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非金屬礦物粉體表面改性技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

 (上海匯精亞納米新材料有限公司)

（鳳陽(yáng)匯精納米新材料科技有限公司)

劉濤

非金屬礦物表面改性技術(shù)是伴隨現(xiàn)代新型復(fù)合材料的興起而發(fā)展起來(lái)的。雖然它的發(fā)展歷史較短，但對(duì)于現(xiàn)代有機(jī)／無(wú)機(jī)復(fù)合材料、無(wú)機(jī)／無(wú)機(jī)復(fù)合材料、涂料或涂層材料、吸附與催化材料、環(huán)境材料以及超細(xì)粉體和納米粉體的制備和應(yīng)用具有重要意義。表面改性是非金屬礦物材料必須的加工技術(shù)之一，對(duì)提高其應(yīng)用性能和應(yīng)用價(jià)值至關(guān)重要，是優(yōu)化非金屬礦物材料性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。

中國(guó)非金屬礦物表面改性技術(shù)的研究和應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代，比發(fā)達(dá)的工業(yè)化國(guó)家晚了約20年。90年代以后，由于相關(guān)產(chǎn)業(yè)，特別是塑料、橡膠、涂料等的快速發(fā)展，中國(guó)非金屬礦物表面改性技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用速度加快，但改性裝備還是以塑料行業(yè)的高速加熱混合機(jī)為主，90年代末期開(kāi)始了專用表面改性設(shè)備的研發(fā)。2000年以來(lái)，以表面改性配方、表面改性工藝、表面改性設(shè)備為代表的非金屬礦物表面改性技術(shù)取得了顯著進(jìn)展，與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的差距也得到縮小。本文在綜述非金屬礦物表面改性技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)要總結(jié)了近年來(lái)非金屬礦物表面改性技術(shù)、裝及產(chǎn)品的進(jìn)展，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

一:非金屬礦物粉體表面改性技術(shù)現(xiàn)狀

1表面改性方法

表面改性的方法很多，能夠改變非金屬礦物粉體表面或界面的物理化學(xué)性質(zhì)的方法，如表面物理涂覆、化學(xué)包覆、無(wú)機(jī)沉淀包覆或薄膜、機(jī)械力化學(xué)、化學(xué)插層等可稱為表面改性方法。目前工業(yè)上非金屬礦物粉體表面改性常用的方法主要有表面化學(xué)包覆改性法、沉淀反應(yīng)改性法和機(jī)械化學(xué)改性法及復(fù)合法。

(1)表面化學(xué)包覆改性法：是目前最常用的非金屬礦物粉體表面改性方法，這是一種利用有機(jī)表面改性劑分子中的官能團(tuán)在顆粒表面吸附或化學(xué)反應(yīng)對(duì)顆粒表面進(jìn)行改性的方法。所用表面改性劑主要有偶聯(lián)劑(硅烷、鈦酸酯、鋁酸酯、鋯鋁酸酯、有機(jī)絡(luò)合物、磷酸酯等)、表面活性劑(高級(jí)脂肪酸及其鹽、高級(jí)胺鹽、非離子型表面活性劑、有機(jī)硅油或硅樹(shù)脂等)、有機(jī)低聚物及不飽和有機(jī)酸等。改性工藝可分為干法和濕法兩種。

(2)沉淀反應(yīng)法：是利用化學(xué)沉淀反應(yīng)將表面改性物沉淀包覆在被改性顆粒表面，是一種“無(wú)機(jī)／無(wú)機(jī)包覆”或“無(wú)機(jī)納米／微米粉體包覆” 的粉體表面改性方法。粉體表面包覆納米TiO₂、ZnO、CaC0₃等無(wú)機(jī)物的改性，就是通過(guò)沉淀反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的如云母粉表面包覆TiO₂制備珠光云母顏料、鈦白粉表面包覆 Si0₂和Al₂0₃。

