關(guān)于磷酸鈦

在磷酸液中以規(guī)律的速度添加少量的硫酸鈦液，并將溫度保持于一定的溫度下，然后將反應(yīng)液加溫至一定的溫度后便可完成具均勻粒徑的磷酸鈦，然后可將這種等粒徑的磷酸鈦使用于阻燃材料上，這樣既可提高材料的阻燃性，達(dá)到防火的功效，更能避免材料因添加阻燃劑而降低原有的物性。

涂納米自潔涂料缺點(diǎn)有什么，有哪些功能和特點(diǎn)

　　導(dǎo)語：在房間的裝飾過程中，涂料是經(jīng)常使用到的裝飾材料之一，在房間的墻壁上粉刷一層涂料，不僅可以使墻面看起來更加的潔白，而且也能起到一定的墻面保護(hù)作用，是一種物美價(jià)廉的墻面裝飾材料。納米自潔涂料是一種新型的涂料種類，在具有傳統(tǒng)涂料的裝飾功能上，還具有自動(dòng)清潔的功能。下面就是小編為大家詳細(xì)介紹一下納米自潔涂料的優(yōu)缺點(diǎn)和功能特點(diǎn)。

　　

　　納米自潔涂料缺點(diǎn)有什么,有哪些功能和特點(diǎn)?

　　一種具有光催化活性的納米材料,包含光觸媒TiO2和空氣觸媒磷酸鈦,TiO2能吸收一定波長(zhǎng)的光,產(chǎn)生自由電子和空穴,使膜表面吸咐的污染物發(fā)生氧化還原分解而除去并殺死表面微菌,達(dá)到自潔的目的。已有研究表明可以將空氣中有機(jī)物和氨化物等有害污染分子除去。磷酸鈦的作用能在沒有光的條件下只利用水和空氣發(fā)揮自潔的效果。

　　

　　建材系列:陶瓷、瓷磚、不銹鋼、鋁合金、金屬漆。建筑玻璃:建筑幕墻玻璃,建筑門窗玻璃,防霧玻璃系列:浴室防霧玻璃,裝飾防霧玻璃。太陽能光伏系列。建筑裝飾玻璃。汽車玻璃:汽車擋風(fēng)玻璃,汽車車窗玻璃,汽車后視鏡玻璃。

　　無光催化功能。在空氣觸媒磷酸鈦的作用下,即使沒有光的條件下只利用水和空氣也能發(fā)揮自潔的效果。

　　光催化功能。在紫外線的照射下,光觸媒對(duì)有機(jī)物會(huì)有分解作用,對(duì)于無機(jī)物不產(chǎn)生任何作用。

　　

　　超親水功能。應(yīng)用這個(gè)功能玻璃可以將水完全均勻地在玻璃表面鋪展開來,同時(shí)浸潤(rùn)玻璃和污染物,終通過水的重力將附著在玻璃上的污染物帶走,而且也可以起到一定的防霧作用。

　　自潔防塵涂料,是利用仿生原理,利用納米材料二元協(xié)同的荷葉雙疏機(jī)理,較低的表面張力,具有高強(qiáng)的附能力,漆膜硬度高且有韌性,優(yōu)良的自潔功能,強(qiáng)勁的抗粉塵和抗臟物的粘附能力,疏水性極佳,對(duì)付粉塵霧靄有奇效,容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000次,具有良好的保光保色功能,抗紫外線能力極強(qiáng)。使用壽命長(zhǎng)達(dá)十五年以上。

　　

　　結(jié)束語：通過小編上面的介紹，相信大家對(duì)于納米自潔涂料的優(yōu)缺點(diǎn)和功能特點(diǎn)已經(jīng)有了一定的了解了。納米自潔涂料涂料是一種非常先進(jìn)的涂料種類，不僅能夠裝飾墻面，起到墻面保護(hù)功能，而且能夠自動(dòng)清潔墻面的污漬，使粉刷納米自潔涂料的墻面一直保持干凈的狀態(tài)，從而節(jié)省了很多的人力資源。希望通過小編上面的介紹，能夠幫助大家了解到納米自潔涂料的優(yōu)缺點(diǎn)和功能特點(diǎn)。

什么是涂裝表調(diào)

簡(jiǎn)單的講：是為磷化而作準(zhǔn)備的。 表面調(diào)整機(jī)理 通常是用弱堿性的膠體磷酸鈦鹽溶液對(duì)鋼鐵表面進(jìn)行處理，其活化過程可簡(jiǎn)述為，磷酸鈦鹽在水溶液中形成膠體乳液，正常情況下，帶負(fù)電荷的膠體鈦粒子(其粒徑為100～1000nm)吸附在工件表面上，形成無數(shù)個(gè)活性點(diǎn)(Ti鹽)為磷化晶體生長(zhǎng)提供晶核，磷化時(shí)首先在表面活性點(diǎn)上形成磷酸鹽晶核，然后晶體繼續(xù)生長(zhǎng)生成磷化膜。 由于Ti在金屬表面被吸附形成了活性點(diǎn)，顯然金屬表面的活性點(diǎn)多少將直接影響磷化；膜結(jié)晶大小，膠體Ti的粒子越小，單位金屬面積所吸附膠體Ti的粒子越多，磷化時(shí)所產(chǎn)生的磷化膜結(jié)晶越細(xì)致、越密；相反膠體Ti的粒子越大，單位金屬面積所吸附膠體Ti粒子越少，所

