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超细粉体表面包覆处理的14种方法

   日期:2018-09-25     浏览:447    评论:0    
 超细粉体通常是指粒径在微米级或纳米级的粒子。和大块常规材料相比具有更大比表面积、表面活性及更高的表面能,因而表现出优异的光、热、电、磁、催化等性能超细粉体作为一种功能材料近些年得到人们的广泛研究,并在国民经济发展各领域得到越来越广泛的应用。

 

然而由于超细粉体独有的团聚及分散问题使其失去了许多优异性能,严重制约了超细粉体的工业化应用。因此,如何避免超细粉体的团聚失效已成为超细粉体发展应用所面临的难题。通过对超细粉体进行一定的表面包覆,使颗粒表面获得新的物理、化学及其他新的功能,从而大大改善了粒子的分散性及与其他物质的相容性。表面包覆技术有效地解决了超细粉体团聚这一难题。

 


超细粉体表面包覆的机理

 

关于包覆机理,目前还在研究之中,尚无定论。主要的观点有以下几种:

  • 库仑静电引力相互吸引机理。这种观点认为,包覆剂带有与基体表面相反的电荷,靠库仑引力使包覆剂颗粒吸附到被包覆颗粒表面。

  • 化学键机理。通过化学反应使基体和包覆物之间形成牢固的化学键,从而生成均匀致密的包覆层。

  • 过饱和度机理。这种机理从结晶学角度出发,认为在某一pH值下,有异相物质存在时,如溶液超过它的过饱和度就会有大量的晶核立即生成,沉积到异相颗粒表面形成包覆层。

 


超细粉体表面包覆的方法

 

1、机械混合法。利用挤压、冲击、剪切、摩擦等机械力将改性剂均匀分布在粉体颗粒外表面,使各种组分相互渗入和扩散,形成包覆。目前主要应用的有球石研磨法、搅拌研磨法和高速气流冲击法。该方法的优点是处理时间短,反应过程容易控制,可连续批量生产,较有利于实现各种树脂、石蜡类物质以及流动性改性剂对粉体颗粒的包覆。但此法仅用于微米级粉体的包覆,且要求粉体具有单一分散性。
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超细粉体材料改性包覆机

 

2、固相反应法。把几种金属盐或金属氧化物按配方充分混合、研磨,再进行煅烧,经固相反应直接得到超细包覆粉。

 

3、水热法。在高温高压的密闭体系中以水为媒介,得到常压条件下无法得到的特殊的物理化学环境,使反应前驱体得到充分的溶解,并达到一定的过饱和度,从而形成生长基元,进而成核、结晶制得复合粉体。水热法的优越性有:合成的核−壳型纳米粉体纯度高,粒度分布窄,晶粒组分和形态可控,晶粒发育完整,团聚程度轻,制得的产品壳层致密均匀,制备的纳米粉体不需要后期的晶化热处理。

 

 

4、溶胶−凝胶法首先将改性剂前驱体溶于水(或有机溶剂)形成均匀溶液,溶质与溶剂经水解或醇解反应得到改性剂(或其前驱体)溶胶;再将经过预处理的被包覆颗粒与溶胶均匀混合,使颗粒均匀分散于溶胶中,溶胶经处理转变为凝胶,在高温下煅烧得到外表面包覆有改性剂的粉体,从而实现粉体的表面改性。溶胶−凝胶法制备的包覆复合粒子具有纯度高、化学均匀性好、颗粒细小、粒径分布窄等优点,且该技术操作容易、设备简单,能在较低温度下制备各种功能材料,在磁性复合材料、发光复合材料、催化复合材料和传感器制备等方面获得了较好的应用。
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一种石墨烯包覆稀土掺杂纳米氧化物

 

5、沉淀法。向含有粉体颗粒的溶液中加入沉淀剂,或者加入可以引发反应体系中沉淀剂生成的物质,使改性离子发生沉淀反应,在颗粒表面析出,从而对颗粒进行包覆。沉淀反应包覆往往是在纳米粒子表面包覆无机氧化物,可以便捷地控制体系中的金属离子浓度以及沉淀剂的释放速度和剂量,特别适合对微纳米粉体进行无机改性剂包覆。

 

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一种粉煤灰空心微珠表面包覆纳米氢氧化镁复合粉体材料

 