(3)機(jī)械力化學(xué)改性法：是利用超細(xì)粉碎過(guò)程及其他強(qiáng)烈機(jī)械力作用有目的地激活顆粒表面，使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜或無(wú)定形化，增強(qiáng)它與有機(jī)物或其他無(wú)機(jī)物的反應(yīng)活性。機(jī)械化學(xué)作用可以增強(qiáng)顆粒表面的活性點(diǎn)和活性基團(tuán)，增強(qiáng)其與有機(jī)基質(zhì)或有機(jī)表面改性劑的使用。以機(jī)械力化學(xué)原理為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的機(jī)械融合技術(shù)，是一種對(duì)無(wú)機(jī)顆粒進(jìn)行復(fù)合處理或表面改性，如表面復(fù)合、包覆、分散的方法。

(4)化學(xué)插層改性法：是指利用層狀結(jié)構(gòu)的粉體顆粒晶體層之間結(jié)合力較弱(如分子鍵或范德華鍵)或存在可交換陽(yáng)離子等特性，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)或離子交換反應(yīng)改變粉體的性質(zhì)的改性方法。因此，用于插層改性的粉體一般來(lái)說(shuō)具有層狀或似層狀晶體結(jié)構(gòu)，如蒙脫土、高嶺土等層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物或粘土礦物以及石墨等。用于插層改性的改性劑大多為有機(jī)物，也有無(wú)機(jī)物。

(5)復(fù)合改性法：是指綜合采用多種方法(物理、化學(xué)和機(jī)械等)改變顆粒的表面性質(zhì)以滿足應(yīng)用的需要的改性方法。目前應(yīng)用得復(fù)合改性方法主要有物理涂覆／化學(xué)包覆、機(jī)械力化學(xué)／化學(xué)包覆、無(wú)機(jī)沉淀反應(yīng)／化學(xué)包覆等。

2表面改性工藝

表面改性工藝應(yīng)表面改性的方法、設(shè)備和粉體制備方法而異。目前工業(yè)上應(yīng)用的表面改性工藝主要有干法工藝、濕法工藝、復(fù)合工藝三大類。干法工藝根據(jù)作業(yè)方式的不同又可以分為間歇式和連續(xù)式；濕法工藝又可分有機(jī)改性工藝和無(wú)機(jī)改性工藝；復(fù)合工藝又可分為物理涂覆／化學(xué)包覆、機(jī)械力化學(xué)／化學(xué)包覆、無(wú)機(jī)沉淀反應(yīng)／化學(xué)包覆工藝等。

(1)干法工藝：是一種應(yīng)用最為廣泛的非金屬礦物粉體表面改性工藝。目前對(duì)于非金屬礦物填料和顏料，如重質(zhì)碳酸鈣和輕質(zhì)碳酸鈣、高嶺土與煅燒高嶺土、滑石、硅灰石、硅微粉、空心微珠、氫氧化鋁和輕氧化鎂、陶土、陶瓷顏料等，大多采用干法表面改性工藝。原因是干法工藝簡(jiǎn)單、作業(yè)靈活、投資較省以及改性劑適用性好等特點(diǎn)。其中，間歇式干法工藝的特點(diǎn)是可以在較大范圍內(nèi)靈活調(diào)節(jié)表面改性的時(shí)間(即停留時(shí)間)，但顆粒表面改性劑難以包覆均勻，單位產(chǎn)品藥劑耗量較多，生產(chǎn)效率較低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，有粉塵污染，難以適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，一般應(yīng)用于小規(guī)模生產(chǎn)。連續(xù)式改性工藝的特點(diǎn)是粉體與表面改性劑的分散較好，顆粒表面包覆較均勻，單位產(chǎn)品改性劑耗量較少，勞動(dòng)強(qiáng)度小，生產(chǎn)效率高，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。連續(xù)式干法表面改性工藝常常置于干法粉體制備工藝之后，大批量連續(xù)生產(chǎn)各種非金屬礦物活性粉體，特別是用于塑料、橡膠、膠粘劑等高聚物基復(fù)合材料的無(wú)機(jī)填料和顏料。