鈦金屬的主要用途是什么？

鈦是一種過渡金屬，在過去一段時(shí)間內(nèi)人們一直認(rèn)為它是一種稀有金屬。從20世紀(jì)40年代以后，鈦及其化合物被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、艦艇、軍工、醫(yī)療以及石油化工等領(lǐng)域；因?yàn)殁伨哂腥埸c(diǎn)高、硬度大、可塑性強(qiáng)、密度小、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)；鈦外觀似鋼，具有銀灰光譯。鈦的強(qiáng)度大，鈦合金抗拉強(qiáng)度達(dá)180kg/mm3。鈦的特性是密度小(4.51g/cm3），硬度大，熔點(diǎn)高(1675℃），高純度鈦具有良好的可塑性,但當(dāng)有雜質(zhì)存在時(shí)變得脆而硬。在室溫時(shí)鈦不與氯氣、稀硫酸、稀鹽酸和硝酸作用，但能被氫氟酸、磷酸、熔融堿侵蝕。鈦很容易溶解于H2SO4中，鈦?zhàn)钔怀龅男阅苁菍?duì)海水的抗腐蝕性很強(qiáng)．鈦在地殼中約占

　硅灰石（Wollastonite）

一、概述

硅灰石是一種天然產(chǎn)出的偏硅酸鈣（Ca₃[Si₃O₉]），理論化學(xué)成分CaO48.3%、SiO₂51.7%。其中的Ca²⁺離子易被少量的Fe²⁺、Mn²⁺、Mg²⁺、Sr²⁺等離子呈類質(zhì)同象形式替代。硅灰石有三種同質(zhì)多象變體：兩種低溫相變體，即三斜晶系硅灰石和單斜晶系副硅灰石；一種高溫相即假硅灰石。硅灰石與假硅灰石的轉(zhuǎn)化溫度為（1120±20）℃，轉(zhuǎn)化較緩慢，隨著溫度升高，轉(zhuǎn)化時(shí)間將明顯縮短。自然界常見的硅灰石主要是低溫三斜硅灰石，其他兩種象變體很少見。

硅灰石晶體沿b軸多發(fā)育為柱狀、針狀，其長(zhǎng)度與直徑比值即長(zhǎng)徑比為（10～7）:1，比值高的可達(dá)（15～13）:1。硅灰石熱膨脹特點(diǎn)是沿b軸膨脹系數(shù)（25～800℃為6.5×10^-6℃^-1）低，膨脹隨溫度改變呈線性變化。假硅灰石的熱膨脹系數(shù)為11.8×10^-6℃^-1，明顯高于硅灰石的熱膨脹系數(shù)。因此在硅灰石質(zhì)陶瓷的燒成過程中應(yīng)避免硅灰石向假硅灰石的轉(zhuǎn)變。硅灰石的物理－化學(xué)性質(zhì)見表3-6-1。

表3-6-1　硅灰石的主要物化性質(zhì)

在高溫加熱條件下，硅灰石的化學(xué)性質(zhì)活潑，可與高嶺石等礦物發(fā)生固相反應(yīng)，與陶瓷工業(yè)有關(guān)的反應(yīng)包括：

河南省非金屬礦產(chǎn)開發(fā)利用指南

河南省非金屬礦產(chǎn)開發(fā)利用指南

由于硅灰石具有針狀晶體、低熱膨脹系數(shù)、低吸油率、色白、絕緣性好、高溫化學(xué)性質(zhì)活潑等特點(diǎn)，使其應(yīng)用在陶瓷工業(yè)、填料工業(yè)等領(lǐng)域中。

二、資源概況和礦石類型

1.資源概況

硅灰石的成因類型有五種，其中有工業(yè)價(jià)值的是接觸變質(zhì)類型和區(qū)域變質(zhì)作用類型。接觸變質(zhì)生成的硅灰石產(chǎn)于巖漿侵入體與碳酸鹽巖的接觸帶，由SiO₂和CaCO₃反應(yīng)而成。區(qū)域變質(zhì)作用生成的硅灰石是由含鈣質(zhì)的巖層如石灰?guī)r、大理巖經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用形成。

目前世界各國(guó)已查明的硅灰石儲(chǔ)量約2億噸，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量約4億噸。在20多個(gè)硅灰石產(chǎn)出國(guó)中，美國(guó)、印度和墨西哥三國(guó)硅灰石礦總儲(chǔ)量約占世界已探明總儲(chǔ)量（不包括中國(guó)）的三分之二。

美國(guó)紐約州阿迪龍朗克山北東側(cè)是世界硅灰石重要產(chǎn)地，在該州的威爾斯博羅地區(qū)有?？怂怪Z爾、劉易斯和狄爾赫德三個(gè)主要礦床。

墨西哥的硅灰石礦床主要產(chǎn)在薩卡特卡斯和恰帕斯兩個(gè)州。

印度的硅灰石主要產(chǎn)在拉賈斯坦邦和中央邦，其中有的礦床礦石品位高達(dá)96%～97%。

我國(guó)的硅灰石礦資源豐富，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量為0.5億～1.0億噸，探明儲(chǔ)量?jī)H次于印度，居世界第二位。我國(guó)硅灰石產(chǎn)地比較集中，主要分布在吉林省，占全國(guó)總儲(chǔ)量44.7%，江西省占17%，青海占13.4%，遼寧占10.3%，其他主要分布在湖北、安徽、浙江、江蘇、云南、福建等省。我國(guó)硅灰石礦成礦條件好，礦體規(guī)模大，成分簡(jiǎn)單，較富。吉林梨樹大頂山硅灰石礦床是我國(guó)目前規(guī)模最大的礦床。此外，吉林磐石長(zhǎng)崴子硅灰石礦床，湖北大冶小箕鋪硅灰石礦床規(guī)模也較大。

