市场粉体表面改性剂种类繁多,功能多样,价格当然也不一样,该如何选择最适合的改性剂呢?

实践表明,选择表面改性剂品种时,主要考虑的方面包括:粉体原料的性质、产品的用途或应用领域以及工艺、价格和环保等。

1、粉体原料的性质

粉体原料的性质主要是酸、碱性、表面结构和官能团、吸附和化学反应特性等,应尽可能选择能与粉体颗粒表面进行化学反应或化学吸附的表面改性剂,因为物理吸附在其后应用过程中的强烈搅拌或挤压作用下容易脱附。

例如,石英、长石、云母、高岭土等呈酸性的硅酸盐矿物表面可以与硅烷偶联剂进行键合,形成较牢固的化学吸附;但硅烷类偶联剂一般不能与碳酸盐类碱性矿物进行化学反应或化学吸附,而钛酸酯和铝酸酯类偶联剂则在一定条件下和一定程度上可以与碳酸盐类碱性矿物进行化学吸附作用。因此,硅烷偶联剂一般不宜用作碳酸盐类碱性矿物粉体,如轻质碳酸钙和重质碳酸钙的表面改性剂。

2、产品的用途

产品的用途是选择表面改性剂最重要的考虑因素。不同的应用领域对粉体应用性能的技术要求不同,如表面润湿性、分散性、pH值、遮盖力、耐候性、光泽、抗菌性、防紫外线等,这就是要根据用途来选择表面改性剂品种的原因之一。

例如,用于各种塑料、橡胶、胶粘剂、油性或溶剂型涂料的无机粉体(填料或颜料)要求表面亲油性好,即与有机高聚物基料有良好的亲和性或相容性,这就要求选择能使无机粉体表面疏水亲油的表面改性剂;对于陶瓷坯料中使用的无机颜料不仅要求其在干态下的有良好的分散性,而且要求其与无机坯料的亲和性好,能够在坯料中均匀分散;对于水性漆或涂料中使用的无机粉体(填料或颜料)的表面改性剂则要求改性后粉体在水相中的分散性、沉降稳定性和配伍性好。对于无机表面改性剂则主要根据应用领域对粉体材料功能性的要求来选择,例如,要使钛白粉的耐候性和化学稳定性好,就要采用SiO2和Al2O3进行表面包覆(膜),要使白云母颜料具有良好的珠光效应就要采用TiO2进行表面包覆(膜)。

同时,不同应用体系的组分不同,选择表面改性剂时还须考虑与应用体系组分的相容性和配伍性,避免因表面改性剂而导致体系中其他组分功能的失效。

3、改性工艺

改性工艺也是选择表面改性剂的重要考虑因素之一,如温度、压力以及环境因素等。所有的有机表面改性剂都会在一定的温度下分解,如硅烷偶联剂的沸点依品种不同在100~310℃之间变化。因此,所选择的表面改性剂的分解温度或沸点最好高于应用时的加工温度。

目前的表面改性工艺主要采用干法和湿法二种。对于干法工艺不必考虑其水溶性的问题,但对于湿法工艺要考虑表面改性剂的水溶性,因为只有能溶于水才能在湿式环境下与粉体颗粒充分地接触和反应。例如碳酸钙粉体干法表面改性时可以用硬脂酸(直接添加或用有机溶剂溶解后添加均可),但在湿法表面改性时,如直接添加硬脂酸,不仅难以达到预期的表面改性效果(主要是物理吸附),而且利用率低,过滤后表面改性剂流失严重,滤液中有机物排放超标。其他类型的有机表面改性剂也有类似的情况。因此,对于不能直接水溶而又必须在湿法环境下使用的表面改性剂,必须预先将其皂化、铵化或乳化,使其能在水溶液中溶解和分散。

4、价格和环境因素

最后,选择表面改性剂还要考虑价格和环境因素,在满足应用性能要求或应用性能优化的前提下,尽量选用价格较便宜的表面改性剂,以降低表面改性的成本。同时要注意选择不对环境造成污染的表面改性剂。

粉体表面改性剂选择的4个关键点