(2)濕法表面有機(jī)改性工藝：與干法工藝相比具有表面改性劑分散好、表面包覆均勻等特點(diǎn)，但需要后續(xù)脫水(過(guò)濾和干燥)作業(yè)。一般用于可水溶或可水解的有機(jī)表面改性劑以及前段為濕法制粉(包括濕法機(jī)械超細(xì)粉碎和化學(xué)制粉)工藝而后段又需要干燥的場(chǎng)合，如輕質(zhì)碳酸鈣(特別是納米碳酸鈣)、濕法細(xì)磨重質(zhì)碳酸鈣、超細(xì)氫氧化鋁與氫氧化鎂、超細(xì)二氧化硅等的表面改性，這是因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)后生成的漿料即使不進(jìn)行濕法表面改性也要進(jìn)行過(guò)濾和干燥，在過(guò)濾和干燥之前進(jìn)行表面改性，還可使物料干燥后不形成硬團(tuán)聚，改善其分散性。

無(wú)機(jī)沉淀包覆改性也是一種濕法改性工藝。它包括制漿、水解、沉淀反應(yīng)和后續(xù)洗滌、脫水、煅燒或焙燒等工序或過(guò)程。

(3)機(jī)械力化學(xué)／化學(xué)包覆復(fù)合改性工藝：是在機(jī)械力作用或細(xì)磨、超細(xì)磨過(guò)程中添加表面改性劑，在粉體粒度減小的同時(shí)對(duì)顆粒進(jìn)行表面化學(xué)包覆改性的工藝。這種復(fù)合表面改性工藝的特點(diǎn)是可以簡(jiǎn)化工藝，某些表面改性劑還具有一定程度的助磨作用，可在一定程度上提高粉碎效率。不足之處是溫度不好控制；此外，由于改性過(guò)程中顆粒不斷被粉碎，產(chǎn)生新的表面，顆粒包覆難以均勻，要設(shè)計(jì)好表面改性劑的添加方式才能確保均勻包覆和較高的包覆率；此外，如果粉碎設(shè)備的散熱不好，強(qiáng)烈機(jī)械力作用過(guò)程中局部的過(guò)高溫升可能使部分表面改性劑分解或分子結(jié)構(gòu)被破壞。

(4)無(wú)機(jī)沉淀反應(yīng)／化學(xué)包覆復(fù)合改性工藝：是在沉淀反應(yīng)改性之后再進(jìn)行表面化學(xué)包覆改性，實(shí)質(zhì)上是一種無(wú)機(jī)／有機(jī)復(fù)合改性工藝。這種復(fù)合改性工藝已廣泛用于復(fù)合鈦白粉表面改性，即在沉淀包覆 SiO₂或Al₂O₃薄膜的基礎(chǔ)上，再用鈦酸酯、硅烷及其他有機(jī)表面改性劑對(duì)Ti0₂／SiO₂或Al₂O₃復(fù)合顆粒進(jìn)行表面有機(jī)包覆改性。

(5)物理涂覆／化學(xué)包覆復(fù)合改性工藝：是在對(duì)顆粒進(jìn)行物理涂覆，如金屬鍍膜或覆膜后再進(jìn)行表面有機(jī)化學(xué)改性的工藝。

3表面改性設(shè)備

目前工業(yè)上應(yīng)用的表面改性設(shè)備可分為兩大類：①?gòu)幕ぁ⑺芰稀⒎鬯椤⒎稚⒌刃袠I(yè)中引用過(guò)來(lái)的，如干法表面改性用的高速加熱式混合機(jī)、沖擊式粉體表面改性機(jī)、臥式加熱混合機(jī)、以及濕法表面改性用的反應(yīng)釜、可控溫反應(yīng)罐；②專用粉體表面改性設(shè)備，主要有SLG型連續(xù)式粉體表面改性機(jī)和PSC型連續(xù)式粉體表面改性機(jī)。

