高嶺土表面改性及技術(shù)加工現(xiàn)狀！

前言

高嶺土，又稱瓷土或者白陶土，因發(fā)現(xiàn)于江西景德鎮(zhèn)附近東郊地區(qū)的高嶺村而得名，是人類使用廣的粘土材料之一。高嶺土是由多種礦物構(gòu)成的含水硅鋁酸鹽的結(jié)合體，主要礦物成分為高嶺石，其還可以包含雜質(zhì)如石英、綠土、伊利石和長石等。

 

質(zhì)純的高嶺土質(zhì)軟，有滑膩感，硬度?。幻芏葹?span>2.4-2.6g/cm3；耐火度高達(dá)1700-1790℃；具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和絕緣性。純凈高嶺土或煅燒后原色的潔白度可達(dá)到80%-90%。高嶺土具有分散、可塑、結(jié)合、燒結(jié)、可選、吸附等特殊的物化特性及工藝性能，用途很廣。其主要用途是用于工業(yè)陶瓷、日用陶瓷、搪瓷及耐火材料，也可作為涂料、塑料和橡膠、醫(yī)藥、造紙、和國防等行業(yè)的填充料。

高嶺土作為礦物填料具有范圍廣的應(yīng)用，但是由于高嶺土礦物的形成條件及開采加工方法的差異，導(dǎo)致其表面性能有很大差別，使得高嶺土的應(yīng)用范圍具有局限性。應(yīng)用領(lǐng)域不同，對其質(zhì)量要求截然不同。

01

高嶺土的表面改性方法

許多應(yīng)用領(lǐng)域都對高嶺土的表面或界面性質(zhì)有特殊要求，為了滿足應(yīng)用要求必須對其進(jìn)行表面改性。表面改性是高嶺土非常重要的深加工改性方法之一，是指根據(jù)應(yīng)用的需要，對高嶺土表面進(jìn)行物理、化學(xué)或機(jī)械方法處理，以達(dá)到提高高嶺土的白度、亮度、表面活性或改善與聚合物相容性等目的。

高嶺土表面官能團(tuán)為Si-O或Al-O。因此，凡是能改變高嶺土表面Si-O或Al-O鍵合形式的物理或化學(xué)方法均能實(shí)現(xiàn)對高嶺土的表面改性。對高嶺土表面改性主要有以下幾種方式:煅燒、偶聯(lián)劑、吸附、表面包覆。

 上海創(chuàng)宇化工新材料有限公司是一家專注研發(fā)粉體的廠家,品質(zhì)繁多,目數(shù)齊全,微細(xì)特白滑石粉,滑石粉1250目,透明粉滑石粉廠家,滑石粉800目,涂料級滑石粉廠家,油漆滑石粉廠家,高品質(zhì)透明滑石粉,同時(shí)創(chuàng)宇也是透明粉廠家,目前品類,微細(xì)特透粉廠家,微細(xì)全透明粉廠家,水晶透明粉,玻璃型透明粉廠家,制漆粉廠家創(chuàng)宇一直秉承著質(zhì)量優(yōu)先,客戶至上,專業(yè)服務(wù),貢獻(xiàn)社會的企業(yè)經(jīng)營理念.有需要的朋友請聯(lián)系銷售熱線：021-66261448

 

1.1  煅燒改性

鍛燒改性是指高溫鍛燒高嶺土，將高嶺土表面的部分或者全部的羥基脫除，獲得特殊的表面性質(zhì)，使得高嶺土的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，由有序的片晶體結(jié)構(gòu)變?yōu)闊o序的高嶺土。煅燒使高嶺土脫去水和揮發(fā)性物質(zhì)，其目的在于提高高嶺土的純度、白度。

煅燒后的高嶺土具有白度高、密度小、比表面積增大、吸油性增加、熱穩(wěn)定性高和絕緣性等特點(diǎn)。

 

 

