第五章表面改性剂
粉体的表面改性，主要是依靠表面改性剂(或处理剂)在粉体颗粒表面的吸附、反应、包覆或包膜来实现的。

因此，表面改性剂是粉体表面改性技术的重要内容之一，对于粉体的表面改性或表面处理具有决定性作用。

粉体的表面改性一般都有其特定的应用背景或应用领域。

因此，选用表面改性剂必须考虑被处理物料的应用对象。

例如，用作塑料、橡胶、胶粘剂等高聚物基复合材料的无机填料的表面改性所选用的表面改性剂既要能够与表面吸附或反应、覆盖于填料颗粒表面，又要与有机高聚物有较强的化学作用和亲和性，因此，从分子结构来说，用于无机填料表面改性的改性剂应是一类具有一个以上能与无机颗粒表面作用较强的官能团和一个以上能与有机高聚物基分子结合的基团并与高聚物基料相容性好的化学物质；而用作多相陶瓷、水性涂料体系的无机颜料的表面改性剂既要能与无机颜料有较强的作用，显著提高尤机颜料的分散性，还要与无机相或水相有良好的相容性或配伍性。

表面改性剂的种类很多，目前还没有一个权威的分类方法，常用的改性剂有偶联剂、表面活性剂、有机低聚物、不饱和有机酸、有机硅、水溶性高分子、超分散剂以及金属氧化物及其盐等，以下分别子以介绍。

5，1 偶联剂
偶联剂是具有两性结构的化学物质。

按其化学结构和成分可分为硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类、锆铝酸盐及有机络合物等几种。

其分子中的一部分基团可与粉体表面的各种官能团反应，形成强有力的化学键合，另一部分基团可与有机高聚物基料发生化学反应或物理缠绕，从而将两种性质差异很大的材料牢固的结合起来，使尤机粉体和有机高聚物分子之间建立起具有特殊功能的“分子桥”。

偶联剂适用于各种不同的有机高聚物和无机填料的复合材料体系。

经偶联剂进行表面改性后的无料[填料，既抑制了填充体系“相”的分离，又使无机填料有机化，与有机基料的亲和性增强，即使增大填充量，仍可较好的均匀分散，从而改善制品的综合性能，特别是抗张强度、冲击强度、柔韧性和挠曲强度等。

5．1．1 钛酸酯偶联剂
钛酸酯偶联剂是美国KENRICH石油化学公司在20世纪70年代开发的一种新型偶联剂，至今已有几十个品种，是无机填料和颜料等广泛应用的表面改性剂。

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(1)钛酸酯偶联剂分子结构及6个功能区的作用机理
钛酸酯偶联剂的分子结构可划分为6个功能区，每个功能区都有其特点，在偶联剂中发挥各自的作用。

钛酸酯偶联剂的通式和6个功能区：
功能区1，(RO)M为与无机填料、颜料偶联作用的基团。

钛酸酯偶联剂通过该烷氧基团与无机颜料或填料表面的微量羟基或质子发生化学吸附或化学反应，偶联到无机颜、填料表面形成单分子层，同时释放出异丙醇。

由功能区1发展成偶联剂的三种类型，每种类型由于偶联基团上的差异，对颜料或填料表面的含水量有选择性。

一般单烷氧基型适用于干燥的仅含键合水的低含水量的无机颜料或填料；螯合型适用于高含水量的无机颜料或填料。

功能区2，Ti—O……酯基转移和交联基团。

某些钛酸酯偶联剂能够和有机高分子中的酯基、羧基等进行酯基转移和交联，造成钛酸酯、填料或颜料及有机高分子之间的交联，促使体系粘度上升呈触变性。

功能区3，X-联结钛中心的基团。

该基团包括长链烷氧基、酚基、羧基、磺酸基、磷酸基、焦磷酸基等。

这些基团决定钛酸酯偶联剂的特性与功能，如磺酸基赋予一定的触变性，焦磷酸基具有阻燃、防锈、增加粘结性功能，亚磷酸配位基具有抗氧化功能等。

通过这部分基团的选择，可以使钛酸酯偶联剂兼有多种功能。

功能区4，R`为长链的纠缠基团。

长的脂肪族碳链比较柔软，能和有机基料进行弯曲缠绕，增强和基料的结合力，提高它们的相容性，改善无机填、颜料和基料体系的熔融流动性和加工性能，缩短混料时间，增加无机填料的填充量，并赋予柔韧性及应力转移功能，从而提高延伸、撕裂和冲
击强度。

还赋予无机填、颜料和基料体系的润滑性，改善分散性和电性能等。

功能区5，Y为固化反应基团。

当活性基团联结在钛的有机骨架上，就能使钛酸酯偶联剂和有机聚合物进行化学反应而交联。

例如，不饱和双键能和不饱和树脂进行交联，使无机填、颜料和有机基料结合。

功能区6，N为非水解基团数。

钛酸酯偶联剂中非水解基团的数目至少具有两个以上。

在螯合型钛酸酯偶联剂中具有2个或3个非水解基团；在单烷氧基型钛酸酯偶联剂中有3个非水解基团。

由于分子中多个非水解基团的作用，可以加强缠绕，并因碳原子数多可急剧改变表面能，大幅度降低体系的粘度。