超細(xì)粉體表面包覆處理的14種方法

　　超細(xì)粉體通常是指粒徑在微米級(jí)或納米級(jí)的粒子。和大塊常規(guī)材料相比具有更大比表面積、表面活性及更高的表面能，因而表現(xiàn)出優(yōu)異的光、熱、電、磁、催化等性能。超細(xì)粉體作為一種功能材料近些年得到人們的廣泛研究，并在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展各領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。

　　然而由于超細(xì)粉體獨(dú)有的團(tuán)聚及分散問題使其失去了許多優(yōu)異性能，嚴(yán)重制約了超細(xì)粉體的工業(yè)化應(yīng)用。因此，如何避免超細(xì)粉體的團(tuán)聚失效已成為超細(xì)粉體發(fā)展應(yīng)用所面臨的難題。通過對(duì)超細(xì)粉體進(jìn)行一定的表面包覆，使顆粒表面獲得新的物理、化學(xué)及其他新的功能，從而大大改善了粒子的分散性及與其他物質(zhì)的相容性。表面包覆技術(shù)有效地解決了超細(xì)粉體團(tuán)聚這一難題。

超細(xì)粉體表面包覆的機(jī)理

　　關(guān)于包覆機(jī)理，目前還在研究之中，尚無定論。主要的觀點(diǎn)有以下幾種：

1. 庫侖靜電引力相互吸引機(jī)理。這種觀點(diǎn)認(rèn)為，包覆劑帶有與基體表面相反的電荷，靠庫侖引力使包覆劑顆粒吸附到被包覆顆粒表面。

2. 化學(xué)鍵機(jī)理。通過化學(xué)反應(yīng)使基體和包覆物之間形成牢固的化學(xué)鍵，從而生成均勻致密的包覆層。

3. 過飽和度機(jī)理。這種機(jī)理從結(jié)晶學(xué)角度出發(fā)，認(rèn)為在某一pH值下，有異相物質(zhì)存在時(shí)，如溶液超過它的過飽和度就會(huì)有大量的晶核立即生成，沉積到異相顆粒表面形成包覆層。

   超細(xì)粉體表面包覆的方法

      1、機(jī)械混合法。利用擠壓、沖擊、剪切、摩擦等機(jī)械力將改性劑均勻分布在粉體顆粒外表面，使各種組分相互滲入和擴(kuò)散，形成包覆。目前主要應(yīng)用的有球石研磨法、攪拌研磨法和高速氣流沖擊法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是處理時(shí)間短，反應(yīng)過程容易控制，可連續(xù)批量生產(chǎn)，較有利于實(shí)現(xiàn)各種樹脂、石蠟類物質(zhì)以及流動(dòng)性改性劑對(duì)粉體顆粒的包覆。但此法僅用于微米級(jí)粉體的包覆，且要求粉體具有單一分散性。

超細(xì)粉體材料改性包覆機(jī)

      2、固相反應(yīng)法。把幾種金屬鹽或金屬氧化物按配方充分混合、研磨，再進(jìn)行煅燒，經(jīng)固相反應(yīng)直接得到超細(xì)包覆粉。

      3、水熱法。在高溫高壓的密閉體系中以水為媒介，得到常壓條件下無法得到的特殊的物理化學(xué)環(huán)境，使反應(yīng)前驅(qū)體得到充分的溶解，并達(dá)到一定的過飽和度，從而形成生長(zhǎng)基元，進(jìn)而成核、結(jié)晶制得復(fù)合粉體。水熱法的優(yōu)越性有：合成的核?殼型納米粉體純度高，粒度分布窄，晶粒組分和形態(tài)可控，晶粒發(fā)育完整，團(tuán)聚程度輕，制得的產(chǎn)品殼層致密均勻，制備的納米粉體不需要后期的晶化熱處理。

      4、溶膠?凝膠法。首先將改性劑前驅(qū)體溶于水(或有機(jī)溶劑)形成均勻溶液，溶質(zhì)與溶劑經(jīng)水解或醇解反應(yīng)得到改性劑(或其前驅(qū)體)溶膠；再將經(jīng)過預(yù)處理的被包覆顆粒與溶膠均勻混合，使顆粒均勻分散于溶膠中，溶膠經(jīng)處理轉(zhuǎn)變?yōu)槟z，在高溫下煅燒得到外表面包覆有改性劑的粉體，從而實(shí)現(xiàn)粉體的表面改性。溶膠?凝膠法制備的包覆復(fù)合粒子具有純度高、化學(xué)均勻性好、顆粒細(xì)小、粒徑分布窄等優(yōu)點(diǎn)，且該技術(shù)操作容易、設(shè)備簡(jiǎn)單，能在較低溫度下制備各種功能材料，在磁性復(fù)合材料、發(fā)光復(fù)合材料、催化復(fù)合材料和傳感器制備等方面獲得了較好的應(yīng)用。

一種石墨烯包覆稀土摻雜納米氧化物

    5、沉淀法。向含有粉體顆粒的溶液中加入沉淀劑，或者加入可以引發(fā)反應(yīng)體系中沉淀劑生成的物質(zhì)，使改性離子發(fā)生沉淀反應(yīng)，在顆粒表面析出，從而對(duì)顆粒進(jìn)行包覆。沉淀反應(yīng)包覆往往是在納米粒子表面包覆無機(jī)氧化物，可以便捷地控制體系中的金屬離子濃度以及沉淀劑的釋放速度和劑量，特別適合對(duì)微納米粉體進(jìn)行無機(jī)改性劑包覆。