4表面改性劑及其配方

非金屬礦物粉體的表面改性，主要是依靠表面改性劑(或處理劑、包覆劑)在粉體顆粒表面的吸附、反應(yīng)、包覆或包膜來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，表面改性劑對(duì)于粉體的表面改性或表面處理具有決定性作用。目前應(yīng)用的表面改性劑主要有偶聯(lián)劑、表面活性劑、有機(jī)低聚物、不飽和有機(jī)酸、有機(jī)硅、水溶性高分子以及金屬氧化物及其鹽等。

2000年以來(lái)，隨著與非金屬礦物粉體相關(guān)高技術(shù)和新材料的發(fā)展及無(wú)機(jī)粉體應(yīng)用技術(shù)的顯著進(jìn)展，表面改性非金屬礦物粉體用量不斷增加；針對(duì)超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣、輕質(zhì)碳酸鈣、納米碳酸鈣、高嶺土、滑石、空心微珠、云母、氧化硅、無(wú)機(jī)阻燃填料(氫氧化鋁和氫氧化鎂)、硅灰石、葉蠟石、硅藻土、氧化鋅、石英、鈦白粉、硫酸鋇、陶土、氧化鐵(紅)、陶瓷顏料等非金屬礦物的專有表面改性配方技術(shù)也在不斷積累和成熟。這些表面改性配方技術(shù)包括：用于PVC基塑料制品的碳酸鈣(包括輕質(zhì)碳酸鈣和重質(zhì)碳酸鈣)；用于工程塑料、塑料薄膜、橡膠、涂料、電纜等的空心微珠、超細(xì)高嶺土、硅灰石、云母、硅微粉等；用于PVC和 EVA、PP等材料阻燃填料的超細(xì)氫氧化鎂、氫氧化鋁和復(fù)合阻燃填料；用于PP、PE基工程塑料的超細(xì)滑石粉、云母粉等；用于橡膠的超細(xì)絹云母、空心微珠、陶土等。目前，非金屬礦物粉體表面改性配方技術(shù)還不能完全適應(yīng)相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展的需求。

二：非金屬礦物粉體表面改性技術(shù)進(jìn)展

1表面改性工藝與設(shè)備

2003年研發(fā)成功并開(kāi)始在工業(yè)上應(yīng)用的SLG型連續(xù)粉體表面改性機(jī)改變了我國(guó)自20世紀(jì)80年代以來(lái)非金屬礦物粉體干法改性以高攪機(jī)間歇方式為主的格局，不僅顯著提高了表面改性產(chǎn)品的質(zhì)量，提高了改性作業(yè)的效率，而且降低了改劑用量和能耗：改性劑用量平均下降10％以上，單位產(chǎn)品能耗降低30％以上。同時(shí)解決了高攪機(jī)間歇式改性技術(shù)產(chǎn)品團(tuán)聚(必須進(jìn)行篩分或分級(jí))、超細(xì)粉體外溢、損失物料和污染車間等問(wèn)題，而且減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，單機(jī)處理能力的擴(kuò)大，使大規(guī)模穩(wěn)定生產(chǎn)超細(xì)活性非金屬礦物粉體成為可能。目前，在工業(yè)上應(yīng)用的SLG型連續(xù)表面改性機(jī)已達(dá)100多臺(tái)套，應(yīng)用領(lǐng)域包括超細(xì)及納米輕質(zhì)碳酸鈣、超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣、超細(xì)高嶺土、超細(xì)水鎂石(氫氧化鎂)及氫氧化鋁、絹云母、滑石、硫酸鋇、納米氧化鋅以及空心心微珠、陶瓷微珠、白炭黑、鈦白粉、納米銀粉等無(wú)機(jī)粉體；產(chǎn)品廣泛用于塑料制品(塑料建材、管材、電線電纜、汽車塑料)、橡膠制品、涂料、油墨、膠粘劑等領(lǐng)域。