硅灰石礦床的一般工業(yè)要求見表3-6-2，開采技術(shù)條件見表3-6-3。

表3-6-2　硅灰石礦床一般工業(yè)指標(biāo)

注：①視礦石質(zhì)量?jī)?yōu)、差取上、下限；②手選礦石塊度要求，暫按直徑≥4cm計(jì)。

表3-6-3　硅灰石礦床開采技術(shù)條件

2.礦石類型

硅灰石礦石類型主要有大理巖型和夕卡巖型兩大類。美國(guó)的威爾斯鮑羅、劉易斯、格爾赫德硅灰石礦，印度別爾卡巴赫硅灰石礦等是夕卡巖型。墨西哥拉布蘭卡硅灰石礦，芬蘭拉彭蘭塔硅灰石礦等是大理巖型。我國(guó)主要硅灰石礦石類型見表3-6-4。國(guó)內(nèi)外部分硅灰石的化學(xué)成分分析見表3-6-5。

表3-6-4　我國(guó)主要硅灰石礦石類型

三、硅灰石的主要用途及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

由于硅灰石具有許多優(yōu)異的物化性質(zhì)，使其被廣泛應(yīng)用于陶瓷工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)等各工業(yè)部門（見表3-6-6）。

迄今為止，硅灰石主要應(yīng)用于陶瓷工業(yè)。其中又以作釉面磚為主，以及生產(chǎn)特種的無線電陶瓷和低介電損耗絕緣體陶瓷等。硅灰石之所以成為陶瓷的重要原料，是由下列因素決定的。

在傳統(tǒng)生產(chǎn)陶瓷工藝中，是以鋁硅為主要體系的原料，生成的物相以莫來石為主。需采用高溫（1250～1300℃）、長(zhǎng)周期（30h以上）的燒成工藝。在坯體中加入一定量的硅灰石，構(gòu)成了以硅－鋁－鈣為主要成分的低共熔體系，生成的物相主要是鈣長(zhǎng)石。硅灰石同時(shí)是助熔劑，降低了坯體的老化點(diǎn)，整個(gè)坯體的快速燒結(jié)物均勻一致。因此，硅灰石降低了陶瓷生產(chǎn)的燒成溫度，縮短了燒成時(shí)間。

表3-6-5　國(guó)內(nèi)外部分硅灰石的化學(xué)成分分析

表3-6-6　硅灰石的主要用途

硅灰石的針狀晶體為生坯提供水分快速排出的通道，干燥速度加快，從而易壓制成型，不分層。焙燒時(shí)，硅灰石針狀體的不熔殘?jiān)鼧?gòu)成了阻止坯體體積變化的致密骨架，冷卻時(shí)，燒結(jié)料結(jié)晶將它們之間的針狀體牢固粘接。坯體具有多孔和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。硅灰石低的熱膨脹系數(shù)和線性膨脹的特點(diǎn)，有利于坯體抗熱沖擊。

美國(guó)、原蘇聯(lián)等國(guó)都已對(duì)硅灰石在釉面磚上的應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究工作。美國(guó)年產(chǎn)硅灰石約6萬～7萬t，其中一半用于釉面磚生產(chǎn)。以硅灰石為主要原料的釉面磚，實(shí)現(xiàn)低耗能低溫快燒的新工藝，可節(jié)省燃料約30%～50%，被譽(yù)為節(jié)能原料。

在冶金工業(yè)中，硅灰石主要用作生產(chǎn)模鑄硅鋼保護(hù)渣和板坯連鑄保護(hù)渣。武漢鋼鐵公司鋼鐵研究所等單位研制的以硅灰石為主要原料的保護(hù)渣，可替代從日本進(jìn)口的“浮光40”保護(hù)渣。以天然硅灰石為基料板坯連鑄粉狀和顆粒狀保護(hù)渣，具有化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，含Al₂O₃很低的特征，能起到穩(wěn)定連鑄操作和改善連鑄坯質(zhì)量的作用。

硅灰石作為電焊條藥皮配料，在電焊工業(yè)中得到應(yīng)用，特別適合用來制造高鈦型低炭鋼電焊條。硅灰石微粉和超細(xì)微粉被用于塑料、橡膠、造紙、油漆工業(yè)中作填料和涂料，不僅降低了產(chǎn)品成本，而且明顯改善了產(chǎn)品的物理－化學(xué)性能，尤其是機(jī)械力學(xué)性能。預(yù)計(jì)今后作工業(yè)填料和涂料用的硅灰石微粉和超細(xì)微粉用量將以每年10%的速度增加。

目前我國(guó)僅國(guó)家建材局于1994年頒布了硅灰石產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為JC/T535-94。一些主要的硅灰石產(chǎn)區(qū)或企業(yè)根據(jù)用戶要求制定了一些地方或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

陶瓷、油漆、涂料、冶金、電焊條等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)杌沂a(chǎn)品質(zhì)量要求分別見表3-6-7～表3-6-10。

吉林梨樹硅灰石礦業(yè)公司出口硅灰石塊礦和針狀硅灰石粉質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見表3-6-11和表3-6-12。

表3-6-7　陶瓷工業(yè)用硅灰石產(chǎn)品的質(zhì)量要求

注：建筑陶瓷用硅灰石，一般要求硅灰石礦物含量＞60%。

表3-6-8　油漆、涂料用硅灰石產(chǎn)品質(zhì)量要求

表3-6-9　冶金保護(hù)渣用硅灰石產(chǎn)品質(zhì)量要求

表3-6-10　電焊條工業(yè)對(duì)硅灰石產(chǎn)品質(zhì)量要求

表3-6-11　吉林梨樹硅灰石礦業(yè)公司出口硅灰石塊礦質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

