表面改性:对固体或液体表面通过改性剂的物理或化学作用或某一种工艺过程,改变其原来表面的性能和功能。主要有三类:无机改性、有机改性、复合改性。
无机改性通常是在材料表面覆盖一层或多层氧化物膜、水合氧化物膜、盐膜(有时包覆金属膜)改性的过程。如材料外面包覆一层Al、Sn(OH)2、Al(OH)3、Al-SiO2、SiO2、TiO2、SnO2-SiO2-TiO2、Ca3(PO4)2等,提高材料的热稳定性、化学稳定性,改善在有机物中的分散性能,常用于调料、颜料、阻燃剂等,常用的改性剂:铝、钛、锆、硅、磷等的盐类或水溶胶。
氧化钛、氧化铬、氧化铁、氧化锆、氧化锌、氧化硅、氧化铝等金属氧化物的盐类,金属氧化物、碱或碱土金属、稀土氧化物、无机酸及其盐以及Cu、Ag、Au、Mo、Co。沉淀包膜改性常用无机表面改性剂,其改性的物料(基质)一般也是无机物。
TiO2表面包裹一层无机物,改善分散性及表面活性,提高抗粉化性、保色性、耐候性及光化学稳定性。纳米TiO2表面无机包覆剂主要包括水合氧化铝、二氧化硅和氧化铁。
配20%-30%的TiO2浆液并用硅酸钠进行预分散。硅溶胶(SiO2/TiO2=1.5%,2%,3%)超声波混合30min,烘箱80℃干燥,硅溶胶包覆TiO2。
赤磷表面包覆一层Al(OH)3胶体(硝酸铝+氨水),耐吸湿性耐氧化性大幅提高,流散性增强。
多层包覆可得强银色云母钛珠光颜色,也可调其他颜色—金/红/紫/蓝/绿。
氧化铝具有高硬度、高强度、耐热、耐腐蚀等。纳米氧化铝粉体由于纯度高、颗粒细小均匀且分散性好,易与添加剂混合且较好的透明性。纳米氧化铝超细粉体在红外波段有很宽的强吸收效应,对波长80nm左右的紫外线也有很好的吸收效果,因此可做为红外、紫外屏蔽材料。志盛威华宋工
纳米氧化铝粉体具有很高化学稳定性、热稳定性、高硬度及耐腐蚀性。
有机改性概念:采用有机物对无机材料进行处理,通过混合或形成包覆膜的方法,提高材料的憎水性和流散性。
常用改性剂:表面活性剂、有机碳氢化合物(如石蜡、硬脂酸)、天然树脂、高分子化合物、偶联剂等。
常用方法:涂覆、包覆成膜、偶联成膜。
涂覆改性是借助粘附力用高聚物或树脂对粉体进行包覆改性的方法。
常用表面活性剂:脂肪酸、树脂酸及其盐类,阴阳离子表面活性剂、木质素等,量为粉体的0.1-10%
物理混合法;干法表面处理;湿法表面处理。这三种方法处理后均能提高粉体与高分子间的亲和力和机械强度。
包覆成膜
第一类:自动氧化成膜的包覆物质:在常温下,与氧气产生网状结构的体型聚合物膜,加热后会快速缩聚。例如—干性油。
过氧化反应,α次甲基分解过氧化氢基、游离基。游离基和α次甲基聚合。
第二类:热塑性成膜的物质(天然树脂、石蜡、沥青、聚氯乙烯、聚苯乙烯、线性酚醛树脂)分子直线型,溶于相应溶剂,成膜不起化学变化,溶剂挥发完毕成形,缺点:预热软化,冷却变硬,易破裂,溶剂挥发易产生毛孔。
第三类:热固性成膜物质不溶化不溶解,属网状结构的体型聚合物,加热后成膜。有机硅*树脂、硅油和脲醛树脂等
第四类:与固化剂作用生成高温中包覆膜,环氧树脂、苯乙烯、聚氨酯、聚氨树脂等
酚醛树脂为固化剂加环氧*树脂成膜。
第五类:水解缩聚成膜的包覆,有机硅*化合物—先水解—聚合
水分增多,膜分子量增大,最终形成SiO2的包覆膜。
偶联剂处理法
硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂;含硅或金属原子的有机物,以硅或金属为中心,一侧连亲水基,一侧连亲油基。
处理方法:偶联剂+惰性溶剂/水+低分子聚合物/脂肪酸及其盐类(分散剂)---乳化喷洒到表面或加入粉体中搅拌。
偶联剂处理后的无机粉体颗粒,因偶联一端有亲油基,该基团与粉体颗粒表面发生键合反应或交联反应,引入有机基团,这些基团与树脂发生交联反应,提高粉体和树脂粘合力,增强树脂。
表面活性剂分子一端的极性基团与填料表面发生物理吸附或化学反应而连在一起,另一端的亲油性基团能与树脂基体进行物理缠绕,从而在无机填料和有机高聚物之间架起一座“分子桥”,增强了高聚物基体和填料之间相互作用,改善了制品性能。
机理:
硅乙氧基+水---硅醇,硅醇和材料表面羟基缩合,另一部分硅醇和其他偶联剂单体中硅醇缩合,形成二聚体、三聚体…连续缩合,具有网状结构致密的膜。
复合改性:
材料+无机改性剂处理,再+有机改性剂或偶联剂处理。无机改性剂提高材料耐热性、化学稳定性、流散性;有机改性剂提高材料亲油性。
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