SLG型干法連續(xù)粉體表面改性機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由喂料機(jī)、料斗、計(jì)量加藥泵、改性機(jī)、出料和進(jìn)風(fēng)裝置等構(gòu)成。該機(jī)集成沖擊、剪切和摩擦力、變向氣旋渦流等作用對(duì)粉體和改性劑進(jìn)行高強(qiáng)度分散并強(qiáng)化粉體與表面改性劑的碰撞作用；在粉體與轉(zhuǎn)子、定子沖擊摩擦過(guò)程中在有限腔內(nèi)產(chǎn)生改性劑與粉體顆粒表面作用所需的溫度，而且這一溫度可以通過(guò)氣流通量、給料速度和轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)；利用變向渦流氣旋的紊流作用增加顆粒與表面改性劑的作用機(jī)會(huì)和確保作用時(shí)間。

這種以SLG型連續(xù)粉體表面改性機(jī)為主的干法粉體連續(xù)表面改性系統(tǒng)采用計(jì)量控制連續(xù)連動(dòng)給料和給藥(改性劑)技術(shù)及旋風(fēng)集料和濾袋收塵以及負(fù)壓運(yùn)行原理連續(xù)收集產(chǎn)品。其主要特點(diǎn)是：①對(duì)超細(xì)粉體和表面改性劑分散性好；②粉體與表面改性劑的作用機(jī)會(huì)均等；③停留時(shí)間可調(diào)；④依靠摩擦自加熱，最高可達(dá)到140℃；⑤表面包覆效果好，產(chǎn)品活化指數(shù)≥96％；⑥能耗低；⑦結(jié)構(gòu)緊湊、自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)便、無(wú)粉塵外溢；⑧單機(jī)生產(chǎn)能力大。

近年來(lái)，在表面改性工藝，特別是超細(xì)粉碎與表面改性一體化工藝及納米粉體的原位修飾或表面改性工藝方面取得了顯著進(jìn)展。

國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“非金屬礦資源綜合利用技術(shù)研究”研發(fā)完成了機(jī)械超細(xì)粉碎一表面改性一體化裝置；該裝置針對(duì)超細(xì)粉碎過(guò)程中進(jìn)行表面改性存在的顆粒包覆不均勻、包覆率不高等缺點(diǎn)在設(shè)備結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了創(chuàng)新，產(chǎn)品的活化率較高，但產(chǎn)品細(xì)度只能達(dá)到d₉₇=15μm左右，還有待進(jìn)一步改進(jìn)。

在壓輥磨或環(huán)輥磨超細(xì)粉碎方解石過(guò)程中添加液態(tài)鋁酸酯偶聯(lián)劑及其他表面改性劑，生產(chǎn)出了可滿足涂料、橡膠、人造石材等部分領(lǐng)域應(yīng)用要求的超細(xì)活性重質(zhì)碳酸鈣填料。

在濕法超細(xì)研磨工藝中加入表面改性劑進(jìn)行表面改性，如在超細(xì)氫氧化鎂(水鎂石)濕式超細(xì)研磨中添加可在水溶液中分散的表面改性劑，在超細(xì)粉碎的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)超細(xì)氫氧化鎂的初步改性。

無(wú)機(jī)非金屬納米粉體的表面改性或原位修飾是近年來(lái)無(wú)機(jī)粉體表面改性最主要的進(jìn)展之一。在無(wú)機(jī)納米粉體，如納米碳酸鈣、納米氧化鋅、納米Si0₂、納米Ti0₂、納米無(wú)機(jī)晶須等的濕法制備過(guò)程中，在原級(jí)粒子形成過(guò)程或晶粒生長(zhǎng)過(guò)程，或干燥前及時(shí)采用表面改性或表面修飾工藝，以控制產(chǎn)物的粒度分布、防止納米粒子形成硬團(tuán)聚體方面進(jìn)行了大量研究并取得了顯著進(jìn)展，而且部分工業(yè)生產(chǎn)中得到了應(yīng)用。

