稳定的基本特征润湿分散剂的作用机理 s1）降低液 / 固界面张力s2）电荷稳定机理 双电层理论s3）空间稳定机理 熵排斥理论

5、渗透排斥理论 VN KTdrdVRTBCaHrHRSR ()()2222432322润湿分散剂的常见类型s1）水性体系 聚磷酸盐 表面活性剂 水溶性聚合物s2）非水分散体系 天然高分子 合成高分子 偶联剂 传统润湿分散剂的局限性s1）亲水基结合力不强，易脱附 起亲水作用，不为颜料表面性质设计s2）亲油基为正构烷烃，相容性欠佳 非极性基团，不适应极性介质s3）亲油基太短，位阻不够 碳链长度不超过18个碳原子 超分散剂的锚固基团s锚固基团取代亲水基针对颜料表面设计s(1)强极性表面 单点化学键结合 s(2)弱极性表面 多点氢键结合s(3)非极性表面 表面增效剂超分散剂的溶剂化链s1）单端官能化s2

6、）相容性可调 单体种类及配比 溶解度参数 容剂化链极性 相似相容原则s3）容剂化链长度 分子量控制 超分散剂的吸附形态超分散剂在强极性超分散剂在强极性表面的单点化学吸附表面的单点化学吸附超分散剂在弱极性超分散剂在弱极性表面的多点氢键吸附表面的多点氢键吸附超分散剂通过表面增超分散剂通过表面增效剂在非极性表面吸附效剂在非极性表面吸附超分散剂作用机理示意图 颗粒颗粒锚固基团溶剂化链超分散剂的吸附性能Rehacek方法方法CaCetg=Ma直线XapMaCaXapMo CoCeXMoCoMoXXsolv CeMaXXsolvCaXMaXapMa CaCeMas()()/()/ ()2.01.51.00

7、.50123456789Xap（mg/m2磁粉）起始配比1:1起始配比1:1.3起始配比1:2Ce（%）2.01.51.00.50123456789Ce（）起始配比 1:1.3起始配比起始配比1:21:12磁粉）Xap（mg/m起始配比（mg/m2磁粉表面）Ma（mg/m2磁粉表面）Ca（%） （nm） th（nm）1:2.01.749.1419.010.41:1.31.9012.115.713.85.321:1.02.1414.614.616.6起始配比(mg/m2磁粉表面)Ma(mg/m2磁粉表面)Ca（%）（nm）th（nm）1:2.01.8910.418.311.81:1.32.011

8、1.317.812.911.41:1.01.809.8118.311.2平均1.9010.518.112.0超分散剂在磁粉表面的吸附等温线(Mn=700)超分散剂在磁粉表面的吸附等温线(Mn=1500)超分散剂在磁粉表面的吸附参数(Mn=700)超分散剂在磁粉表面的吸附参数(Mn=1500)超分散剂作用体系的流变性能10% HTPCL 5% JTPCL20% CTPCL15% ZTPCLC110% STPCL 5% ZTPCL110% ZTPCLC3剪切粘度Pa s.剪切速率 s-110001001010.11412108642010% ZTPCLC3 7% ZTPCLB110% ZTPCLB

9、2 7% Solsperse 24000 5% ZTPCLA2 6% ZTPCLA1剪切粘度Pa s.剪切速率 s-110001001010.1012300.511.522.533.541,0001,2001,4001,6001,8002,0002,200用量 ( % )粘度 (cp)012345671001,00010,000ATPHSA-1HTPHSA-1CTPHSA-1STPHSA-1MTPHSA-1用量 ( % )粘度 (cp)超分散剂的最值用量超分散剂的降粘作用锚固基团对流变曲线的影响溶剂化链对流变曲线的影响超分散剂的分散稳定作用30%20%15%10% 3%2%5%7%1%5040

10、302010012010080604020沉降时间 min清液高度mm0.11101004006008001,0001,200DCBA粘度 ( cp )剪切速率 ( s )-1超分散剂对磁浆沉降稳定性的影响超分散剂对油墨粘度稳定性的影响超分散剂的使用方法s1）降低研磨介质的树脂浓度 传统树脂浓度及颜料含量正常粘度 降低树脂浓度降低粘度及稳定性s2）加入超分散剂 提高稳定性， 进一步降低粘度s3）提高颜料含量 高颜基比，高稳定性，正常粘度超分散剂使用注意事项s1）研磨基料中树脂浓度最低化 维持稀释稳定性即可s2）先于颜料及填料加入 3）其它助剂尽量在稀释及后续过程加入s4）用量与颜料比表面积有关

