Модификация поверхности является одной из ключевых технологий в порошковой технологии материалов. повышение производительности и расширение приложений. Через первичные механизмы, такие как физическая адсорбция, химическая связь, покрытие/осаждение и поверхностная прививка, он достигает таких целей, как улучшение диспергируемость, повышение совместимости с матрицей, увеличивая текучесть и обрабатываемость, а также предотвращая поглощение влаги, окисление или химические реакции. Среди них, влияние добавления модификаторов на распределение размеров частиц порошка является важной темой, охватывающей материаловедение, химию поверхности и порошковую инженерию. В процессе модификации порошка модификаторы (такие как связующие агенты, поверхностно-активные вещества, силаны, титанаты и т. д.) воздействуют на поверхность частиц порошка посредством физическая адсорбция или химические реакции, тем самым изменяя их поверхностные свойства. Эта модификация поверхности может косвенно или напрямую влиять на распределение размеров частиц порошка.
Типы модификаторов
| Категория модификатора | Представительные сорта | Основная функция | Типичные порошки для применения |
| Силановые связующие агенты | КХ-550, КХ-560 | Химическая связь, улучшает интерфейс | SiO₂, стеклянный порошок, тальк |
| Титанатные связующие агенты | КР-ТТС, НДЗ-201 | Снижает вязкость, увеличивает нагрузку | CaCO₃, BaSO₄, слюда |
| Алюминатные связующие агенты | Алюминат А-1 | Термостойкость, нетоксичен | Al(OH)₃, Mg(OH)₂ |
| Жирные кислоты | Стеариновая кислота, олеиновая кислота | Гидрофобизация, низкая стоимость | CaCO₃, ZnO |
| Поверхностно-активные вещества | SDS, CTAB, Твин | Диспергирование, стабилизация | Нанооксиды, Глина |
| Полимеры | ПЭГ, ПВП, ПАА | Стерические препятствия | Fe₃O₄, Ag, TiO₂ |
| Неорганическое покрытие | SiO₂, Al₂O₃ | Функционализация, защита |
Влияние модификаторов на распределение размеров частиц
1. Предотвращение агломерации и улучшение дисперсности
Многие неорганические порошки (например, карбонат кальция, диоксид кремния, тальк и т. д.) обладают высокой поверхностной энергией и склонны к агломерации во время сушки или хранения, образуя вторичные или третичные частицы. Это приводит к расширению распределения частиц по размерам и увеличению их среднего размера. Модификаторы могут снижать поверхностную энергию порошка, подавляя силы Ван-дер-Ваальса между частицами за счёт стерических помех или электростатического отталкивания, тем самым уменьшая агломерацию. После эффективной модификации порошок становится более легко диспергируемым. D50 (медианный размер частиц), измеренный лазерным анализатором размера частиц, может уменьшаться, а распределение частиц по размерам может становиться более узким.
2. Покрывающий слой увеличивает видимый размер частиц
Некоторые модификаторы (например, длинноцепочечные жирные кислоты, силановые связующие агенты) образуют органическую пленку покрытия на поверхности частиц. Хотя фактический размер неорганического ядра остаётся неизменным, динамическое рассеяние света (DLS) или лазерная дифракция могут включать слой покрытия в измерение размера частиц, что приводит к увеличению видимого размера частиц. Обратите внимание, что это “увеличение” не является фактическим ростом частиц, а скорее реакцией метода измерения на модификацию поверхности.
3. Влияние условий процесса модификации
Влажная модификация обычно проводится в растворителе, который способствует равномерному покрытию и деагломерации, что потенциально приводит к более концентрированному гранулометрическому составу. Сухая модификация, при неравномерном перемешивании, может привести к локальной избыточной модификации или усилению агломерации, что, в свою очередь, расширяет распределение частиц по размерам. Оптимальный диспергирующий эффект обеспечивает максимально узкое распределение частиц по размерам. Избыток модификатора может действовать как связующее вещество, способствуя повторной агломерации частиц и увеличению их размера.
4. Влияние на последующую обработку
Модифицированные порошки ведут себя по-разному в последующих процессах, таких как измельчение, просеивание или грануляция. Улучшенная смазывающая способность поверхности может повысить эффективность измельчения; повышенная текучесть также может привести к более равномерному просеиванию. Всё это может косвенно влиять на распределение размеров частиц конечного продукта.