表3-6-12　H-G系列針狀硅灰石粉

吉林四平市硅灰石企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（吉Q/SS₁24-85）適用于油漆涂料、塑料、橡膠、陶瓷等行業(yè)，見表3-6-13～表3-6-15。

表3-6-13　吉林四平市硅灰石產(chǎn)品規(guī)格

表3-6-14　吉林四平市硅灰石的技術(shù)要求

表3-6-15　吉林四平市涂料級(jí)硅灰石粉的技術(shù)要求

注：以上產(chǎn)品指標(biāo)，可根據(jù)用戶特殊要求，雙方協(xié)商。

湖北大冶非金屬礦公司的硅灰石產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見表3-6-16。國(guó)外硅灰石一般工業(yè)要求見表3-6-17。美國(guó)出售硅灰石的粒度要求見表3-6-18。

表3-6-16　湖北大冶非金屬礦公司硅灰石產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

表3-6-17　國(guó)外硅灰石一般工業(yè)要求

表3-6-18　美國(guó)出售硅灰石的粒度要求

四、硅灰石礦石的選礦和超細(xì)粉碎

1.硅灰石礦石的選礦提純

硅灰石屬接觸變質(zhì)礦物，與其共生的主要礦物有方解石、透輝石、石榴子石、透閃石、符山石、石英、黃銅礦、斑銅礦等，硅灰石的選礦方法隨著礦石類型不同而有所不同。手選、光電揀選、磁選、浮選、重選等方法廣泛應(yīng)用于硅灰石的加工工藝中。硅灰石的主要選礦方法和原則流程見表3-6-19和表3-6-20。

列舉兩個(gè)實(shí)例說明硅灰石礦石的選礦。

表3-6-19　硅灰石的主要選礦加工方法

表3-6-20　硅灰石的主要選礦工藝原則流程

例1　梨樹硅灰石礦的選礦工藝

該礦位于吉林省梨樹縣內(nèi)。礦石中硅灰石含量為46.50%，方解石41.23%，透輝石3.49%，石英6.67%。在礦石中，硅灰石晶體內(nèi)有透輝石和石英包體，方解石則呈不規(guī)則狀分布于硅灰石顆粒及其裂隙之間。根據(jù)原礦性質(zhì)，采用單一浮選流程選別硅灰石。根據(jù)硅灰石與方解石、石英的可浮性不同，采用反浮選方法對(duì)硅灰石進(jìn)行選別，選礦流程見圖3-6-1。

圖3-6-1　梨樹硅灰石礦連選試驗(yàn)流程

方解石精礦含方解石95.71%，產(chǎn)率38.78%；硅灰石精礦含硅灰石87.20%，產(chǎn)率44.48%。

例2　威爾斯鮑羅硅灰石選礦廠

選礦廠位于美國(guó)紐約州威爾斯鮑羅。礦石主要礦物組成為硅灰石、鈣鐵石榴子石、透輝石、少量方解石。礦石中硅灰石含量為55%～65%，鈣鐵石榴子石和透輝石的含量為10%～20%。根據(jù)礦石性質(zhì)，采用單一強(qiáng)磁選工藝流程使硅灰石和鈣鐵榴石及透輝石分離。工藝流程見圖3-6-2。

2.硅灰石的超細(xì)粉碎

圖3-6-2　威爾斯鮑羅硅灰石選礦流程

硅灰石作為高檔無機(jī)工業(yè)填料，必須深加工成針狀超細(xì)粉料。國(guó)外多采用氣流磨對(duì)硅灰石精礦進(jìn)行超細(xì)粉碎，產(chǎn)品中高長(zhǎng)徑比、高比表面的粉量增多。80年代末，吉林梨樹硅灰石礦業(yè)公司從Alpine公司引進(jìn)兩臺(tái)630AFG流化床式氣流粉碎機(jī)，用于生產(chǎn)-10μm的硅灰石超細(xì)微粉。隨后，該公司與武漢工業(yè)大學(xué)合作，實(shí)現(xiàn)了這種設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，研制成與630AFG性能相同的LPM-680氣流磨，并建成了年產(chǎn)200t的超細(xì)硅灰石粉生產(chǎn)線，生產(chǎn)線工藝流程見圖3-6-3。給料粒度325目，產(chǎn)量280.6kg/h,10μm通過率97.7%。

硅灰石超細(xì)粉碎產(chǎn)品有800、1250、2500目等。也可以根據(jù)用戶的需要加工出平均粒度為10、5、2、1μm級(jí)的產(chǎn)品。

五、硅灰石粉料的表面改性

圖3-6-3　超細(xì)硅灰石生產(chǎn)線工藝流程

1—顎式破碎機(jī)；2—傳送帶；3—顎式破碎機(jī)；4—除塵器；5—提升機(jī)；6—料倉(cāng)；7—風(fēng)機(jī)；8—提升機(jī)；9—料倉(cāng)；10—磨機(jī)；11—旋流分級(jí)機(jī)；12一風(fēng)機(jī)；13—提升機(jī)；14—料倉(cāng)；15—風(fēng)送系統(tǒng)；16—料倉(cāng)；17—螺旋輸送機(jī)；18—空壓機(jī)；19—冷凝器；20—儲(chǔ)氣罐；21—LPM氣流磨；22—收集器；23—風(fēng)機(jī)

