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| 如何對煤系煅燒高嶺土表面改性？ |
| 來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時間：2014-09-04 10:38:47 瀏覽次數(shù)： |
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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）我國非金屬礦的加工及應(yīng)用技術(shù)已在快步的發(fā)展，煤系煅燒高嶺土作為填料或功能性填料在涂料、橡膠、塑料等高分子制品中得到了很好的應(yīng)用。煤系煅燒高嶺土不僅可以降低有機(jī)高分子制品的成本，更主要的是能夠提高產(chǎn)品的部分性能，使產(chǎn)品的質(zhì)量有所提高。但是由于煤系煅燒高嶺土與有機(jī)高分子材料基質(zhì)的界面性質(zhì)是有所不同的，由此可造成親合性差，使之影響到煅燒高嶺土在有機(jī)高分子材料中的分散和交聯(lián)等作用，從而導(dǎo)致有機(jī)高分子制品的力學(xué)性能及其它部分性能的下降，因此要對煅燒高嶺土進(jìn)行表面改性。
對煅燒高嶺土表面改性的目的是要改變高嶺土粉體界面的性質(zhì)，改善煅燒高嶺土與有機(jī)高分子材料的親合性，提高在有機(jī)高分子材料中的分散性，增強(qiáng)制品的多種性能，起到功能性的作用，增加煅燒高嶺土的填加量，提高產(chǎn)品檔次，降低制品的成本。所以說煅燒高嶺土的表面改性是一項(xiàng)非常重要的深加工手段，并且也是擴(kuò)大煅燒高嶺土應(yīng)用領(lǐng)域和提高有機(jī)高分子制品質(zhì)量的一條十分有效的途徑。
1 煤系高嶺巖的特征
煤系高嶺巖主要是由高嶺石及炭質(zhì)等組成。礦石一般為灰色——灰黑色，塊狀構(gòu)造，殼狀斷口，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，蠕蟲狀晶體、結(jié)晶有序度高。是我國北方石炭，二疊煤層中夾有的一種高嶺巖的煤石。這種高嶺巖與煤層具有一定的成因關(guān)系，一般厚度可達(dá)0.3~1.5米，而且有的礦段可出現(xiàn)數(shù)層。這已成為我國的一種獨(dú)特的高嶺土資源，并且已在高嶺土工業(yè)中占有舉足輕重的地位。
高嶺巖經(jīng)過粉碎，超細(xì)及不同條件的煅燒，可以得到不同用途的煅燒高嶺土，其中煅燒是極為重要的一個環(huán)節(jié)。高嶺巖的煅燒過程是：在110℃時，排除吸附水；110℃~400℃時，排除層間水；500℃~600℃時，發(fā)生分解；從600℃開始，形成偏高齡石；925℃~1050℃時，形成鋁硅尖晶石；1300℃時，就構(gòu)成了莫來石。在高嶺巖煅燒過程中，晶體結(jié)構(gòu)的變化，化學(xué)活性的改變，是與煅燒溫度、結(jié)晶有序度、伴生組份的種類和煅燒氣氛等有著密切的關(guān)系。對于高嶺巖的煅燒溫度并非愈高愈好，而是要根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，選擇不同的煅燒溫度。如電纜用的改性煅燒高嶺土，應(yīng)選擇結(jié)晶有序度高的礦石，使其有較高的脫羥溫度，較長時間的脫羥過程，在一定的溫度和條件中煅燒，才可得到較高化學(xué)活性的電纜用煅燒高嶺土。
2 煅燒高嶺土的表面改性
煅燒高嶺土的表面改性，是根據(jù)應(yīng)用的需要有目的地將其表面原有的物理及化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行改變。即是利表面化學(xué)的方法，將有機(jī)物分子中的官能團(tuán)在高嶺土顆粒表面產(chǎn)生吸附作用或化學(xué)反應(yīng)，對其顆粒表面進(jìn)行包覆，使高嶺土的表面有機(jī)化，達(dá)到改性的目的。
