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[摘要]重晶石粉末是一种重要的化工原料，用于涂料时，由于其与基质，即有机高聚物的表面或界面性质不同，相容性较差，当直接或大量填充时，不但在粉末涂料的有机基体中难以均匀分散，且与树脂的相容性不好，影响粉末涂料的光泽度。本文设计的重晶石粉末表面连续改性工艺投资小，收回成本快，可以为企业带来很大的经济效益。
[关键字]重晶石粉末 表面改性 改性工艺流程
[中图分类号] TH162+.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-3-279-1
0 前言
粉末的表面改性是指需要改变粉末表面的物理和化学性质，以满足现代新材料的发展，适应新技术和新工艺。粉末的表面改性技术在中国的发展始于20世纪80年代。目前，在中国非金属矿超细粉的需求和发展越来越多，也有很多相关的研究、开发和应用，其中高岭土、重质碳酸钙、滑石、石墨等粉末的研究较多，但对于重晶石的发展和应用的研究相对较少。因此，加强改性重晶石粉的开发和应用的研究，以扩大重晶石的应用领域。
1 天然重晶石粉末表面改性
1.1 表面改性方法
天然重晶石粉体表面改性是指通过物理、化学、机械和其他方法进行的粉末表面的处理，根据不同的应用需要改变重晶石表面的物理化学性质，或它以一种新的功能，以满足现代化新材料、新工艺和新技术的发展应用。物理涂层，是在粉末表面处理或树脂等对粉末表面进行的处理。物理涂层改性过程中应用冷、热两种方法可实现。主要影响因素的颗粒形状，表面积，孔隙度，涂布剂，涂覆过程等的表面涂层处理效果。化学涂层被吸附的表面上的无机粉末或颗粒的表面上的化学反应，采用涂覆与有机化合物中的官能团颗粒与表面改性的方法。除了利用表面官能团改性外，此方法还包括使用利用游离基反应、螯合剂反应、溶液的涂布和表面涂层的修饰。张凤仙、郭翠犁等采用化学涂层的表面上的方法等，应用硅烷偶联剂、锆铝酸酯偶联剂、非离子型表面活性剂及自制的一种含有COOH、OH、SO3的官能团的表面改性剂应用于重晶石粉的表面亲油改性中。沉淀反应是利用了超精细研磨等强激活粉末的表面，改变晶体结构。晶体结构和动作时间的机械和化学表面改性效果的主要影响因素。胶囊化改性主要是指微胶囊中的微小粒子。这种微小的胶囊一般为1到几百微米的微小壳体。粉末微胶囊的改性技术和方法的许多应用不一。因此，有很多的影响因素。目前高能量表面改性技术复杂、成本高，很难实现大规模工业化。
1.2 表面改性工艺
天然重晶石粉的表面改性技术分为湿式和干式两种方法。干法改性工艺是指在干燥状态下的粉末或干燥后的分散体的表面改性，同时添加表面改性剂，在一定温度下进行表面改性过程。无机粉末的表面物理涂覆、化学包覆、机械化学和部分胶囊化改性常用这种工艺。湿法改性过程中固定比或浆液的固体含量为添加表面改性剂和添加剂，在粉末表面的搅拌和温度条件下的变形过程。湿法工艺中通常使用的反应罐，包覆改性后的过滤和脱水。通过该方法改性的沉淀反应包覆的无机表面改性剂的使用。
1.3 表面改性的改性剂种类
有多种无机剂，改性通常使用金属粉末的表面改性，如硅烷，钛酸盐，铝酸盐，锆铝酸盐，有机铬等偶联剂，有机盐和其他类型的表面活性剂，磷酸酯，不饱和有机酸，水溶性聚合物。因此选择的范围大，实现应用时要考虑表面性能，改性的产品的质量要求，使用表面改性技术，表面改性剂的成本等因素等。
（1）硅烷偶联剂。有机硅化合物的水解性基团的硅原子与有机反应的有机官能团和水解硅烷偶联剂与无机反应。Y是有机官能团可以与有机基质，有机官能团的典型乙烯、环氧树脂、甲基丙烯酰氧基、氨基、硫自由基的有机树脂系统，适用于不同的有机官能团反应。硅烷偶合剂结合的粉末颗粒，从颗粒、无机物质和活性羟基基团，反应性非常强的，而对表面无羟基或极性很小的无机物，如碳酸钙、炭黑等，硅烷偶联剂的处理效果就较差。
