La modificación de la superficie del polvo modifica el estado superficial de las partículas mediante medios físicos o químicos, cuyo objetivo principal es romper la fuerza de aglomeración entre ellas. Cuando el tamaño de partícula del polvo disminuye a niveles micrométricos o nanométricos, la energía superficial aumenta drásticamente, y las fuerzas de van der Waals, los enlaces de hidrógeno y otras fuerzas gravitacionales provocan la agregación espontánea de las partículas, formando partículas secundarias y perdiendo el efecto de área superficial y volumen. Polvo ultrafino La modificación de la superficie mejora la dispersabilidad desde tres dimensiones clave mediante la introducción de modificadores: en primer lugar, utilizando agentes de acoplamiento para construir «puentes moleculares» y reducir la energía superficial de las partículas; en segundo lugar, generar un obstáculo espacial a través de la capa de recubrimiento para evitar el contacto de las partículas; y en tercer lugar, regular la carga superficial, aumentar la repulsión electrostática y, en última instancia, lograr una dispersión uniforme de las partículas en el medio

Primero, Mecanismo central: De la acción molecular a la dispersión macroscópica

1. Reducir la energía superficial y la gravedad.

La superficie de los polvos sin modificar suele ser rica en grupos polares, como los grupos hidroxilo, que pueden formar fácilmente enlaces de hidrógeno o adsorción electrostática entre partículas. Por ejemplo, debido a la densidad de grupos hidroxilo en la superficie, la resistencia de aglomerado del polvo de nanocirconita puede alcanzar varios cientos de megapascales. Al reaccionar el grupo alcoxi del agente de acoplamiento de silano (fórmula general RnSiX(4-n)) con el grupo hidroxilo de la superficie del polvo, la superficie polar se puede transformar en una superficie apolar cubierta de grupos orgánicos. El ángulo de contacto aumenta de hidrófilo 0° a hidrófobo 114° o más, y la energía superficial se reduce en más del 60%. Los agentes de acoplamiento de éster de titanio anclan la superficie del polvo mediante enlaces de oxígeno de titanio, y las largas cadenas de carbono proporcionan impedimento estérico, reduciendo el tamaño de partícula dispersa de carbonato de calcio en polipropileno de 50 μm a 2 μm.

2. Construir una barrera de obstrucción espacial

La modificación física del recubrimiento forma una capa elástica en la superficie de las partículas mediante cadenas poliméricas, lo que genera repulsión de entropía cuando las partículas se aproximan. Por ejemplo, la capa de MoO₃ recubierta con ácido poliacrílico puede aumentar la distancia mínima entre partículas de zirconia de 5 nm a 20 nm, previniendo eficazmente la aglomeración. La modificación por reacción de precipitación implica el crecimiento de recubrimientos inorgánicos (como... Al2O3 , SiO2 ) en la superficie de las partículas, y la dispersión se ajusta controlando el espesor del recubrimiento (normalmente de 5 a 50 nm). Este método aumenta el poder de cobertura del dióxido de titanio en los recubrimientos en un 30 %

3. Regulación de la carga superficial y el potencial zeta

Los surfactantes forman una doble capa en la superficie de las partículas mediante la disociación de grupos funcionales, lo que aumenta el valor absoluto del potencial zeta. Por ejemplo, el carbonato de calcio modificado con estearato de sodio aumentó el potencial zeta de 14,1 mV a 30,2 mV, y la repulsión electrostática mejoró la estabilidad de la suspensión durante más de 24 horas. La modificación de compuestos (como el éster de aluminio + SDS) puede potenciar sinérgicamente el efecto de carga y el efecto de impedimento estérico, aumentando el potencial zeta absoluto del polvo de carburo de silicio de 30,5 mV a 60 mV y manteniendo una baja viscosidad incluso cuando el contenido de sólidos de la suspensión alcanza el 57 % (fracción volumétrica).