煅燒高嶺土表面性質(zhì)的改變，是依靠各種表面改性劑在其顆粒的表面進(jìn)行包覆等實(shí)現(xiàn)的。所以表面改性劑的選擇和應(yīng)用是高嶺土表面改性的關(guān)鍵技術(shù)，同時表面改性的工藝和設(shè)備也是表面改性技術(shù)很重要的部分。
2.1 表面改性機(jī)理
煅燒高嶺土與有機(jī)高分子材料的結(jié)合，實(shí)質(zhì)上在于兩者的界面能否具有良好的結(jié)合。經(jīng)表面改性的煅燒高嶺土分散到有機(jī)高分子材料中，在該區(qū)域中有機(jī)高分子材料—改性劑—煅燒高嶺土間可以產(chǎn)生一種良好的界面結(jié)合，將兩種性質(zhì)差異較大的材料牢固的結(jié)合到一起，使煅燒高嶺土與有機(jī)高分子材料間產(chǎn)生一種具有特殊功能的“分子橋”，這一“橋梁”的作用就主要取決于表面改性劑。煅燒高嶺土表面改性使用的表面改性劑，一般選擇的是以硅烷偶聯(lián)劑類為主體的改性劑。
2.2 表面改性劑的選擇
在選擇表面改性劑時，應(yīng)根據(jù)高嶺土所需要填到加有機(jī)高分子材料及制品的配方、加工工藝等技術(shù)性能的要求，選擇不同的改性劑和助劑。煅燒高嶺土的表面改性，一般主要選擇硅烷偶聯(lián)劑。對特殊要求的高分子制品，要選擇兩種或兩種以上的改性劑，配制成復(fù)合類的表面改性劑。也可根據(jù)材料的性能和技術(shù)要求等，分別加入一定量的助劑或其它改性劑，配合硅烷偶聯(lián)劑對煅燒高嶺土進(jìn)行有效的表面改性，使煅燒高嶺土的產(chǎn)品性能和質(zhì)量能達(dá)到更高的要求。一般表面改性劑的用量為0.3%~1.0%。
2.3 表面改性工藝
根據(jù)煅燒高嶺土表面改性的機(jī)理，對其進(jìn)行表面改性。首先要對煅燒高嶺土進(jìn)行加熱，以便與硅烷偶聯(lián)劑反應(yīng)，并且要求對高嶺土在動態(tài)的狀況下保持一定的溫度。只有這樣才能把反應(yīng)過程中及反應(yīng)后多余的水脫除，以達(dá)到偶聯(lián)劑與高嶺土形成穩(wěn)定和牢固的共價鍵結(jié)合。由此一定要根據(jù)表面改性的機(jī)理來確定表面改性的工藝。
煅燒高嶺土在表面改性過程中，是要在一定的溫度下進(jìn)行反應(yīng)的。所以，首先就對煅燒高嶺土進(jìn)行動態(tài)加熱到一定的溫度（100℃）時，在其高速動態(tài)的狀況下，加入水解后的硅烷偶聯(lián)劑或復(fù)合改性劑，最好以霧化法加入。在偶聯(lián)劑與高嶺土反應(yīng)過程中的溫度應(yīng)保持在120℃以內(nèi)，在高速動態(tài)的狀況下，保持的時間，應(yīng)在3~5分鐘左右，不同的反應(yīng)時間其表面活化度是不同的（如表1）。
 
圖1 表面改性工藝2.4 煅燒高嶺土表面改性設(shè)備
表面改性設(shè)備的選擇應(yīng)根據(jù)煅燒高嶺土的表面改性機(jī)理所確定的工藝為基準(zhǔn)，選擇和配套表面改性機(jī)組。
目前國內(nèi)生產(chǎn)的表面改性設(shè)備種類比較少，而且對超細(xì)煅燒高嶺土的表面改性效果也不十分理想。不管用什么樣的表面改性設(shè)備，都要以表面改性的機(jī)理和表面改性的工藝為依據(jù)，來滿足煅燒高嶺土表面改性工藝的技術(shù)要求。應(yīng)要求表面改性設(shè)備能在高速動態(tài)狀況下加熱到100℃以上，并能保溫，可排除水蒸氣，表面改性劑可以分加，有分級的功能，解決表面改性的團(tuán)聚問題，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
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