（2）钛酸酯偶联剂。钛酸酯偶联剂是一种在二十世纪七十年代的美国Kenrich石油公司代理开发的多功能型助剂，兼有分散剂、润湿剂、粘接促进剂、固化催化剂、交联剂，防锈剂和阻燃功能。钛钛酸酯偶联剂的作用是在无机粉末的表面上形成的单分子层的覆盖膜的作用，改变其固有的亲水性，使粉末的表面性质的根本转变。有机钛酸酯偶联剂具有独特的结构，聚合物的偶联效率为填料是良好的，所以它可以提高加工的填料的分散性、流动性，提高了亲水性基团，改善复合材料的断裂伸长率、冲击性和阻燃性能等。
（3）铝酸酯偶联剂。铝酸酯偶联剂铝酸酯偶联剂和钛酸酯偶联剂一样，也属于两亲结构化合物，有亲水性并附着到表面的无机填料的无机填料与有机树脂的亲脂基团的另一端连接，从而达到相容性改善无机填料和有机树脂，改变制品性能的目的。
2 天然重晶石粉末表面改性工艺设计
为进一步完善设计能力，我们在实验室中做了大量的实验研究，力争使工艺设计具有良好的社会效益和经济效益及具有可操作性。我们在考虑成本和生产工艺环境条件时，制定合理的工艺，操作方便、投资少、生产成本低、环境污染少，适合大规模生产的连续表面改性工艺。通常的步骤为：一是称量原材料（重晶石粉），预热和干燥处理；二是据化学计量比的改性剂粉末和重晶石混合；三是设定改性条件进行改性反应；四是冷却并干燥改性后的产品至室温；五是出料，检测，包装成品。过程简述如下：从贮水箱定量重晶石粉，通过测量到的原料粉末干燥机设定值，用于预热和干燥的粉末的干燥温度和时间设置。后通过输送带送入混合变形机，同时从改性剂储存罐到改性剂的计量，喷涂至粉末中。然后，设置混合改装机的搅拌速度、搅拌反应时间。负压机和旋转流的动作结束后，进行改性，改性重晶石粉，从改性机器中输入物料冷却收集系统。最后，收集产品，到产品储罐，通过计量包装。
3 结语
在本文中，采用干法改性工艺进行表面改性研究。与此同时，完成天然重晶石粉的设计和计算。通过红外和热重分析表面改性天然重晶石粉的表面改性机理的实验研究。本文通过试验分析了改性重晶石粉的表面改性效果、影响因素，以确定出最优改性工艺。最后，研究了改性重晶石粉末在粉末涂料中应用情况。
参考文献
[1]郑水林.粉体表面改性（第二版）[M].北京：中国建材工业出版社，2003：1-4.
[2]苑金生.重晶石的开发利用及资源保护[J].矿产保护与利用，1999，2（1）：25-27.
[3]王定芝，张育祥.高岭土功能性填料和体质颜料[J].非金属矿，1992，（2）：30-32.
[关键字]重晶石粉末 表面改性 改性工艺流程
[中图分类号] TH162+.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-3-279-1
0 前言
粉末的表面改性是指需要改变粉末表面的物理和化学性质，以满足现代新材料的发展，适应新技术和新工艺。粉末的表面改性技术在中国的发展始于20世纪80年代。目前，在中国非金属矿超细粉的需求和发展越来越多，也有很多相关的研究、开发和应用，其中高岭土、重质碳酸钙、滑石、石墨等粉末的研究较多，但对于重晶石的发展和应用的研究相对较少。因此，加强改性重晶石粉的开发和应用的研究，以扩大重晶石的应用领域。
1 天然重晶石粉末表面改性
1.1 表面改性方法
天然重晶石粉体表面改性是指通过物理、化学、机械和其他方法进行的粉末表面的处理，根据不同的应用需要改变重晶石表面的物理化学性质，或它以一种新的功能，以满足现代化新材料、新工艺和新技术的发展应用。物理涂层，是在粉末表面处理或树脂等对粉末表面进行的处理。物理涂层改性过程中应用冷、热两种方法可实现。主要影响因素的颗粒形状，表面积，孔隙度，涂布剂，涂覆过程等的表面涂层处理效果。化学涂层被吸附的表面上的无机粉末或颗粒的表面上的化学反应，采用涂覆与有机化合物中的官能团颗粒与表面改性的方法。除了利用表面官能团改性外，此方法还包括使用利用游离基反应、螯合剂反应、溶液的涂布和表面涂层的修饰。张凤仙、郭翠犁等采用化学涂层的表面上的方法等，应用硅烷偶联剂、锆铝酸酯偶联剂、非离子型表面活性剂及自制的一种含有COOH、OH、SO3的官能团的表面改性剂应用于重晶石粉的表面亲油改性中。沉淀反应是利用了超精细研磨等强激活粉末的表面，改变晶体结构。晶体结构和动作时间的机械和化学表面改性效果的主要影响因素。胶囊化改性主要是指微胶囊中的微小粒子。这种微小的胶囊一般为1到几百微米的微小壳体。粉末微胶囊的改性技术和方法的许多应用不一。因此，有很多的影响因素。目前高能量表面改性技术复杂、成本高，很难实现大规模工业化。