1.2  偶聯(lián)劑改性

偶聯(lián)劑處理是利用高嶺土表面的活性基團(tuán)與偶聯(lián)劑間的相互作用，從而達(dá)到改變高嶺土表面性質(zhì)的目的。偶聯(lián)劑處理通常有濕法處理和干法處理兩種處理方法。偶聯(lián)劑改性作用機(jī)理是偶聯(lián)劑經(jīng)水解后形成一種同時(shí)含有親水基團(tuán)（通常為Si-OH）和疏水基團(tuán)的兩性物質(zhì)，高嶺土顆粒表面基團(tuán)可與親水基團(tuán)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成共價(jià)鍵，而疏水基團(tuán)則可與聚合物相結(jié)合，或兩種反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行生成更穩(wěn)固的化學(xué)鍵，從而達(dá)到改性目的。

常用的偶聯(lián)劑有硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑，此外還有鋁酸酯偶聯(lián)劑、磷酸酯偶聯(lián)劑、疊氮偶聯(lián)劑、有機(jī)鉻類偶聯(lián)劑、鋯類偶聯(lián)劑及高級脂肪酸、醇、酯等。目前只有硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑的作用機(jī)理比較清楚。

 

1.2.1  硅烷偶聯(lián)劑改性

有機(jī)官能團(tuán)部分和樹脂、橡膠等聚合物反應(yīng)形成化學(xué)鍵；亞烷基將有機(jī)官能團(tuán)部分和硅酯基部分連接起來；硅酯基水解后生成的硅醇基與無機(jī)填料的表面化合物結(jié)合形成化學(xué)鍵。主要反應(yīng)如下:

(1)與橡膠分子鏈上的雙鍵發(fā)生加成反應(yīng)；

(2)與因機(jī)械力作用而生成的橡膠分子鏈自由基發(fā)生反應(yīng)；(3)發(fā)生氫離子轉(zhuǎn)移反應(yīng)；(4)與異氰酸酯縮合；(5)與飽和聚合物反應(yīng)。

 

整體來看，硅烷偶聯(lián)劑充當(dāng)了“橋梁”的作用，使得有機(jī)母體與無機(jī)粉體以化學(xué)鍵的方式牢固地結(jié)合在一起。

 

1.2.2  鈦酸酯偶聯(lián)劑

鈦酸酯偶聯(lián)劑迄今已發(fā)展到60多種，可分為單烷氧基焦磷酯基型、單烷氧基型、配位型和螯合型四大類，其中前三種類型適合應(yīng)用于高嶺土的改性。其中單烷氧基型鈦酸酯偶聯(lián)劑適用范圍廣，具有多種功能，主要適用在處理干燥的煅燒高嶺土?xí)r；含水較多的高嶺土粉體表面改性可用含有乙醇螯合基的單烷氧基焦磷酸酯基型鈦酸酯偶聯(lián)劑；配位型鈦酸酯偶聯(lián)劑多數(shù)不溶解于水，耐水性好，而且不發(fā)生酯交換反應(yīng)，可適用于改性多種類型的煅燒高嶺土。

 

一般來說，在煅燒高嶺土的表面改性中鈦酸酯偶聯(lián)劑不適合單獨(dú)使用，主要配合硅烷偶聯(lián)劑使用，才會獲得較好的改性效果。所以鈦酸酯偶聯(lián)劑可作為高嶺土的輔助偶聯(lián)劑。

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1.3  表面包覆改性

此法是較早使用且操作簡便的傳統(tǒng)改性方法，適用于使用條件不高的高嶺土。原理是通過物理吸附或化學(xué)吸附的方式，在高嶺土表面包覆一層有機(jī)或無機(jī)聚合物而達(dá)到表面改性的目的。

此法優(yōu)點(diǎn)是高嶺土改性后可以使材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及催化劑活性增強(qiáng)，粉末的聚集程度減弱，分散性及流動性得到改善。

 

 