粉體表面改性（Surface modification or Surface treatment）是指用物理、化學(xué)、機(jī)械等方法對(duì)粉體物料表面進(jìn)行處理，根據(jù)應(yīng)用的需要有目的地改善或完全改變物料的物理技術(shù)性能或表面物理化學(xué)性質(zhì)，如表面晶體結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)、表面能、表面潤(rùn)濕性、表面吸附和反應(yīng)特性等，以滿足現(xiàn)代新工藝和新技術(shù)發(fā)展對(duì)新材料的需要。粉體的表面處理改性既是一門新技術(shù)，又是一門新學(xué)科。對(duì)于非金屬礦物，表面改性能提高其使用價(jià)值和開拓應(yīng)用領(lǐng)域，是最重要的深加工技術(shù)之一。

在塑料、橡膠、膠粘劑等高分子材料工業(yè)及復(fù)合材料領(lǐng)域中，無機(jī)礦物填料占有很重要的地位，不僅可以降低生產(chǎn)成本，而且明顯改善產(chǎn)品的物理化學(xué)性能，如機(jī)械力學(xué)性能、阻燃性、絕緣性等。但是由于無機(jī)礦物與基質(zhì)，即有機(jī)高聚物或樹脂等具有不同的膨脹系數(shù)、表面張力、抗彎模數(shù)等性質(zhì)，在二者接觸處，明顯表現(xiàn)出不相容性，因此接觸界面是最薄弱的部位，易發(fā)生分離。由于相容性差，無機(jī)礦物填料難以在基質(zhì)中均勻分散，直接或過多地填充往往容易導(dǎo)致產(chǎn)品的某些力學(xué)性能下降以及易脆化等缺點(diǎn)。因此，用無機(jī)礦物作填料，除了對(duì)其粒度、粒度分布、顆粒形狀有要求外，還必須對(duì)礦物填料表面進(jìn)行改性，提高其與基質(zhì)，即有機(jī)高聚物或樹脂的相容性和分散性，以增強(qiáng)產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度和綜合性能。

用來對(duì)礦物表面進(jìn)行改性的化學(xué)試劑稱為表面改性劑。表面改性劑分為無機(jī)試劑和有機(jī)試劑兩大類。無機(jī)試劑主要是一些無機(jī)顏料，如鐵、鈦、鉻等的氧化物或含氧鹽等。有機(jī)表面改性劑的種類較多，主要包括偶聯(lián)劑類、脂肪酸（或胺）類、烯烴低聚物類以及各種樹脂類等。由于礦物填料的種類不同，改性目的不同，所選用的表面改性劑亦不同。

1.礦物填料的有機(jī)表面改性劑

1）偶聯(lián)劑

又稱為架橋劑，是一種具有兩性結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。它們分子中的一部分基團(tuán)可與礦物填料表面的各種化學(xué)基團(tuán)反應(yīng)，形成強(qiáng)有力的化學(xué)鍵合；另一部分基團(tuán)則有親有機(jī)物的性質(zhì)，可與有機(jī)高分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或形成物理纏繞，在無機(jī)礦物與有機(jī)高分子之間形成具有特殊功能的“分子橋”，從而把兩種性質(zhì)差異很大的材料牢固結(jié)合起來，形成新型的復(fù)合材料。

偶聯(lián)劑是目前應(yīng)用最廣泛的表面改性劑，它適用于各種不同的有機(jī)高分子和無機(jī)礦物填料的復(fù)合材料體系。經(jīng)偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理的無機(jī)礦物填料，抑制了填充體系“相”的分離，即使增加填充量，仍可較好地均勻分散，從而改善了制品的綜合性能，特別是抗張強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、柔韌性和撓曲強(qiáng)度等。按偶聯(lián)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為硅烷類、鈦酸酯類、鋯類和有機(jī)鉻絡(luò)合物四大類。下面簡(jiǎn)要介紹前三類。

（1）硅烷偶聯(lián)劑　硅烷偶聯(lián)劑是研究得最早應(yīng)用最廣的偶聯(lián)劑，是由美國(guó)聯(lián)合碳化物公司為發(fā)展玻璃纖維增強(qiáng)塑料而開發(fā)出來的，至今已有40年的歷史。

硅烷偶聯(lián)劑是一類具有特殊結(jié)構(gòu)的低分子有機(jī)硅化合物。其通式為RSiX₃，式中R代表與聚合物分子有親和力或反應(yīng)能力的活性官能團(tuán)，如氨基、巰基、乙烯基、環(huán)氧基、氰基、甲基、丙烯酰氧基等；X代表能夠水解的烷氧基（如甲氧基、乙氧基）或氯。在進(jìn)行偶聯(lián)時(shí)，X基首先水解形成硅醇，然后再與礦物表面上的羥基反應(yīng)，形成氫鍵并縮合成—SiO—M共價(jià)鍵（M表示無機(jī)礦物填料表面）。同時(shí)，硅烷各分子的硅醇又相互締合齊聚，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的膜覆蓋在填料表面，使無機(jī)填料有機(jī)化。現(xiàn)以甲氨基硅烷偶聯(lián)劑為例，其偶聯(lián)作用過程為：

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偶聯(lián)劑的另一端的R可與聚合物發(fā)生反應(yīng)形成牢固的化學(xué)鍵合。這種化學(xué)反應(yīng)取決于R基的性質(zhì)和樹脂的種類。以環(huán)氧硅烷為例，與環(huán)氧樹脂反應(yīng)

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硅烷偶聯(lián)劑可用于許多無機(jī)礦物填料的表面改性，其中對(duì)含硅酸成分較多的石英粉、玻璃纖維、白碳黑等的效果最好，對(duì)高嶺土、水合氧化鋁效果也較好，對(duì)不含游離酸的碳酸鈣效果欠佳。硅烷偶聯(lián)劑產(chǎn)品牌號(hào)和品種分類見表3-6-21。