一種氣流湍流顆粒表面改性處理工藝與裝備的開(kāi)發(fā)也是近幾年表面改性與裝備技術(shù)的主要進(jìn)展之一。該方法的工作原理是采用高速氣流形成的強(qiáng)湍流場(chǎng)對(duì)顆粒進(jìn)行分散處理，使分散后的顆粒與氣體一起呈懸浮態(tài)，然后通過(guò)霧化器將改性劑霧化后噴入已分散的、呈懸浮態(tài)的顆粒體系中，二者經(jīng)過(guò)充分接觸、混合與作用，使改性劑包覆于顆粒表面，完成顆粒的表面改性處理。

2表面改性劑及其配方

表面改性劑這幾年取得的主要進(jìn)展如下。

(1)硅烷偶聯(lián)劑。

國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度加快，產(chǎn)品品種、質(zhì)量明顯提高，生產(chǎn)能力不僅能滿足國(guó)內(nèi)所需，還大量出口歐美和日本市場(chǎng)。

(2)鋁酸酯偶聯(lián)劑。

繼膏狀產(chǎn)品之后，近幾年相繼開(kāi)發(fā)了液態(tài)、水溶性產(chǎn)品和兼具助磨和改性作用的新產(chǎn)品，不僅應(yīng)用范圍擴(kuò)大，而且使用方便。

(3)鈦酸酯偶聯(lián)劑。

品種增多，開(kāi)發(fā)了水溶性產(chǎn)品以及針對(duì)特定用途的專用分散改性劑和復(fù)合改性劑。如用于船舶漆填料和顏料的專用改性劑、無(wú)機(jī)納米粉體分散與抗團(tuán)聚改性劑等。

其他還有專用于超細(xì)輕質(zhì)碳酸鈣和納米碳酸鈣表面改性雙子星表面活性劑二磷酸酯鹽等。

近年來(lái)，表面改性劑的發(fā)展呈現(xiàn)出二個(gè)顯著的特點(diǎn)：①?gòu)?fù)合型表面改性劑的開(kāi)發(fā)，如鈦/鋁復(fù)合偶聯(lián)劑、鋯/鋁偶聯(lián)劑、硅/鋁復(fù)合偶聯(lián)劑等，不僅提高了偶聯(lián)劑的適用性，而且降低了表面改性的成本；②專用表面改性劑的開(kāi)發(fā)，如無(wú)機(jī)阻燃填料專用硅烷改性劑、鈦酸酯和鋁酸酯改性劑；專用表面改性劑針對(duì)性強(qiáng)，可以顯著提高某一特定用途無(wú)機(jī)改性粉體的應(yīng)用性能。

表面改性劑配方是表面改性技術(shù)的核心內(nèi)容之一，具有實(shí)用價(jià)值的表面改性配方大多以發(fā)明專利的方式公開(kāi)。表面改性配方技術(shù)雖然仍是目前國(guó)內(nèi)與美、歐、日等發(fā)達(dá)國(guó)家和相關(guān)跨國(guó)公司差距較大的領(lǐng)域。但近幾年由于企業(yè)研發(fā)投入的增加，取得了顯著進(jìn)展。例如，用于涂料、油墨、橡塑功能填料的納米碳酸鈣、空心微珠的表面改性劑配方；用于人造石的重質(zhì)碳酸鈣的表面改性配方；用于無(wú)機(jī)阻燃填料的氫氧化鎂、氫氧化鋁及其復(fù)合無(wú)機(jī)阻燃和絕緣填料的表面改性劑配方；PP和PA66用空心微珠的表面改性劑配方；工程塑料用空心微珠、滑石粉的表面改性配方以及用于涂料、塑料的超細(xì)鈦白粉、超細(xì)和納米白炭黑、空心微珠的表面改性劑配方等，已達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的程度或已經(jīng)在工業(yè)上得到應(yīng)用，給企業(yè)帶來(lái)了較好的經(jīng)濟(jì)效益，也促進(jìn)了相關(guān)應(yīng)用的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品升級(jí)。