1.4  表面反應(yīng)法改性

此法是化學(xué)反應(yīng)法，指改性劑與高嶺土表面羥基基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生疏水基或者進(jìn)一步產(chǎn)生疏水基團(tuán)，引起表面性質(zhì)發(fā)生改變，既降低了表面能又改善了高嶺土的疏水性和反應(yīng)活性。

改性劑可以直接改性高嶺土，也可以在其表面先反應(yīng)生成離子，再通過離子交換的方式終達(dá)到改性目的，此法重要手段有酯化、鹵化、胺化等。

 

 

1.5  插層法改性

插層改性方法是利用層狀結(jié)構(gòu)粉體顆粒晶體層間較弱的結(jié)合力或者層間含有可交換的陽離子等特性，采用化學(xué)反應(yīng)或離子交換等方法改變粉體的層間和界面性質(zhì)。高嶺土不可進(jìn)行陽離子交換，但高嶺土層間存在易形成氫鍵的-OH和Si-O鍵，層間距較小，只允許部分極性小分子通過，可以將這些極性小分子插入高嶺土層間并破壞其氫鍵，撐大層間距，使層間的親水性變?yōu)槭杷?，有利于其它有機(jī)物大分子通過置換過程進(jìn)入，使得高嶺土以納米尺度的剝離狀態(tài)分散到各種基體中。

 

 

1.6  機(jī)械力化學(xué)法改性

機(jī)械力化學(xué)改性法實(shí)質(zhì)上是借助機(jī)械能激.活顆粒和表面改性劑發(fā)生作用，達(dá)到將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的目的，可通過強(qiáng)機(jī)械力攪拌、沖擊、研磨等方法實(shí)現(xiàn)。

此法在粉體的復(fù)合方面也做出了重要貢獻(xiàn)，可以借助機(jī)械外力使粉體顆粒表面包覆上一層更細(xì)或具有功能性的粉體顆粒，上述表面包覆改性為化學(xué)沉淀，而此法為機(jī)械化學(xué)作用。機(jī)械力化學(xué)改性法采用不同的機(jī)器以及改性工藝，則粉體的改性效果也不同。除了上述幾種常用的方法外，凝聚共沉法、粒子表面離子互換、輻照改性等方法也是高嶺土表面改性的有效手段。

02

改性高嶺土的應(yīng)用

高嶺土經(jīng)改性后，改善了與有機(jī)高分子材料的交聯(lián)性，提高了分散性，增加了承受外界負(fù)荷的有效截面積，從而增強(qiáng)了有機(jī)高分子材料制品的力學(xué)性能，同時(shí)很大程度提高了材料的功能性，擴(kuò)大了高嶺土的應(yīng)用范圍。改性高嶺土的應(yīng)用十分廣，特別是在涂料、塑料、橡膠等行業(yè)占有一定的地位。

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2.1  改性高嶺土在涂料中的應(yīng)用

在涂料工業(yè)中，經(jīng)常使用的兩大類高嶺土：一是水洗超細(xì)高嶺土，一是煅燒超細(xì)高嶺土。由于改性高嶺土的改性劑主體具有優(yōu)良的耐高低溫、耐紫外線、耐氧化降解以及電絕緣等性能，加之煅燒高嶺土的物化特性，用于耐候、耐熱、電絕緣、隔離涂料及外墻涂料中，均可對這些產(chǎn)品的特殊性能要求起到一定作用。在其它涂料中應(yīng)用，也可對其產(chǎn)品質(zhì)量的提高起到很好的作用。

 

 