表3-6-21　硅烷偶聯(lián)劑產(chǎn)品牌號(hào)和品種分類

續(xù)表

續(xù)表

（2）鈦酸酯偶聯(lián)劑　鈦酸酯偶聯(lián)劑是美國(guó)肯里奇（Kenrich）石油化學(xué)公司70年代開發(fā)成功的一類新型偶聯(lián)劑。它有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，對(duì)熱塑性聚合物與干燥填料有良好的偶聯(lián)效能。

鈦酸酯偶聯(lián)劑的分子結(jié)構(gòu)分為6個(gè)功能區(qū)，每個(gè)功能區(qū)都有其特點(diǎn)，在偶聯(lián)過程中發(fā)揮各自的作用。

鈦酸酯偶聯(lián)劑的通式和6個(gè)功能區(qū)：

偶聯(lián)無機(jī)相·親有機(jī)相

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式中：1≤M≤4,M+N≤6；R—短碳鏈烷烴基；R′—長(zhǎng)碳鏈烷烴基；X—C、N、P、S等元素；Y—羥基、氨基、環(huán)氧基、雙鍵等機(jī)團(tuán)。

各功能區(qū)說明如下：功能區(qū)1[（RO）_M—]—與無機(jī)填、顏料偶聯(lián)作用的基團(tuán)；

功能區(qū)2（Ti—O……—）—酯基轉(zhuǎn)移和交聯(lián)功能；

功能區(qū)3（X—）—聯(lián)結(jié)鈦中心帶有功能性的基團(tuán)；

功能區(qū)4（R—）—長(zhǎng)鏈的糾纏基團(tuán)——適用于熱塑性樹脂；

功能區(qū)5（Y—）一固化反應(yīng)基團(tuán)——適用于熱固性樹脂；

功能區(qū)6（N—）—非水解基團(tuán)數(shù)。

（RO）_M為鈦酸酯與礦物填料進(jìn)行化學(xué)鍵合的官能團(tuán)，它可與礦物表面結(jié)構(gòu)水和H⁺作用，形成包圍礦物的單分子層。Ti—O部分為鈦酸酯的有機(jī)骨架，可與聚合物的羧基之間進(jìn)行相互交換，起酯基和烷基轉(zhuǎn)移和交聯(lián)作用。X部分是和分子核心鈦結(jié)合的基團(tuán)，對(duì)鈦酸酯的性質(zhì)有重要影響，具體可分為磷酸酯、五磷酸酯、羧基酸、磺酸基等。

鈦酸酯偶聯(lián)劑按其化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為三種類型：?jiǎn)瓮檠趸?、螯合型和配位型?/p>

單烷氧基型　這一類品種最多，價(jià)格適中，廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、涂料、膠粘劑工業(yè)。這類偶聯(lián)劑的典型是三異硬脂酰基鈦酸異丙酯（TTS）。除含乙醇胺基和焦磷酸酯基的單烷氧基型外，大多數(shù)品種耐水性差，適用于不含游離水，僅含化學(xué)鍵合水和物理鍵合水的干燥礦物填料體系，如碳酸鈣、水合氧化鋁等。單烷氧基鈦酸酯與無機(jī)填料的作用機(jī)理見圖3-6-4。

圖3-6-4　單烷氧基鈦酸酯與無機(jī)填料的作用機(jī)理

焦磷酸型鈦酸酯偶聯(lián)劑耐水性好，適用于中等含水的無機(jī)填料，如高嶺土、滑石粉等。焦磷酸型鈦酸酯處理濕填料的吸濕機(jī)理見圖3-6-5。

圖3-6-5　焦磷酸型鈦酸酯處理濕填料的吸濕機(jī)理

螯合型　這類偶聯(lián)劑適用于高濕無機(jī)填料和含水聚合物體系，如高嶺土、滑石粉、水處理玻璃纖維、炭黑等。一般的單烷氧基型鈦酸酯水解穩(wěn)定性差，在高濕體系中偶聯(lián)效果差。螯合型鈦酸酯偶聯(lián)劑具有極好的水解穩(wěn)定性，適于在高濕狀態(tài)下使用。根據(jù)螯合環(huán)的不同，這類偶聯(lián)劑分為兩種基本類型：螯合100型和螯合200型。前者螯合基為氧代乙酰氧基；后者螯合基為二氧乙撐基。它們的偶聯(lián)機(jī)理見圖3-6-6和圖3-6-7。

圖3-6-6　螯合100型與填料的偶聯(lián)機(jī)理

圖3-6-7　螯合200型與填料的偶聯(lián)機(jī)理

配位體型　四價(jià)鈦酸酯在一些體系中存在副反應(yīng)，如在環(huán)氧樹脂中與羥基反應(yīng)，在聚酯中的酯交換反應(yīng)等。配位體型鈦酸酯中的鈦原子由4價(jià)鍵轉(zhuǎn)變?yōu)?價(jià)鍵，降低了鈦酸酯的反應(yīng)活性，提高了耐水性。因此，配位體型鈦酸酯偶聯(lián)劑可在溶劑型涂料或水性涂料中使用。配位體型鈦酸酯偶聯(lián)劑與填料的偶聯(lián)機(jī)理見圖3-6-8。