Segundo, Caminos tecnológicos clave y aplicaciones típicas

1. Modificación química: el efecto de "puente molecular" de los agentes de acoplamiento

Agente de acoplamiento de silano: adecuado para polvos que contienen silicio/hidroxilo (cuarzo, caolín), que reaccionan con resinas a través de grupos funcionales como grupos amino y epoxi. Por ejemplo, el micropolvo de silicio tratado con KH-550 puede mantener el rendimiento aislante del sellador epoxi a 85 °C/85 % de humedad relativa con una tasa de retención superior al 95 %.
Agente de acoplamiento de éster de titanio: para carbonato de calcio, polvo de talco, etc., el tipo monoalcoxi puede mejorar la resistencia al impacto de los materiales compuestos de PP a 45 kJ/m², mientras que el tipo pirofosfato es adecuado para polvos con un contenido de humedad superior al 0,5%.
Agente de acoplamiento de éster de aluminio: el costo es solo el 50% del éster de titanio, la estabilidad térmica se mejora en 20 ℃ y el sistema de carbonato de calcio/PVC modificado tiene una resistencia al impacto de muesca de 8 kJ/m².

2. Modificación física: encapsulación y mecanoquímica
Recubrimiento de polímero: la modificación de la polimerización in situ del carbonato de calcio con acetato de polivinilo puede reducir la viscosidad de fusión de los materiales compuestos de PVC en un 40% y mejorar la fluidez del procesamiento.
Modificación mecanoquímica: Mediante molienda de bolas de alta energía, se distorsiona la red superficial de las partículas, se incrementan los sitios activos y se duplica la eficiencia de la reacción con ácido esteárico. El tiempo de modificación se reduce de 2 horas a 30 minutos.

3. Modificación compuesta: estrategia de mejora sinérgica
La modificación compuesta de titanato de ácido esteárico (proporción 1:3) se utilizó para tratar carbonato de calcio pesado, con un grado de activación del 99,4 % y una absorción de aceite reducida a 0,267 g/g. La cantidad de relleno en PP puede alcanzar el 30 % sin reducir las propiedades mecánicas. Se combinan ácido salicílico y acrilamida para modificar el carburo de silicio, y el punto isoeléctrico se ajusta a pH = 12,5 para lograr una dispersión estable en medios alcalinos.

Tercero 、 Verificación de efectos y optimización de procesos

1. Indicadores básicos de evaluación

Ángulo de contacto e índice de activación: Tras la modificación, el ángulo de contacto del polvo es superior a 90° (hidrófobo) y un índice de activación cercano a 1 indica un recubrimiento completo. Por ejemplo, el carbonato de calcio modificado con éster de aluminio tiene un ángulo de contacto de 136,3° y un índice de activación del 100%.

Tamaño de partícula y potencial Zeta: El analizador de tamaño de partículas láser muestra una disminución del 30% -70% en D50, y un valor absoluto de potencial Zeta mayor a 30 mV es una señal de buena dispersión.
Correlación del rendimiento de la aplicación: se manifiesta como una disminución en el volumen de sedimentación en los recubrimientos (como de 4,1 ml/g a 1,0 ml/g) y una mejora en la resistencia al impacto en materiales compuestos (como un aumento del 41,97 % en el sistema PP/carbonato de calcio).

2. Puntos clave del proceso

Dosis del modificador: 2 % - 3 % para polvo ultrafino (tamaño de partícula < 5 μm) y 0,3 % - 1,5 % para polvo ordinario. Por ejemplo, al utilizar un agente de acoplamiento de silano para nanoóxido de zinc, se requiere una dosis del 2,5 % para cubrir completamente los grupos hidroxilo superficiales.

Equipamiento: Los mezcladores de alta velocidad (con una velocidad de 1000-3000 r/min) son adecuados para la modificación en seco, mientras que los molinos de bolas o de arena se utilizan para la modificación en húmedo. El equipo integrado de trituración y modificación por flujo de aire puede aumentar la tasa de descarga en un 170 %.

SAT NANO es uno de los mejores proveedores de nanopolvo y micropolvo en China. Ofrecemos polvo de óxido con Cambios en la modificación de la superficie Si tiene alguna consulta, envíe su consulta a nuestro correo electrónico a admin@satnano.com