3：表面無(wú)機(jī)復(fù)合改性

非金屬礦物粉體的表面無(wú)機(jī)復(fù)合改性是制備功能粉體材料的重要技術(shù)方法，近年來(lái)已成為粉體表面改性技術(shù)和功能材料制備技術(shù)的熱點(diǎn)研發(fā)方向之一。目前取得的進(jìn)展主要是納米金屬或氧化物、氫氧化物、碳酸鹽表面改性的復(fù)合礦物粉體材料，如金屬／空心微珠復(fù)合粉體、金屬氧化物／硅灰石復(fù)合粉體、納米TiO₂／多孔礦物復(fù)合粉體(TiO₂／硅藻土、(TiO₂／蛋白土、TiO₂／凹凸棒石、Ti0₂／沸石、 TiO₂／海泡石等)、金屬氧化物／重晶石復(fù)合粉體、金屬氧化物／云母復(fù)合粉體等；表面無(wú)機(jī)復(fù)合改性方法主要有物理法(如氣相沉積、真空或?yàn)R射鍍膜、機(jī)械研磨)和化學(xué)法(如均勻沉淀、溶膠凝膠)等。其中一些復(fù)合粉體材料已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化或已進(jìn)行中試。表面無(wú)機(jī)復(fù)合改性涉及應(yīng)用廣泛的新型功能材料的開(kāi)發(fā)，具有重要的商業(yè)化價(jià)值，因此，申請(qǐng)的發(fā)明專利近幾年逐年增加。

(1)金屬／空心微珠。

北京航空航天大學(xué)采用磁控濺射技術(shù)在粉煤灰微珠表面鍍鎳、銅、銀等金屬膜使粉煤灰中的玻璃微珠這種普通的粉體材料的應(yīng)用價(jià)值顯著提高，在航空航天材料領(lǐng)域及其他新材料領(lǐng)域展現(xiàn)良好的應(yīng)用前景。

(2)納米硅酸鋁／硅灰石復(fù)合粉體材料。

國(guó)家“十一五”科技支撐重點(diǎn)項(xiàng)目“優(yōu)勢(shì)非金屬礦資源高效利用技術(shù)研究2006BABl2B01”針對(duì)硅灰石填料在工程塑料中應(yīng)用存在的問(wèn)題開(kāi)發(fā)了一種表面納米硅酸鋁包覆改性的復(fù)合硅灰石礦物纖維。這種表面無(wú)機(jī)改性后的礦物纖維可以顯著提高其在 PP及PA6中的填充性能，包括沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度及熱變形溫度等。

(3)納米TiO₂/多孔礦物復(fù)合粉體。

納米二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N光催化劑，具有光催化活性高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、使用安全和無(wú)毒無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)，是一種有廣泛應(yīng)用前景的綠色環(huán)境污染治理材料。但是，純Ti0₂光催化材料往往是高分散的微細(xì)粉末，直接使用存在著分散性差、難以回收、吸附捕捉能力不強(qiáng)等問(wèn)題，而且生產(chǎn)和使用成本高；這些因素嚴(yán)重制約了它的實(shí)際應(yīng)用。2000年以來(lái)，負(fù)載型納米Ti0₂復(fù)合材料成為該領(lǐng)域研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。研究使用的載體材料包括多孔玻璃、硅藻土、蛋白土、沸石、凹凸棒石、海泡石等天然或人造多孔無(wú)機(jī)材料以及金屬和有機(jī)物等，其目的是降低生產(chǎn)成本，便于使用，同時(shí)提高納米Ti0₂的吸附捕捉性能和降低其禁帶寬度，以提高其應(yīng)用性能。上海匯精亞納米新材料有限公司將納米Ti0₂復(fù)合在空心陶瓷微珠的表面，利用納米Ti0₂光催化及空心陶瓷微珠的漂浮性特點(diǎn)，應(yīng)用于室外污水處理，能夠解決政府頭疼的城市內(nèi)河水污染的問(wèn)題，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益深遠(yuǎn)。