圖3-6-8　配位型偶聯(lián)劑與填料的作用機(jī)理

國(guó)內(nèi)外鈦酸酯偶聯(lián)劑主要品種見表3-6-22。

表3-6-22　國(guó)內(nèi)外鈦酸酯偶聯(lián)劑主要品種對(duì)照

（3）鋯鋁酸鹽偶聯(lián)劑　鋯類偶聯(lián)劑是美國(guó)Cavedon化學(xué)公司于80年代開發(fā)的一類新型偶聯(lián)劑，其商品名稱為“CavcoMod”，它是以水合氯化氧鋯（ZrOCl₂·8H₂O）、氯醇鋁（Al₂OH₅Cl）、丙烯醇、羧酸等為原料合成的。鋯鋁酸鹽偶聯(lián)劑分子中含有兩個(gè)無機(jī)部分和一個(gè)有機(jī)功能配位體。由于分子中無機(jī)特性部分的比重大，因此具有更多的無機(jī)反應(yīng)點(diǎn)，使偶聯(lián)劑有良好的羥基穩(wěn)定性和水解穩(wěn)定性。根據(jù)分子中的金屬含量（即無機(jī)特性部分的比重）和有機(jī)配位基的性質(zhì)，將已商品化的鋯鋁酸鹽偶聯(lián)劑分為7類（見表3-6-23），分別適用于聚烯烴、聚酯、環(huán)氧樹脂、尼龍、丙烯酸類樹脂、聚氨酯、合成橡膠等不同的聚合物，對(duì)于礦物填料，可用于碳酸鈣、二氧化硅、高嶺土、三水合氧化鋁、氧化鈦等的偶聯(lián)改性。鋯鋁偶聯(lián)劑性能較好，價(jià)格較便宜，在很多情況下可代替硅烷偶聯(lián)劑。

表3-6-23　鋯類偶聯(lián)劑（Cavco Mod）的品種

2）高級(jí)脂肪酸及其鹽類改性劑

（1）高級(jí)脂肪酸及其鹽類　高級(jí)脂肪酸屬于陰離子表面活性劑，其分子通式為RCOOH。分子的一端為長(zhǎng)鏈烷基（C₁₆～C₁₈），這種結(jié)構(gòu)與聚合物分子結(jié)構(gòu)相近似，尤其是與聚烯烴分子結(jié)構(gòu)相近，因而與聚合物基料有一定的相容性。分子的另一端為羧基或其金屬鹽，可與礦物填料表面發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)和物理吸附。因此，用高級(jí)脂肪酸及其金屬鹽處理礦物填料時(shí)，具有類似于偶聯(lián)劑的作用。

常用的高級(jí)脂肪酸及其金屬鹽類的表面改性劑有硬脂酸、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅等。高級(jí)脂肪酸的胺類、酯類與其金屬鹽類近似，亦可作表面改性劑。

（2）不飽和有機(jī)酸類　不飽和有機(jī)酸分子具有一個(gè)或多個(gè)不飽和雙鍵及一個(gè)或多個(gè)羥基，碳原子數(shù)一般在10個(gè)以上。常見的不飽和有機(jī)酸有丙烯酸、馬來酸、衣康酸、醋酸乙烯、醋酸丙烯等。帶有不飽和雙鍵的有機(jī)酸，對(duì)含堿金屬離子的礦物填料進(jìn)行表面改性，具有良好的處理效果。由于分子中存在不飽和雙鍵，在和基體樹脂復(fù)合時(shí)，在殘余引發(fā)劑或熱能、機(jī)械能作用下，雙鍵打開，與基體樹脂發(fā)生“接枝”、交聯(lián)等一系列化學(xué)反應(yīng)，使礦物填料與樹脂較好地結(jié)合在一起，提高了產(chǎn)品的物理機(jī)械性能。

3）有機(jī)低聚物

（1）聚烯烴低聚物　聚烯烴低聚物主要品種有無規(guī)聚丙烯和聚乙烯蠟。聚烯烴低聚物有較高的粘附性能，可以和無機(jī)填料較好地浸潤(rùn)、粘附、包裹。同時(shí)因?yàn)榛窘Y(jié)構(gòu)和聚烯烴相似，能與聚烯烴很好地相容結(jié)合。因此，聚烯烴低聚物廣泛應(yīng)用于聚烯烴類復(fù)合材料中無機(jī)填料的表面處理。

（2）聚乙二醇　用聚乙二醇包覆處理硅灰石可顯著改善聚丙烯（PP）缺口的沖擊強(qiáng)度和低溫性能。

2.表面改性劑的選擇及用量

目前市場(chǎng)上已有幾百種表面改性劑供選擇，其選擇過程是一個(gè)復(fù)雜的過程。對(duì)于同一種無機(jī)礦物填料，影響其填充效果的主要因素有顆粒的形狀、粒徑大小和粒度分布、填料表面性質(zhì)等。填料的粒徑越小，其補(bǔ)強(qiáng)效果越好。如用325目和2500目碳酸鈣作半硬質(zhì)PVC填料，后者比前者強(qiáng)度提高30%。纖維狀、片狀填料有助于提高制品的機(jī)械強(qiáng)度。在填料粒徑、形狀確定的情況下，考查填料表面改性效果的主要判據(jù)是填料與有機(jī)聚合物基體結(jié)合的牢固程度、填加量的多少，產(chǎn)品的各種物理－化學(xué)性能是否提高了等。這些與表面改性劑的選擇和表面改性工藝過程有關(guān)。表3-6-24列出了各種表面改性劑的適用范圍。

表3-6-24　表面改性劑的適用范圍

表面改性劑的用量一般為無機(jī)填料量的0.5%～3%。對(duì)于某些偶聯(lián)劑類，可通過計(jì)算得到理論加入量。以硅烷偶聯(lián)劑為例，計(jì)算公式為：

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式中：W為硅烷偶聯(lián)劑用量（g）；W₁為欲改性的礦物填料重量（g）；S₁為礦物填料的比表面積（m²/g），可實(shí)測(cè)獲得；S₂為偶聯(lián)劑的最小包裹面積（m²/g），由生產(chǎn)廠家提供。

