粉體的團聚與分散問題已經成為制備與發展陶瓷超細/納米粉體的瓶頸。單相粉體往往難能滿足高技術陶瓷與功能陶瓷發展的需要, 因此, 人們開展了超細粉體的表面修飾、表面改性乃至利用表面包覆技術改變材料的相結構和性質的研究。
粉體的表面修飾是解決超細粉體團聚的一種最重要的途徑。粉體的表面修飾主要是改善粉體的表面化學與物理特性, 在提高粉體在介質中的分散性、降低粉體的團聚程度的同時, 賦予材料新的特性。
粉體的表面修飾
為了實現良好的表面修飾效果, 用于改性的有機物應該與顆粒達到最大程度的潤濕,即形成均勻致密的包覆層, 這主要依賴于有機改性劑在顆粒表面的物理和化學吸附作用。其中物理吸附主要通過改性劑與顆粒之間通過范德華力、靜電引力等物理作用; 化學吸附主要是利用顆粒外表面的官能團與改性劑間的化學反應實現表面活性劑對顆粒的表面包覆, 這是粉體表面修飾研究的主要內容。由于用于改性的有機物種類繁多、官能團結構各異, 其吸附機制以及吸附層的結構非常復雜。其吸附量以及吸附作用的強弱通常與粉體的表面性質, 改性劑的結構特點以及溫度、介質性質( 如體系的pH 值、無機鹽的添加) 等因素有關, 更多的是一些經驗性的規律。
1. 偶聯劑處理
偶聯劑( coupling agent) 是一種同時具有與無機物和有機物分別反應的功能基團的化合物, 其分子量不大。偶聯劑的作用是其一端能與粉體表面結合, 另一端可與分散介質有強的相互作用。因此, 偶聯劑可以提高陶瓷材料與聚合物材料的親和性, 實現粉體在聚合物材料中的分散。目前常用的偶聯劑有鈦酸酯偶聯劑( 如三異硬脂?；佀岙惐?( CH3) 2CHOTi( OOC17H35) 3) 、硅烷偶聯劑( 其通式可以表示為R- Si- X) 和鋯鋁酸鹽偶聯劑。
2 接枝反應
顆粒( 如TiO2、SiO2 等粉體) 表面因為存在活性羥基, 可以作為接枝聚合反應的地方。當然也可以在一定條件下, 應用化學或物理的方法使顆粒表面產生可參與接枝反應的活性基團。顆粒表面接枝聚合后, 粉體在有機溶劑或聚合物中的分散性有了顯著改善。如利用TiO2 表面的活性羥基與丙烯酸反應形成含乙烯基的表面層, 再與苯乙烯單體聚合, 可以得到被聚苯乙烯包覆的TiO2 粉體。
3 靜電吸附
陶瓷粉體表面多數帶有羥基, 并且在不同的pH 值下, 表面帶有不同的電荷。選用與此電荷電性相反的離子型表面活性劑, 靜電作用可以使表面活性劑離子的荷電基團( 通常為親水基) 吸附于粉體表面, 而疏水基則指向水相。如對于低等電點的陶瓷粉體, 可使用陽離子型表面活性劑對粉體形成單層吸附; 對于高等電點的陶瓷粉體, 可使用陰離子表面活性劑對粉體形成單層吸附, 從而使得粉體由親水性表面變為疏水性表面。
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