11、 约2mg每平方米（BET） 最佳用量对应最低粘度，最佳质量 超分散剂的应用特点s润湿快速充分,缩短研磨时间,提高生产率s提高颜基比，减少能耗和设备损耗s降低粘度，改善流变性s提高分散稳定性，避免再分散s研磨基料相容性好，通用性强s不易氧化结皮，减少废弃物s超分散剂不亲水，不会导入亲水膜s分散彻底，应用性能大幅度提高 CH-5型超分散剂型超分散剂 在胶印油墨中的应用在胶印油墨中的应用 应用特点l提高油墨质量 高光泽，高着色力，高透明度l提高生产效率 提高颜 / 基比，缩短研磨时间l通用性强 热固型与单张纸型通用同一基料l高分散稳定性 胶印油墨用超分散剂的选择l立索尔红 / 罗宾红8CH5l酞箐

12、及炭黑颜料103：1 CH5：CH-11Bl联苯胺黄 103：1 CH5： CH-22CH5使用方法l将研磨基料的树脂浓度降低至3040l在基料中尽量少使用胶质油或胶凝剂 l在用基料调制油墨时多补充上述物质l由于CH5降低基料粘度，故可提高颜 料含量，减少溶剂用量，改善油墨干燥 性能热固型/单张纸型研磨基料配方RUBINE / Ca 4B TONER3650PHTHALOCYANINE BLUE3650DIARYLIDE YELLOW 2840CARBON BLACK 4050GRINDING VEHICLE 4826523365495333ALKYD RESIN 88995555CH-5 H

13、YPERDISPERSANT43.7534CH-11B HYPERDISPERSANT1.25CH-22 HYPERDISPERSANT1ANTIOXIDANT 22332222ALIPHATIC DISTILLATE6106凡立水配方CONVENTIONALCONVENTIONALWITH CH-5WITH CH-5ALKYD(ISOPHTHALIC/URETHANE)15 15HYDROCARBON RESIN 2010MODIFIED PHENOLIC RESIN 2515ALIPHATIC SOLVENT 4060留油配方HEATSETSHEETFEDMODIFIED PHENOLIC

14、 RESIN2024REACTIVE HYDROCARBON RESIN28ISO ALKYD RESIN(SOYA)18MODIFIED MALEIC RESIN24ISO ALKYD RESIN(LINSEED)20GELLING AGENT22ALIPHATIC DISTILLATE4030成品油墨配方CONVENTIONALCONVENTIONALWITH CH-5WITH CH-536% CONTROL RUBINE MILLBASE3550% CH-5 RUBINE MILLBASE25LET-DOWN VARNISH4861PE-WAX COMPOUND77ALIPHATIC D

15、ISTILLATE10736% CONTROL BLUE MILLBASE32 50% CH-5 BLUE MILLBASE 23LET-DOWN VARNISH5162PE-WAX COMPOUND77ALIPHATIC DISTILLATE108成品油墨配方28% CONTROL YELLOW MILLBASE30 40% CH-5 YELLOW MILLBASE25.5LET-DOWN VARNISH5465.5PE-WAX COMPOUND77ALIPHATIC DISTILLATE97 40% CONTROL BLACK MILLBASE4050% CH-5 BLACK MILLBA

16、SE 32.5LET-DOWN VARNISH3747.5PE-WAX COMPOUND88ALIPHATIC DISTILLATE108ALKALI BLUE TONER55CH-1型超分散剂型超分散剂在色母及塑料混合物中的应用在色母及塑料混合物中的应用CH-1的应用特点l提高遮盖力与着色强度，节省颜料成本l提高生产效率，同时提高分散质量l消除色点及表面斑点，改善表面状况l质量稳定性好，浪费少，加工成本低l减少颜料粉尘，改善加工条件l对其他性能无不良影响CH-1的使用方法l在高速混合机中加入聚合物l加入计量的CH-1（约为颜料填料总重量 的5-10%）充分混合（2MIN/1800RPM）l加

17、入颜料、填料及其它加工助剂，继续 充分混合（1MIN/1800RPM）l其它加工步骤不变CH-1用于PE色母的典型配方C CO ON NV VE EN NT TI IO ON NA AL LW WI IT TH H C CH H- -1 1LDPE8080CH-11PB15:12020PROCESS AID0.30.3SCREW SPEED(rpm)40 8040 80OUTPUT(kg/hour)2.97 7.142.98 7.36COLOUR STRENGTH -2.5%12.5% 25.0%ELONGATION(%)1525TENSILE STRENGTH(Mpa)8.89.2CH-1用