 (4)其他。

表面無(wú)機(jī)復(fù)合改性的其他進(jìn)展還有已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化并產(chǎn)生顯著經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的表面物理復(fù)合型和表面化學(xué)復(fù)合型活性無(wú)機(jī)阻燃劑；已經(jīng)在冰箱、空調(diào)、塑料管材等中得到應(yīng)用的沸石載銀、銅抗菌材料；重晶石基復(fù)合導(dǎo)電礦物粉體材料；納米氧化鋅或納米氧化鈦／白色礦物抗紫外線復(fù)合材料等。

三：非金屬礦物粉體表面改性技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

非金屬礦物表面改性產(chǎn)品是因應(yīng)現(xiàn)代高技術(shù)、新材料產(chǎn)業(yè)，特別是功能材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展而興起的新型功能材料，適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)環(huán)保、節(jié)能、安全、健康的需求，是最具發(fā)展前景的無(wú)機(jī)礦物材料或功能粉體材料。預(yù)計(jì)未來(lái)10年，粉體表面改性產(chǎn)品的市場(chǎng)需求量仍將以10％左右的速度增長(zhǎng)。在上述背景下，筆者認(rèn)為未來(lái)非金屬礦物粉體表面改性技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面。

1：表面改性工藝與設(shè)備。發(fā)展適用性廣、分散性能好、粉體與表面改性劑的作用機(jī)會(huì)均等、表面改性劑包覆均勻、改性溫度和停留時(shí)間可調(diào)、單位產(chǎn)品能耗和磨耗應(yīng)較低、無(wú)粉塵污染的先進(jìn)工藝與裝備集成，并在此基礎(chǔ)上采用先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)對(duì)主要工藝參數(shù)和改性劑用量進(jìn)行在線自動(dòng)調(diào)控，以實(shí)現(xiàn)表面改性劑在顆粒表面的單分子層吸附、減少改性劑用量、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量和方便操作。

2：表面改性劑。在現(xiàn)有表面改性劑的基礎(chǔ)上、采用先進(jìn)技術(shù)降低生產(chǎn)成本，尤其是各種偶聯(lián)劑的成本；同時(shí)采用先進(jìn)化學(xué)、高分子、生化和化工科學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，研發(fā)應(yīng)用性能好、成本低、在某些應(yīng)用領(lǐng)域有專門(mén)性能或特殊功能并能與粉體表面和基質(zhì)材料形成牢固作用的新型表面改性劑。

3：粉體表面改性“軟技術(shù)”。在多學(xué)科綜合的基礎(chǔ)上，根據(jù)目的材料的性能要求選擇粉體材料和“設(shè)計(jì)”粉體表面；運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，特別是先進(jìn)計(jì)算方法、計(jì)算技術(shù)以及智能技術(shù)輔助設(shè)計(jì)粉體表面改性工藝和改性劑配方，以減少實(shí)驗(yàn)室工藝和配方試驗(yàn)的工作量，提高表面改性工藝和改性劑配方的科學(xué)合理性，達(dá)到最佳的應(yīng)用性能和應(yīng)用效果。

鳳陽(yáng)縣匯精納米新材料科技有限公司采用最新的是SLG型干法連續(xù)粉體表面改性機(jī)，專業(yè)對(duì)無(wú)機(jī)粉體材料進(jìn)行連續(xù)性表面改性。