一種粉煤灰空心微珠表面包覆納米氫氧化鎂復(fù)合粉體材料

      6、非均相凝聚法（又稱“雜絮凝法”）。根據(jù)表面帶有相反電荷的微粒能相互吸引而凝聚的原理提出的一種方法。如果一種微粒的直徑遠(yuǎn)小于另一種電荷微粒的直徑，那么在凝聚過程中，小微粒就會(huì)吸附在大微粒的外表面形成包覆層。其關(guān)鍵在于對(duì)微粒表面進(jìn)行修飾，或直接調(diào)節(jié)溶液的pH值，從而改變微粒的表面電荷。

    7、微乳液包覆法。首先通過W/O(油包水)型微乳液提供的微小水核來制備需要包覆的超細(xì)粉體，然后通過微乳聚合對(duì)粉體進(jìn)行包覆改性。與其他納米材料的制備方法相比，微乳液法制備納米材料具有以下特點(diǎn)：（1）粒徑分布窄且較易控制；（2）由于粒子表面包覆一層(或幾層)表面活性劑分子，不易聚結(jié)，得到的有機(jī)溶膠穩(wěn)定性好，可較長(zhǎng)時(shí)間放置；（3）在常壓下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度較溫和，裝置簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。

      8、非均勻形核法。根據(jù)LAMER結(jié)晶過程理論，利用改性劑微粒在被包覆顆?；w上的非均勻形核與生長(zhǎng)來形成包覆層。該方法可以精確控制包覆層的厚度及化學(xué)組分。非均勻形核包覆中，改性劑的質(zhì)量濃度介于非均勻形核臨界濃度與臨界飽和濃度之間，所以非均勻形核法包覆是一種發(fā)生在非均勻形核臨界濃度與均相成核臨界濃度之間的沉淀包覆。

      9、化學(xué)鍍法。指不外加電流而用化學(xué)法進(jìn)行金屬沉淀的過程，有置換法、接觸鍍法和還原法三種。化學(xué)鍍法主要用于陶瓷粉體表面包覆金屬或復(fù)合涂層，實(shí)現(xiàn)陶瓷與金屬的均勻混合，從而制備金屬陶瓷復(fù)合材料。其實(shí)質(zhì)是鍍液中的金屬離子在催化作用下被還原劑還原成金屬粒子沉積在粉體表面，是一種自動(dòng)催化氧化?還原反應(yīng)過程，因此可以獲得一定厚度的金屬鍍層，且鍍層厚度均勻、孔隙率低。

      10、超臨界流體法。是尚在研究的一種新技術(shù)。在超臨界情況下，降低壓力可以導(dǎo)致過飽和的產(chǎn)生，而且可達(dá)到高過飽和速率，使固體溶質(zhì)從超臨界溶液中結(jié)晶出來。由于結(jié)晶過程是在準(zhǔn)均勻介質(zhì)中進(jìn)行的，能夠得到更準(zhǔn)確的控制。因此，從超臨界溶液中進(jìn)行固體沉積是一種很有前途的新技術(shù)，能夠產(chǎn)生平均粒徑很小的細(xì)微粒子，而且還可控制其粒度分布。

      11、化學(xué)氣相沉積法。在相當(dāng)高的溫度下，混合氣體與基體的表面相互作用，使混合氣體中的某些成分分解，并在基體上形成一種金屬或化合物的包覆層。它一般包括3個(gè)步驟：產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)；將揮發(fā)性物質(zhì)輸送到沉淀區(qū)；與基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成固態(tài)產(chǎn)物。

      12、高能量法。利用紅外線、紫外線、γ射線、電暈放電、等離子體等對(duì)納米顆粒進(jìn)行包覆的方法，統(tǒng)稱高能量法。高能量法常常是利用一些具有活性官能團(tuán)的物質(zhì)在高能粒子作用下實(shí)現(xiàn)在納米顆粒的表面包覆。

      13、噴霧熱分解法。其工藝原理是將含有所需正離子的幾種鹽類的混合溶液噴成霧狀，送入加熱至設(shè)定溫度的反應(yīng)室內(nèi)，通過反應(yīng)，生成微細(xì)的復(fù)合粉末顆粒。在該工藝中，從原料到產(chǎn)品粉末，包括配溶液、噴霧、反應(yīng)和收集等4個(gè)基本環(huán)節(jié)。

二氧化硅包覆二硼化鋯-碳化硅的復(fù)合粉體

      14、微膠囊化法。在粉體表面覆蓋均質(zhì)且有一定厚度薄膜的一種表面改性方法。通常制備的微膠囊粒子大小在2～1000μm，壁材厚度為0.2～10μm。微膠囊可改變囊芯物質(zhì)的外觀形態(tài)而不改變它的性質(zhì)，還可控制芯物質(zhì)的放出條件；對(duì)在相間起反應(yīng)的物質(zhì)可起到隔離作用，以備長(zhǎng)期保存；對(duì)有毒物質(zhì)可以起到隱蔽作用。微膠囊技術(shù)在制藥、食品、涂料、粘接劑、印刷、催化劑等行業(yè)都已得到了廣泛的應(yīng)用。

結(jié)語

　　表面包覆技術(shù)的選用，應(yīng)根據(jù)核心粉體和包膜材料的特性以及改性后復(fù)合粉體的應(yīng)用場(chǎng)合來綜合考慮。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，超細(xì)粉體包覆技術(shù)將進(jìn)一步完善，有望制備出多功能、多組分、穩(wěn)定性更強(qiáng)的超細(xì)復(fù)合粒子，這將為復(fù)合粒子開辟更廣闊的應(yīng)用前景。目前關(guān)于超細(xì)粉表面包覆機(jī)制及通過多種包覆方法結(jié)合制備性能更優(yōu)異的超細(xì)粉體將是未來該領(lǐng)域的研究發(fā)展方向。