18、于硬质PVC门窗材料的典型配方C CO ON NV VE EN NT TI IO ON NA AL LW WI IT TH H C CH H- -1 1CORVIC S68/173100100DIBASIC LEAD PHOSPHITE22BARIUM/CADMIUM SOAP2212-HYDROXY STEARIC ACID0.50.5ESTER(LOXIOL G21)0.50.5LEAD STEARATE0.30.3CALCIUM CARBONATE44TIOXIDE R-TC3044ACRYLIC IMPACT MODIFIER88PROCESS AID11CH-1/0.4CH-1用于吹

19、瓶级PVC的典型配方CONVENTIONALWITH CH-1CORVIC S57/116100100IMPACT MODIFIER(PARALOID BTA 3FFI)1010PROCESS AID(DIAKON APA1)0.50.5PROCESS AID(PARALOID K175)11TIN STABILISER(IRGASTAB 17 MOK)1.51.5GLYCERINE MONO OLEATE0.50.5WAX CP(HOECHST)0.20.2TIOXIDE (R-FC5)22PB15:10.20.2CH-10.11SCREW SPEED(rpm) 40 80 40 80OUT

20、PUT(kg/hr) 7.2 12.3 7.56 13.5COLOUR STRENGTH +5.0% +20% +25%CH-1用于软质PVC电缆料的典型配方INGREIDIENTSCONVENTIONALWITH CH-1CORVIC S67/105100100DIOP4040CERECLORS521515TBLS55SNOWCAL706060硬脂酸钙1。51。5VYNAMON GREEN 2G FW0。20。2CH-1/3。0COLOUR STRENGTH100%120%MELT VISCOSITY860072OOlTBLS配方TRIBASIC LEAD SULPHATE （三 盐基硫酸铅

21、） 80PHRLEAD 5PHR;DOP 8PHR;SNOWCAL70 5PHRCH-1用于ABS的典型配方C CO ON NV VE EN NT TI IO ON NA AL LW WI IT TH H C CH H- -1 1ABS POWDER(CYCOLAC T)100100CH-10.11PROCESS AID0.30.3PB15:10.20.2TIOXIDE R-FC522SCREW SPEED(rpm) 40 80 40 80OUTPUT(kg/hr) 4.62 8.06 4.70 8.31COLOUR STRENGTH -2.5% +20% +20%ELONGATION AT

22、BREAK(%)510CH-1用于PS的典型配方P PS S G GR RA AN NU UL LE ES S1 10 00 01 10 00 0CH-1 0.11PROCESS AID0.30.3PG70.20.2TIOXIDE R-FC522SCREW SPEED 40 80 40 80OUTPUT(kg/hr) 5.32 9.72 5.64 9.83COLOUR STRENGTH +15% +30% +40%SPECK LEVELSPECKYVERY MUCH REDUCEDTENSILE STRENGTH(Mpa)26.729.9CH-2型超分散剂型超分散剂在增塑剂糊中的应用在增塑剂糊

23、中的应用CH2型超分散剂在PVC用增塑剂糊中的应用l应用特点增加颜料含量， 缩短研磨时间， 提高 生产效率，节省加工能耗及劳动力成本低粘度，低假塑性，易流动，易泵输稳定性好，减少颜料沉降、絮凝、分色增塑剂含量少，通用性强高遮盖力，高着色强度CH-2的使用方法l在增塑剂中加入计量的CH-2超分散剂， 充分搅拌至完全溶解，然后加入计量的 颜料（或填料）研磨。l由于 CH-2的降粘作用，颜料（或填料） 含量要比传统用量高。lCH-2的用量一般为颜料及填料用量的?1-2%，个别为2-5%。CH-2在增塑剂糊中的典型应用配方颜料传统配方颜料含量应用CH-2后的研磨配方名称（%）增塑剂含量（%）颜料含量（

24、%）CH-2用量（%）钛白6019801。0铁黄14204029。3700。7铁黄39104018。4801。6铁红110M5529。3700。7铬猩红CHY6019。2800。8碳酸铅6019。2800。8碳酸钙6019。2800。8硫酸钡6019。2800。8氢氧化铝2036。7262。50。78氧化锑7017。6802。4CH-6型超分散剂型超分散剂在增塑剂糊中的应用在增塑剂糊中的应用CH6型超分散剂在PVC用增塑剂糊中的应用l应用特点增加颜料含量， 缩短研磨时间， 提高 生产效率，节省加工能耗及劳动力成本低粘度，低假塑性，易流动，易泵输稳定性好，减少颜料沉降、絮凝、分色增塑剂含量少，通用性强高遮盖力，高着色强度CH-6的使用方法l在增塑剂中加入计量的CH-6超分散剂， 充分搅拌至完全溶解，然后加入计量的 炭黑或有机颜料颜料研磨。l由于 CH-6具有明显的的降粘作用，故颜 料含量要比传统配方颜料用量高。lCH-6的用量一般为炭黑或有机颜料用量 的5-15%。CH-6的典型使用配方