煤系高岭土的改性综述

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1、煤系高岭土改性许永摘要：本文叙述了目前国内关于煤系高岭土的应用领域，简要介绍了国内关于煤系高岭土改性的方法，以及改性后在复合材料领域的应用。同时也提出了煤系高岭土改性中所注意的问题，以及解决方法。煅烧高岭土的主要应用领域是油漆、涂料、造纸、橡胶和塑料制品、电缆、陶瓷等，其中油漆涂料和造纸是国内优质煅烧高岭土最主要的消费领域，分别占国内超细、高白度优质煅烧高岭土消费量的60%和30%左右。优质煅烧高岭土作为造纸涂料主要用于铜版纸、涂布白纸板、轻量涂布纸、玻璃纸等。尽管在造纸领域高岭土面临碳酸钙强有力的竞争，但是在造纸涂料市场，优质高岭土（含优质煅烧高岭土）仍占重要地位[1]。目前，国内优质

2、高岭土的进口量仍很大，所以我们通过对煅烧后的煤系高岭土进行改性处理，来补充我国优质高岭土的不足。对煅烧高岭土进行表面改性，主要是改变高岭土粉体颗粒界面的性质，改善煅烧高岭土与有机高分子材料的亲合性以及提高在有机高分子材料中的分散性，增强产品的多种性能，还可以增加煅烧高岭土的填加量，从而能够降低产品的成本。因此煅烧高岭土的表面改性是一种非常重要的深加工手段，也是扩大煅烧高岭土应用领域和提高有机高分子制品质量的一条十分有效的途径。这对扩展煤系高岭土的应用领域,充分、合理利用我国高岭土资源,加快我国经济发展有着重要的意义。1煤系高岭土的改性方法煤系煅烧高岭土的表面改性是根据应用的需要，将其表面

3、原有的物理化学性质进行改变。即是利用表面化学的方法，将有机物分子的官能团在煅烧高岭土颗粒表面产生吸附作用或化学反应，对颗粒表面进行包覆，使煅烧高岭土的表面有机化，便于与有机高分子材料的结合。煅烧高岭土进行表面改性所用的改性药剂主要由硅烷偶联剂（橡胶、塑料农用薄膜、高压电缆绝缘材料等），有机硅（如用作低压电线电缆填料等）、高级脂肪酸及其盐（如硬脂酸活硬脂酸钠）、有机酸（如用于尼龙填料）、有机铵盐类聚合物（如用于涂料中）以及复合型改性剂等。1.1表面吸附改性程先忠[2]等研究结果表明，超细的高岭土,其表面结构官能团—Si(Al)—OH、—Si—O—Al—和—Si(Al)—O等表面活性点与表面

4、改性剂形成稳固的分子链,煅烧后的高岭土以Si—O和Al—O键表面官能团和活性反应点,与表面改性剂发生偶联作用，从而产生改性的效果。又通过红外光谱分析表明,高岭土改性后吸收峰发生变化是由于脂肪酸、钛酸酯、硅烷等偶联剂与高岭土彼此间发生化学吸附或化学反应的结果。刘新海[3]等采用单烷氧基焦磷酸酯型和单烷氧基不饱和脂肪酸型钛酯类偶联剂,再辅以表面活性剂脂肪酸CH3(CH)nCOOH(n=14或16),用GH-10DY型高速混合机对大同高岭土生料表面处理通过表面接触角的测试，结果表明，高岭土粉体经过表面改性后具有很强的疏水性。然后又通过红外吸收光谱分析，其粉体表面确实存在有机物的吸收峰，说明了偶

5、联剂在粉体表面的包裹。还通过表面改性高岭土粉体作为橡胶的填料与未改性高岭土粉体比较,改性后高岭土作为填料时，胶料物理机械性能得到明显的提高。李宝智[4]等对煅烧高岭土进行动态加热到100℃，并以雾化的方式加入硅烷偶联剂或者是复合改性剂，在反应的时候保持120℃以内，保持了3～5min。此外，还对改性后的高岭土进行有效的分级，防止表面改性过程中产生的假颗粒给产品质量带来严重的影响。刘钦甫[5]等利用硅烷偶联剂并采用半干法工艺对山西省小峪矿区煤系煅烧高岭土进行了表面改性实验.对改性后样品的活化指数和包覆率测定表明,偶联剂分子较好地包覆于颗粒表面,使其由亲水疏油变为亲油疏水.并将改性后样品用于

6、橡胶填料,可以明显提高其机械物理性能。并用IR和MASNMR(旋转魔角核磁共振)分析表明,煅烧高岭土表面的Al—O键与偶联剂分子发生化学键合作用明显,而Si—O键与偶联剂分子的化学键合作用则不明显。李娜[6]等用取100g高岭土和一定比例硬脂酸的混合物放入行星式球磨机中研磨15min,体系温度80～95℃。改性后,用甲苯洗涤,过滤,干燥。研究结果表明，硬脂酸对煅烧高岭土（山西怀仁地区煤系煅烧高岭土）有良好的改性效果。改性高岭土的亲油性能和疏水性能有很大改进,当硬脂酸用量大于1.5%时,活化指数都在100%；当硬脂酸用量在1.0%～3.0%时,吸油量几乎维持不变；当硬脂酸用量继续增大时,吸

7、油量开始减小,其后略有增加。但硬脂酸加入量不易大于3%,否则,粒度增大。和未改性的煅烧高岭土相比,改性高岭土明显地提高了高分子材料的亲和能力。1.1表面化学反应表面改性高岭土表面结构官能团有:-Si(Al)-OH、-Si-O-Al-和-Si(Al)-O,这些活性点是高岭土进行表面化学改性的物理化学基础[7]。林海[8]研究了超细煤系煅烧高岭土颗粒表面包覆二氧化钛膜的工艺。结果表明,改性温度和改性时间、改性药剂用量、基体悬浮液浓度和搅