2.2  改性高嶺土在塑料中的應(yīng)用

高嶺土在塑料工業(yè)中可替代重質(zhì)CaCO3作為聚氯乙烯、聚丙烯、尼龍、聚酯、酚醛樹脂等塑料的填充料，用來制造塑料水管、塑料地板等。

高嶺土作為塑料的填充料能提高塑料表面的光滑度，提高尺寸準(zhǔn)度精和耐化學(xué)腐蝕性等。特別是高嶺土用于高絕緣電纜塑料的填充料，可提高其電阻率，這是其它無機(jī)填料所無法比擬的。改性煅燒高嶺土應(yīng)用在其它塑料制品中，可提高其產(chǎn)品沖擊強(qiáng)度、穩(wěn)定性和熱變形溫度等，同時(shí)可增加填料量降低成本。在熱塑性塑料中，改性高嶺土對于提高塑料的玻璃化溫度、抗張強(qiáng)度和模量特別有效；在熱固性塑料中，改性高嶺土具有增強(qiáng)塑料及預(yù)防模壓表面的纖維“起霜”及纖維表露的作用。

 

 

2.3  改性高嶺土在橡膠中的應(yīng)用

高嶺土作為填料,可提高橡膠制品的檔次。這是因?yàn)樵谙鹉z中摻入粉狀高嶺土后,形成有機(jī)高聚物（橡膠）—無機(jī)物（高嶺土）復(fù)合材料,它能改善橡膠制品的物理化學(xué)性能,如可提高橡膠制品的力學(xué)強(qiáng)度、耐磨性、耐酸堿腐蝕性、穩(wěn)定性以及改善膠料的加工性能（如包輥性、吃粉速度、壓延壓出等）。提升性能的同時(shí),可明顯降低橡膠制品的成本,提高經(jīng)濟(jì)效益。

經(jīng)過多年的研發(fā)，高嶺土表面改性已取得了豐碩的成果，特別是在用偶聯(lián)劑表面改性高嶺土補(bǔ)強(qiáng)橡膠方面成果尤為明顯。

 

 

03

高嶺土填料改性問題及建議

 

 

3.1  改性高嶺土存在的問題

在高嶺土改性的各方面研究，國內(nèi)外都很深入,各種改性方法不斷改善,但仍然存在幾個(gè)問題：

(1)國內(nèi)煅燒高嶺土的質(zhì)量與進(jìn)口高白度、超細(xì)煅燒高嶺土產(chǎn)品還有很大的差距。國內(nèi)開發(fā)煅燒高嶺土產(chǎn)品往往只注意了白度、粒度、磨耗等指標(biāo),而對各指標(biāo)間的相互關(guān)系和質(zhì)量特性缺少綜合評價(jià)；
(2)改性高嶺土在環(huán)保領(lǐng)域的研究相對較少；
(3)改性高嶺土材料制備高性能材料的可靠性和穩(wěn)定性較差,而且成本較高。

 

 

3.2  高嶺土改性問題的相關(guān)建議

根據(jù)以上問題,從提高材料物性和質(zhì)量、減少成本和降低能源消耗等多方面綜合考慮,高嶺土改性應(yīng)在以下方面進(jìn)行深入研究：

(1)深入研究高嶺土各種改性方法的機(jī)理,為制備高性能材料提供理論基礎(chǔ)；
(2)進(jìn)一步提高改性高嶺土作為功能填料的檔次和工藝穩(wěn)定性,盡可能超細(xì)化、縮小與外國的差距；
(3)把其它新興技術(shù)用于高嶺土的改性處理當(dāng)中,從而突破傳統(tǒng)處理方法的限制,改善材料的結(jié)構(gòu)、物性等。

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總結(jié)
目前，國內(nèi)高嶺土的深加工存在嚴(yán)重的問題，高嶺土一般經(jīng)過簡單的初加工即以低廉的價(jià)格出口到國外，而這些地區(qū)經(jīng)過再加工后以高價(jià)返銷中國，這種加工模式嚴(yán)重阻礙了國內(nèi)高嶺土行業(yè)的發(fā)展。因此立足于高嶺土的深加工領(lǐng)域，開發(fā)新產(chǎn)品，提高高嶺土的產(chǎn)品附加值，對我國高嶺土資源的合理化、經(jīng)濟(jì)化利用意義重大。