表3-6-25給出了KH系列硅烷偶聯(lián)劑的最小包覆面積。

表3-6-25　KH系列硅烷偶聯(lián)劑最小包覆面積

在生產(chǎn)和試驗(yàn)中主要采用“活化指數(shù)”來表征表面處理的效果。無機(jī)礦物填料或顏料粉體相對(duì)密度較大，而且表面呈極性狀態(tài)，在水中自然沉降。經(jīng)表面改性處理后的無機(jī)填料粉體表面由極性變?yōu)榉菢O性，對(duì)水呈現(xiàn)出較強(qiáng)的非浸潤(rùn)性，不沉降。根據(jù)上述現(xiàn)象，提出“活性指數(shù)”，用H表示，其含義為：

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由上式可見：未經(jīng)表面活化處理的無機(jī)粉體，H=0，活化處理最徹底時(shí)，H=1.0,H變化范圍為0～1.0。將改性樣品放入清水中攪拌10min，然后觀察是否有沉淀和沉淀多少，如果在2天內(nèi)無沉淀或沉淀很少，說明改性成功。改性劑的用量可根據(jù)“活化指數(shù)”來確定。最佳用量應(yīng)是表面改性劑在顆粒表面上覆蓋單分子層的用量。大于此量，則將形成多層物理吸附的界面薄弱層，從而導(dǎo)致填充物的強(qiáng)度下降；低于最佳用量，則填料顆粒表面改性處理不完全。

液態(tài)表面改性劑使用前應(yīng)稀釋，固態(tài)表面改性劑應(yīng)配制成溶液。由于硅烷偶聯(lián)劑與水的作用是偶聯(lián)作用的基礎(chǔ)，大部分硅烷經(jīng)水解后成為水溶液。因此，常用水作稀釋劑配成溶液使用。一般采用酸性溶液水解硅烷，常用的酸有鹽酸、醋酸、月桂酸等。對(duì)于水解產(chǎn)物易縮合的硅烷，其水溶液應(yīng)在使用前臨時(shí)配制。

鈦酸酯偶聯(lián)劑用惰性溶劑，如白油、石油醚、變壓器油等稀釋，配成一定濃度的溶液。

鋯類偶聯(lián)劑的溶劑見表3-6-23。

用丙酮溶解硬脂酸制成溶液。

3.礦物填料表面改性工藝及設(shè)備

對(duì)礦物填料表面進(jìn)行改性的方式有兩種。一種是礦物填料預(yù)先涂敷處理改性工藝，在填料與樹脂基料混合之前，先對(duì)礦物填料表面改性。另一種是所謂的整體處理工藝，將礦物填料和改性劑一起加入到樹脂基料中進(jìn)行混合處理。

預(yù)先涂敷處理改性工藝所用的主要設(shè)備是高速混合（捏合）機(jī)（圖3-6-9）。

圖3-6-9　高速混合（捏合）機(jī)結(jié)構(gòu)

1—回轉(zhuǎn)蓋；2—混合鍋；3—折流板；4—攪拌葉輪；5—排料裝置；6—驅(qū)動(dòng)電機(jī)；7—機(jī)座

高速混合機(jī)工作時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪使物料連續(xù)地螺旋狀上、下運(yùn)動(dòng)，物料運(yùn)動(dòng)速度很快?？焖龠\(yùn)動(dòng)著的顆粒之間相互碰撞、摩擦，使團(tuán)塊破碎，物料溫度相應(yīng)升高，使物料均勻分散和對(duì)改性劑均勻吸附。工作原理見圖3-6-10。

高速混合機(jī)的改性效果主要與葉輪的形狀和回轉(zhuǎn)速度、物料的溫度、物料在混合室內(nèi)的充滿程度（即填充率）、混合時(shí)間、改性劑的加入方式和用量等因素有關(guān)。

填充率一般為0.5～0.7，對(duì)于高位式葉輪，填充率可達(dá)0.90

溫度是影響最終改性效果的重要因素之一，對(duì)于不同的礦物填料和所用的表面改性劑，加熱溫度高低也不同。

圖3-6-10　高速混合（捏合）機(jī)的工作原理

1—回轉(zhuǎn)蓋；2—外套；3—折流板；4—葉輪；5—驅(qū)動(dòng)軸；6—排料口；7—排料氣缸；8—夾套

部分國(guó)產(chǎn)高速混合機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表3-6-26。

表3-6-26　部分國(guó)產(chǎn)高速加熱混合（捏合）機(jī)主要技術(shù)參數(shù)及生產(chǎn)廠家

4.硅灰石填料

重碳酸鈣、重晶石、滑石、硅灰石等被稱為白色非金屬礦物顏料、填料。其中，由于硅灰石具高長(zhǎng)徑比和色澤白的特點(diǎn)，使其成為白色非金屬礦物填料的佼佼者。用經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑表面改性的硅灰石粉料作填料，可明顯改善產(chǎn)品的性能。如作聚碳酸脂填料，其彈性模量是未填充時(shí)的3倍，強(qiáng)度大約增加15%，填充到聚乙烯、聚丙烯中，產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等機(jī)械力學(xué)性能明顯提高。表3-6-27和表3-6-28列出了硅灰石充填PVC硬板和尼龍1010的性能。

表3-6-27　硅灰石充填PVC硬板性能

表3-6-28　不同礦物填充尼龍1010性能對(duì)比

西北油漆廠用硅灰石粉代替部分鈦白粉或滑石粉，成功地應(yīng)用到涂料中。

主要參考文獻(xiàn)

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