表面改性是指利用各類材料或助劑，采用物理、化學等方法對粉體表面進行處理，根據應用的需要有目的地改善粉體表面的物理化學性質或物理技術性能，以滿足現代新材料、新工藝和新技術發展的需要。粉體表面改性的方法很多，分類方法依分析問題的角度不同而異，下面小編就機械化學法粉體表面改性技術進行介紹。

一、粉體表面改性方法概述

目前，粉體改性方法按照改性工藝性質分類，主要分為6類，表面覆蓋改性、表面化學改性、機械化學法改性、膠囊式改性、高能處理改性、沉淀反應改性。

（1）表面覆蓋改性

表面覆蓋改性是利用表面活性劑使高分子、無機物、有機物等覆蓋于粉體表面，達到表面改性。

表面覆蓋法改性納米碳酸鈣結構圖

（2）表面化學改性

表面化學改性是利用表面改性劑與粉體表面進行化學反應或化學吸附的方式完成，使其表面產生新的機能。

表面化學改性示意圖

（3）機械化學法改性

機械化學法改性是通過粉碎、磨碎、摩擦等方法增強粒子的表面活性，具有強活性的粉體表面與其它物質發生反應、附著，達到表面改性的目的。

（4）膠囊式改性

膠囊式改性是在粉體表面包上一層或多層均勻的其它物質的薄膜，使粉體的表面特性發生改變。

膠囊式改性示意圖

（5）高能處理改性

高能處理改性是利用電暈放電、紫外線、等離子束等對粉體進行表面改性。

等離子束儀器

（6）沉淀反應改性

沉淀反應改性是利用化學反應并將生成物沉積在粉體表面，形成一層或多層改性層的方法。

相比于其他5種表面改性方法，機械化學法表面改性可將粉碎過程與表面改性過程相結合，具有工藝過程簡潔、產品改性效果良好及生產效率高等顯著優點。

二、機械化學法表面改性機理

機械化學法是指通過壓縮、剪切、摩擦、延伸、彎曲、沖擊等手段，對固體、液體、氣體物質施加機械能，從而誘發這些物質的物理化學性質變化，使固體與其周圍環境中的固體、液體、氣體發生化學變化的現象。

機械化學法粉體表面改性是通過對粉體的機械處理，使粉體表面活化能提高，從而使粉體表面活化點與周圍的物質發生物理、化學反應。粉體表面活化能增強，出現活化點的原因主要有：

（1）晶格缺陷

晶格缺陷是指晶體在外部的拉力、壓力、彎曲等機械力或對表面進行機械加工時形成的晶格偏離正常位置的現象。晶格缺陷按其空間結構不同又可分為點缺陷、線缺陷和面缺陷。位錯的發生使得附近原子或離子處于較高能量狀態。面缺陷則常出現在晶界、雙晶界或晶體堆層不完整等區域。

缺陷示意圖

位錯示意圖

（2）晶格畸變，晶格畸變的形式有一次粒子的晶格整體的膨脹收縮而引起面間距的變化、晶粒內部或晶粒局部的變化、X射線確定的無定形構造或層狀結構、纖維結構中特有的不規則構造等。晶格畸變引起物質能量增加。

三、機械化學表面改性工藝流程及設備

1、濕法機械化學表面改性

濕法機械化學表面改性工藝流程是：被改性粉體與改性劑在溶液環境下，受到研磨介質 的高速沖擊、剪切、擠壓等作用，粉體表面在粉碎的同時被活化，從而發生與介質中的改性劑的物理、化學反應，實現表面改性的目的。改性完成后，通過分離、 干燥等工藝，獲得改性粉體。

目前，濕法機械化學表面改性尚無專門設備，通常由球磨機、攪拌磨、振動磨等完成。其中以攪拌磨使用較為普遍。

高能球磨機

濕法改性適合于改性產品以漿料形式使用的領域。缺點是工藝過程復雜。

2、干法機械化學表面改性

干法機械化學表面改性工藝流程是：將原料粉體與改性劑加入有序混合機中充分混合均勻后，經定量計量系統加入改性設備中進行改性處理，改性完成后粉體送入成品收集裝置進行收集。

該方法優點是：整個工藝過程自動化水平較高。目前干法表面改性設備主要有：高速加熱式混合機、SLG型連續式粉體表面改性機、PSC型連續式粉體表面改性機、高速氣流沖擊式粉體表面改性機和流化床式粉體表面改性機。

（1）高速加熱式混合機

高速攪拌混合機是借助高速旋轉葉片的表面與物料的摩擦力和側面對物料的推力，使粉體顆粒之間高速相互碰撞、摩擦，進而促使粉體粒子與改性劑之間進行充分的交叉混合與吸附，使得表面改性劑包覆在粉體粒子的表面，實現粉體表面改性的目的。

該改性機優點是：應用范圍廣，適用于固-液、固-粉、粉-粉、粉-液進行高效的粉體復合改性。

（2）SLG型連續式粉體表面改性機

SLG型連續式粉體表面改性機是依靠轉子葉片和定子與粉體物料的沖擊、剪切和摩擦作用產生表面改性所需的溫度。轉子的高速旋轉強制松散并形成渦流二相流，使表面改性劑能迅速與顆粒表面作用，所以包覆效果好。

SLG型連續式粉體表面改性機

該改性機優點是：連續生產，自動化水平高，操作簡單，處理能力大。特別適合用硬脂酸類，各種偶聯劑等對碳酸鈣、滑石、云母、高嶺土、石英、硅灰石、硅線石等非金屬礦物填料進行連續表面改性處理。

（3）高速氣流沖擊式粉體表面改性機

高速氣流沖擊式粉體表面改性機系列較多，其中以以日本奈良機械制作所開發完成的高速氣流沖擊式粉體表面改性機HYB系統最具代表性。工作時物料在轉子和定子等部件的協同作用下被迅速分散，同時還不斷受到以氣流沖擊力為主，粉體粒子間的壓縮、摩擦和剪切等多個力的共同作用，在短時間內完成表面包覆改性、成膜或球形化處理。

該改性機優點是：流程簡單、改性質量穩定、產品粒度均勻等特點。

HYB系統設備結構示意圖

目前，南京理工大學超細粉體與表面科學技術研究所開發的雙向攪拌研磨混合機具有良好的使用效果，對于某些特殊粉體，其改性效果超過HYB系統。

作者：李波濤