Из этого следует, что при оценке влияния модификаторов на гранулометрический состав порошка необходим комплексный анализ, учитывающий тип модификации, дозировку, условия процесса и методы испытаний.
| Направление эффекта | Причина | Влияние на распределение размеров частиц |
| Уменьшение размера частиц, узкое распределение | Деагломерация, улучшенная дисперсия | D50↓, Размах↓ |
| Увеличить видимый размер частиц | Поверхностный слой покрытия | D50↑ (измеренное значение) |
| Расширить распространение | Неоднородная или чрезмерная модификация | Мультимодальное распределение, Span↑ Cuochuan Powder Research Institute |
Как выбрать подходящий модификатор
1. Определите цель модификации
Во-первых, необходимо определить, почему мы вносим изменения, чтобы выбрать подходящий модификатор. На рисунке ниже представлены распространённые цели изменений:
| Цель модификации | Соответствующая потребность в производительности | Возможное направление модификации |
| Улучшение дисперсии в полимерах | Уменьшить агломерацию, улучшить механические свойства | Улучшение совместимости с матрицей |
| Улучшить текучесть | Удобство транспортировки, смешивания и литья под давлением | Смазка поверхности, уменьшение трения |
| Достичь гидрофобно-гидрофильной конверсии | Влагостойкая, подходящая система растворителей | Отрегулируйте полярность поверхности |
| Улучшить термическую стабильность | Отсутствие разложения при высокотемпературной обработке | Выберите модификаторы, устойчивые к высоким температурам |
| Придание функциональности (проводимости, антибактериальности и т. д.) | Особые требования к применению | Функциональная молекулярная модификация |
| Снизить стоимость | Увеличить загрузку наполнителя без ухудшения характеристик | Уменьшить дефекты интерфейса |
2. Анализ характеристик поверхности порошка
Поверхностные химические свойства различных порошков сильно различаются, что напрямую влияет на выбор модификатора. На рисунке ниже показано, как выбрать подходящие модификаторы в зависимости от типа порошка:
| Тип порошка | Характеристики поверхности | Совместимые модификаторы |
| Гидроксилсодержащие порошки (SiO₂, Al₂O₃, стеклянный порошок, монтмориллонит) | Поверхность богата -ОН, высокая полярность | Силановые связующие агенты (например, KH-550) |
| Порошки солей металлов (CaCO₃, BaSO₄, ZnO, Mg(OH)₂) | Поверхность содержит ионы металлов Ca²⁺, Zn²⁺ и т. д. | Жирные кислоты (стеариновая кислота), титанат, алюминат |
| Углеродные материалы (Углеродная сажа, графен, углеродные нанотрубки) | Инертная поверхность, неполярная | Предварительная окислительная обработка + прививка силана/полимера |
| Нанооксиды металлов (TiO₂, Fe₃O₄, ZnO) | Склонен к агломерации, высокая поверхностная энергия | Олеиновая кислота, ПВП, силаны, фосфатные эфиры |
| Органические порошки (Крахмал, Целлюлоза) | Содержат группы -ОН, -СООН | Силаны, ангидриды, изоцианаты |
3. Соответствие системе подачи заявок
Модифицированный порошок должен в конечном итоге интегрироваться в определённую “матрицу” или “среду” и быть с ней совместим. Таблица на представленном изображении классифицирует рекомендации в зависимости от типа матрицы и полярности.
| Тип матрицы | Полярность | Рекомендуемые модификации и терминальные группы |
| Полярные полимеры (ПА, ПЭТ, ПК, эпоксидная смола) | Высокий | Амино, эпоксидные, карбоксильные группы (например, KH-550, KH-560) |
| Неполярные полимеры (ПП, ПЭ, ПС) | Низкий | Длинные алкильные цепи, винильные группы (например, стеариновая кислота, KH-570) |
| Водные системы (покрытия, керамические суспензии) | Полярный/ионный | Анионные/неионогенные поверхностно-активные вещества, ПАА, ПЭГ |
| Системы на масляной основе (чернила, смазки) | Неполярный | Олеиновая кислота, серия Span, длинноцепочечные силаны, Cuochuan Powder Research Institute |
4. Рассмотрите осуществимость процесса
| Метод процесса | Подходящие характеристики модификатора | Ключевые соображения |
| Модификация сухого процесса (высокоскоростной смеситель) | Умеренная температура плавления, легкая дисперсия, низкая летучесть | Стеариновую кислоту можно предварительно расплавить; силаны можно разбавлять и распылять. |
| Модификация мокрого процесса (реакция в воде/растворителе) | Водорастворимый или эмульгируемый | Требуется последующая сушка. Обратите внимание на очистку сточных вод. |
| Модификация in-situ (добавляется во время синтеза) | Совместимо с реакционной системой | например, добавление стеарата натрия во время осаждения CaCO₃, Cuochuan Powder Research Institute |
В таблице на представленном изображении изложены различные методы обработки и их особенности.
Выбор правильного модификатора означает многомерное соответствие, включающее Цель × Порошок × Матрица × Процесс × Стоимость. Рекомендуется использовать стратегию замкнутого цикла: “сначала мелкомасштабные испытания, характеристика и проверка, а затем обратная связь по применению”.”
Эпический порошок
ЭПИЧЕСКИЙ Порошок Компания Machinery стремится предоставлять эффективные, надежные и индивидуальные решения для обработки порошков для отраслей по всему миру. Благодаря передовым технологиям и 20-летнему опыту мы помогаем нашим клиентам повышать качество продукции и эффективность производства. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать, как мы можем помочь вам в будущем. проект.
Электронная почта: [email protected]
Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете связаться с онлайн-представителем EPIC Powder. Зельда для любых дальнейших запросов».
— Джейсон Ван, Старший инженер
