A modificação da superfície do pó altera o estado da superfície das partículas por meios físicos ou químicos, sendo o principal objetivo quebrar a força de aglomeração entre as partículas. Quando o tamanho das partículas do pó diminui para o nível micrométrico ou nanométrico, a energia superficial aumenta drasticamente, e as forças de van der Waals, as ligações de hidrogênio e outras forças gravitacionais fazem com que as partículas se agreguem espontaneamente, formando partículas secundárias e perdendo o efeito de área superficial e o efeito de volume. pó ultrafino A modificação da superfície melhora a dispersibilidade em três dimensões principais, introduzindo modificadores: primeiro, utilizando agentes de acoplamento para construir "pontes moleculares" e reduzir a energia superficial das partículas; segundo, gerando impedimento espacial através da camada de revestimento para evitar o contato entre as partículas; terceiro, regulando a carga superficial, aumentando a repulsão eletrostática e, por fim, alcançando uma dispersão uniforme das partículas no meio.

Primeiro, mecanismo central: da ação molecular à dispersão macroscópica

1. Reduzir a energia superficial e a gravidade

A superfície de pós não modificados geralmente é rica em grupos polares, como grupos hidroxila, que podem facilmente formar ligações de hidrogênio ou adsorção eletrostática entre as partículas. Por exemplo, devido à alta densidade de grupos hidroxila na superfície, a força de aglomeração do pó de nanozircônia pode atingir várias centenas de megapascals. Ao reagir o grupo alcóxi do agente de acoplamento silano (fórmula geral RnSiX(4-n)) com o grupo hidroxila na superfície do pó, a superfície polar pode ser transformada em uma superfície apolar coberta com grupos orgânicos. O ângulo de contato aumenta de 0° (hidrofílico) para 114° (hidrofóbico) ou mais, e a energia superficial é reduzida em mais de 60%. Os agentes de acoplamento de éster de titânio ancoram a superfície do pó por meio de ligações titânio-oxigênio, e as longas cadeias de carbono proporcionam impedimento estérico, reduzindo o tamanho das partículas dispersas de carbonato de cálcio em polipropileno de 50 μm para 2 μm.

2. Construir uma barreira de obstrução espacial

A modificação por revestimento físico forma uma camada elástica na superfície das partículas através de cadeias poliméricas, o que gera repulsão entrópica quando as partículas se aproximam. Por exemplo, a camada de MoO3 revestida com ácido poliacrílico pode aumentar a distância mínima entre as partículas de zircônia de 5 nm para 20 nm, prevenindo eficazmente a aglomeração. A modificação por reação de precipitação envolve o crescimento de revestimentos inorgânicos (como...) Al2O3 , SiO2 ) na superfície das partículas, e a dispersão é ajustada controlando-se a espessura do revestimento (geralmente de 5 a 50 nm). Esse método aumenta o poder de cobertura do dióxido de titânio nos revestimentos em 30%.

3. Regulação da carga superficial e do potencial Zeta

Os surfactantes formam uma dupla camada na superfície das partículas por meio da dissociação de grupos funcionais, aumentando o valor absoluto do potencial zeta. Por exemplo, o carbonato de cálcio modificado com estearato de sódio aumentou o potencial zeta de 14,1 mV para 30,2 mV, e a repulsão eletrostática melhorou a estabilidade da suspensão por mais de 24 horas. A modificação composta (como éster de alumínio + SDS) pode aumentar sinergicamente o efeito de carga e o efeito de impedimento estérico, elevando o potencial zeta absoluto do pó de carbeto de silício de 30,5 mV para 60 mV e mantendo a baixa viscosidade mesmo quando o teor de sólidos da suspensão atinge 57% (fração volumétrica).

Segundo, principais caminhos tecnológicos e aplicações típicas

1. Modificação química: o efeito de "ponte molecular" dos agentes de acoplamento

Agente de acoplamento de silano: adequado para pós contendo silício/hidroxila (quartzo, caulim), reagindo com resinas através de grupos funcionais como grupos amino e epóxi. Por exemplo, o micropó de silício tratado com KH-550 pode manter o desempenho de isolamento do selante epóxi em um ambiente de 85 °C/85% UR com uma taxa de retenção superior a 95%.
Agente de acoplamento de éster de titânio: Para carbonato de cálcio, talco em pó, etc., o tipo monoalcóxi pode melhorar a resistência ao impacto de materiais compósitos de PP para 45 kJ/m², enquanto o tipo pirofosfato é adequado para pós com teor de umidade superior a 0,5%.
Agente de acoplamento de éster de alumínio: O custo é apenas 50% do éster de titânio, a estabilidade térmica é melhorada em 20 ℃ e o sistema modificado de PVC/carbonato de cálcio apresenta uma resistência ao impacto com entalhe de 8 kJ/m².

2. Modificação física: encapsulamento e mecanoquímica
Revestimento polimérico: A modificação por polimerização in situ do carbonato de cálcio com acetato de polivinila pode reduzir a viscosidade da massa fundida de materiais compósitos de PVC em 40% e melhorar a fluidez do processamento.
Modificação mecanocímica: Através da moagem de alta energia com esferas, a estrutura cristalina da superfície das partículas é distorcida, os sítios ativos são aumentados e a eficiência da reação com o ácido esteárico é duplicada. O tempo de modificação é reduzido de 2 horas para 30 minutos.

3. Modificação composta: estratégia de aprimoramento sinérgico
A modificação composta de titanato de ácido esteárico (proporção 1:3) foi utilizada para tratar carbonato de cálcio pesado, com um grau de ativação de 99,4% e um valor de absorção de óleo reduzido para 0,267 g/g. A quantidade de enchimento em PP pode atingir 30% sem comprometer as propriedades mecânicas. O ácido salicílico e a acrilamida são combinados para modificar o carbeto de silício, e o ponto isoelétrico é ajustado para pH 12,5 para obter uma dispersão estável em meio alcalino.

Terceiro Verificação de efeitos e otimização de processos

1. Indicadores principais de avaliação

Ângulo de contato e índice de ativação: Após a modificação, o ângulo de contato do pó é superior a 90° (hidrofóbico), e um índice de ativação próximo de 1 indica revestimento completo. Por exemplo, o carbonato de cálcio modificado com éster de alumínio apresenta um ângulo de contato de 136,3° e um índice de ativação de 100%.

Tamanho das partículas e potencial zeta: O analisador de tamanho de partículas a laser mostra uma redução de 30% a 70% no D50, e um valor absoluto de potencial zeta superior a 30 mV é sinal de boa dispersão.
Correlação com o desempenho da aplicação: manifestada como uma diminuição no volume de sedimentação em revestimentos (como de 4,1 mL/g para 1,0 mL/g) e uma melhoria na resistência ao impacto em materiais compósitos (como um aumento de 41,97% no sistema PP/carbonato de cálcio).

2. Pontos-chave do processo

Dosagem do modificador: 2% a 3% para pó ultrafino (tamanho de partícula < 5 μm) e 0,3% a 1,5% para pó comum. Por exemplo, ao usar um agente de acoplamento de silano para óxido de zinco nanoestruturado, é necessária uma dosagem de 2,5% para cobrir completamente os grupos hidroxila da superfície.

Compatibilidade de equipamentos: Misturadores de alta velocidade (com velocidade de 1000 a 3000 rpm) são adequados para a moagem a seco, enquanto moinhos de bolas ou moinhos de areia são utilizados para a moagem a úmido. O equipamento integrado de britagem e moagem por fluxo de ar pode aumentar a taxa de descarga em 170%.

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