6、非均相凝聚法(又称“杂絮凝法”)。根据表面带有相反电荷的微粒能相互吸引而凝聚的原理提出的一种方法。如果一种微粒的直径远小于另一种电荷微粒的直径,那么在凝聚过程中,小微粒就会吸附在大微粒的外表面形成包覆层。其关键在于对微粒表面进行修饰,或直接调节溶液的pH值,从而改变微粒的表面电荷。

 

7、微乳液包覆法。首先通过W/O(油包水)型微乳液提供的微小水核来制备需要包覆的超细粉体,然后通过微乳聚合对粉体进行包覆改性。与其他纳米材料的制备方法相比,微乳液法制备纳米材料具有以下特点:(1)粒径分布窄且较易控制;(2)由于粒子表面包覆一层(或几层)表面活性剂分子,不易聚结,得到的有机溶胶稳定性好,可较长时间放置;(3)在常压下进行反应,反应温度较温和,装置简单,易于实现。

 

8、非均匀形核法。根据LAMER结晶过程理论,利用改性剂微粒在被包覆颗粒基体上的非均匀形核与生长来形成包覆层。该方法可以精确控制包覆层的厚度及化学组分。非均匀形核包覆中,改性剂的质量浓度介于非均匀形核临界浓度与临界饱和浓度之间,所以非均匀形核法包覆是一种发生在非均匀形核临界浓度与均相成核临界浓度之间的沉淀包覆。

 

9、化学镀法。指不外加电流而用化学法进行金属沉淀的过程,有置换法、接触镀法和还原法三种。化学镀法主要用于陶瓷粉体表面包覆金属或复合涂层,实现陶瓷与金属的均匀混合,从而制备金属陶瓷复合材料。其实质是镀液中的金属离子在催化作用下被还原剂还原成金属粒子沉积在粉体表面,是一种自动催化氧化−还原反应过程,因此可以获得一定厚度的金属镀层,且镀层厚度均匀、孔隙率低。

 

10、超临界流体法。是尚在研究的一种新技术。在超临界情况下,降低压力可以导致过饱和的产生,而且可达到高过饱和速率,使固体溶质从超临界溶液中结晶出来。由于结晶过程是在准均匀介质中进行的,能够得到更准确的控制。因此,从超临界溶液中进行固体沉积是一种很有前途的新技术,能够产生平均粒径很小的细微粒子,而且还可控制其粒度分布。

 

11、化学气相沉积法。在相当高的温度下,混合气体与基体的表面相互作用,使混合气体中的某些成分分解,并在基体上形成一种金属或化合物的包覆层。它一般包括3个步骤:产生挥发性物质;将挥发性物质输送到沉淀区;与基体发生化学反应生成固态产物。

 

12、高能量法。利用红外线、紫外线、γ射线、电晕放电、等离子体等对纳米颗粒进行包覆的方法,统称高能量法。高能量法常常是利用一些具有活性官能团的物质在高能粒子作用下实现在纳米颗粒的表面包覆。

 

13、喷雾热分解法其工艺原理是将含有所需正离子的几种盐类的混合溶液喷成雾状,送入加热至设定温度的反应室内,通过反应,生成微细的复合粉末颗粒。在该工艺中,从原料到产品粉末,包括配溶液、喷雾、反应和收集等4个基本环节。

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二氧化硅包覆二硼化锆-碳化硅的复合粉体

 

14、微胶囊化法。在粉体表面覆盖均质且有一定厚度薄膜的一种表面改性方法。通常制备的微胶囊粒子大小在2~1000μm,壁材厚度为0.2~10μm。微胶囊可改变囊芯物质的外观形态而不改变它的性质,还可控制芯物质的放出条件;对在相间起反应的物质可起到隔离作用,以备长期保存;对有毒物质可以起到隐蔽作用。微胶囊技术在制药、食品、涂料、粘接剂、印刷、催化剂等行业都已得到了广泛的应用。

 


结语

 

表面包覆技术的选用,应根据核心粉体和包膜材料的特性以及改性后复合粉体的应用场合来综合考虑。随着科学技术的发展,超细粉体包覆技术将进一步完善,有望制备出多功能、多组分、稳定性更强的超细复合粒子,这将为复合粒子开辟更广阔的应用前景。目前关于超细粉表面包覆机制及通过多种包覆方法结合制备性能更优异的超细粉体将是未来该领域的研究发展方向。

 

参考文献:

李启厚等.超细粉体材料表面包覆技术的研究现状

陈加娜等.超细粉体表面包覆技术综述

邓飞云等.超细粉体表面包覆技术研究进展

 

 



 
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