1.2 表面改性工艺
天然重晶石粉的表面改性技术分为湿式和干式两种方法。干法改性工艺是指在干燥状态下的粉末或干燥后的分散体的表面改性，同时添加表面改性剂，在一定温度下进行表面改性过程。无机粉末的表面物理涂覆、化学包覆、机械化学和部分胶囊化改性常用这种工艺。湿法改性过程中固定比或浆液的固体含量为添加表面改性剂和添加剂，在粉末表面的搅拌和温度条件下的变形过程。湿法工艺中通常使用的反应罐，包覆改性后的过滤和脱水。通过该方法改性的沉淀反应包覆的无机表面改性剂的使用。
1.3 表面改性的改性剂种类
有多种无机剂，改性通常使用金属粉末的表面改性，如硅烷，钛酸盐，铝酸盐，锆铝酸盐，有机铬等偶联剂，有机盐和其他类型的表面活性剂，磷酸酯，不饱和有机酸，水溶性聚合物。因此选择的范围大，实现应用时要考虑表面性能，改性的产品的质量要求，使用表面改性技术，表面改性剂的成本等因素等。
（1）硅烷偶联剂。有机硅化合物的水解性基团的硅原子与有机反应的有机官能团和水解硅烷偶联剂与无机反应。Y是有机官能团可以与有机基质，有机官能团的典型乙烯、环氧树脂、甲基丙烯酰氧基、氨基、硫自由基的有机树脂系统，适用于不同的有机官能团反应。硅烷偶合剂结合的粉末颗粒，从颗粒、无机物质和活性羟基基团，反应性非常强的，而对表面无羟基或极性很小的无机物，如碳酸钙、炭黑等，硅烷偶联剂的处理效果就较差。
（2）钛酸酯偶联剂。钛酸酯偶联剂是一种在二十世纪七十年代的美国Kenrich石油公司代理开发的多功能型助剂，兼有分散剂、润湿剂、粘接促进剂、固化催化剂、交联剂，防锈剂和阻燃功能。钛钛酸酯偶联剂的作用是在无机粉末的表面上形成的单分子层的覆盖膜的作用，改变其固有的亲水性，使粉末的表面性质的根本转变。有机钛酸酯偶联剂具有独特的结构，聚合物的偶联效率为填料是良好的，所以它可以提高加工的填料的分散性、流动性，提高了亲水性基团，改善复合材料的断裂伸长率、冲击性和阻燃性能等。
（3）铝酸酯偶联剂。铝酸酯偶联剂铝酸酯偶联剂和钛酸酯偶联剂一样，也属于两亲结构化合物，有亲水性并附着到表面的无机填料的无机填料与有机树脂的亲脂基团的另一端连接，从而达到相容性改善无机填料和有机树脂，改变制品性能的目的。
2 天然重晶石粉末表面改性工艺设计
为进一步完善设计能力，我们在实验室中做了大量的实验研究，力争使工艺设计具有良好的社会效益和经济效益及具有可操作性。我们在考虑成本和生产工艺环境条件时，制定合理的工艺，操作方便、投资少、生产成本低、环境污染少，适合大规模生产的连续表面改性工艺。通常的步骤为：一是称量原材料（重晶石粉），预热和干燥处理；二是据化学计量比的改性剂粉末和重晶石混合；三是设定改性条件进行改性反应；四是冷却并干燥改性后的产品至室温；五是出料，检测，包装成品。过程简述如下：从贮水箱定量重晶石粉，通过测量到的原料粉末干燥机设定值，用于预热和干燥的粉末的干燥温度和时间设置。后通过输送带送入混合变形机，同时从改性剂储存罐到改性剂的计量，喷涂至粉末中。然后，设置混合改装机的搅拌速度、搅拌反应时间。负压机和旋转流的动作结束后，进行改性，改性重晶石粉，从改性机器中输入物料冷却收集系统。最后，收集产品，到产品储罐，通过计量包装。
3 结语
在本文中，采用干法改性工艺进行表面改性研究。与此同时，完成天然重晶石粉的设计和计算。通过红外和热重分析表面改性天然重晶石粉的表面改性机理的实验研究。本文通过试验分析了改性重晶石粉的表面改性效果、影响因素，以确定出最优改性工艺。最后，研究了改性重晶石粉末在粉末涂料中应用情况。
参考文献
[1]郑水林.粉体表面改性（第二版）[M].北京：中国建材工业出版社，2003：1-4.
[2]苑金生.重晶石的开发利用及资源保护[J].矿产保护与利用，1999，2（1）：25-27.
[3]王定芝，张育祥.高岭土功能性填料和体质颜料[J].非金属矿，1992，（2）：30-32.