非金属矿物表面改性的目的

粉体表面改性的目的因应用领域的不同而异,但总的目标是改善或提高粉体原料的应用性能以满足新材料、新技术发展或新产品开发的需要。

(1)在塑料、橡胶、胶黏剂等高分子材料及复合材料领域中,非金属矿物填料占有重要的地位。这些无机矿物填料,如碳酸钙、高岭土、滑石、氧化铝、石英、硅灰石、石棉等,不仅可以降低材料的生产成本,还能提高材料的刚性、硬度、尺寸稳定性以及赋予材料某些特殊的物理性能,如耐腐蚀性、阻燃性和绝缘性等。但由于这些无机矿物填料与基质(即有机高聚物)的界面性质不同,相容性差,因而难以在基质中均匀分散,导致材料的某些力学性能下降以及易脆化等缺点。因此,除了粒度和粒度分布的要求外,必须对无机矿物填料表面进行改性,以改善其表面的物理化学特性,增强其与基质(即有机高聚物或树脂)等的相容性,提高其在有机基质中的分散性,以提高材料的机械强度及综合性能。由此可见,表面改性是无机矿物填料由一般增量填料变为功能性填料所必需的加工手段之一;同时也为高分子材料及复合材料的发展提供了新的技术方法。

(2)通过表面改性提高涂料中颜料的分散性并改善涂料的光泽、着色力、遮盖力和耐磨性、耐热性、保光性、保色性等。涂料的着色颜料和体质颜料,如钛白粉、锌钡白、碳酸钙、碳酸钡、重晶石、石英粉、白炭黑、云母、滑石、高岭土、硅灰石、氧化铝、石墨等多为无机粉体,为了提高其在有机基质涂料中的分散性,必须要对其进行表面改性,以改善其表面的润湿性,增强与基体的结合力。在新发展的具有电、磁、声、光、热、防腐、防辐射、特种装饰等功能的特种涂料中的填料和颜料不仅要求粒度超细,而且要求具有一定的“功能”,因此,必须对其进行表面处理。此外,为提高某些颜料的耐磨性、耐热性、遮盖力和着色力等,用一些性能较好的无机物包覆之,如用氧化铝、二氧化硅包覆钛白粉可改善其耐磨性等性能。

(3)当今许多高附加值产品,要求有良好的光学效应或视觉效果,使制品更富色彩,则需要对一些粉体原料进行表面处理,使其赋予制品良好的光泽和装饰效果。如白云母粉经氧化钛、氧化铬、氧化铁、氧化锆等金属氧化物进行表面改性后,用于化妆品、塑料、浅色橡胶、普通涂料、特种涂料等,可赋予这些制品珠光效应,大大提高了这些产品的价值。

(4)在造纸工业中,对造纸用无机填料进行表面改性处理以改变粉体表面电荷性质,增加其与带相反电荷的纤维结合强度,从而提高纸张强度和造纸过程中填料的留着率。

(5)为了控制药效,达到使药物安全、定量和定位释放的目的,新发展的药物胶囊就是用某种安全、无毒的薄膜材料,如丙烯酸树脂,对药粉进行包膜而制备的。

(6)为保护环境和健康,对有害的原料如石棉粉体,用对人体和环境无害又不影响其使用性能的其他化学物质进行表面处理,覆盖、封闭其表面活性点,以消除污染;对某些用于精细铸造、油井钻探等的石英砂进行表面涂覆以改善其黏结性能;对用于保温材料的珍珠岩等进行表面涂覆以改善其在潮湿环境下的保温性能;对膨润土进行阳离子覆盖以改善其在非极性溶剂中的膨胀、分散、黏结、触变等应用特性。

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