|
| |
| 煤系高嶺土表面改性需要注意的幾個(gè)問題！ |
| 來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2018-04-09 06:28:50 瀏覽次數(shù)： |
|
| |
高嶺石礦物是1:1型層狀二八面體硅酸鹽礦物，其理想化學(xué)式為Al4Si4O10（OH）8，其晶體結(jié)構(gòu)中的羥基是主要的官能團(tuán)和活性反應(yīng)點(diǎn)，非煅燒或非煤系中的軟質(zhì)高嶺土就是通過羥基與表面改性劑發(fā)生反應(yīng)達(dá)到表面改性目的。
煤系高嶺土與傳統(tǒng)的非煤系高嶺上在結(jié)構(gòu)及理化性能方面有很大區(qū)別，特別是煤系高嶺土煅燒以后，由于羥基的脫去，其表面改性機(jī)理與非煅燒高嶺土有很大不同，因而必須針對(duì)煤系高嶺土自身結(jié)構(gòu)和性質(zhì)特點(diǎn)，選擇有效的表面改性劑。
1、煤系高嶺土煅燒前后的變化
（1）表面官能團(tuán)的變化
高嶺石煅燒后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，其晶體結(jié)構(gòu)中的羥基在550℃以上的煅燒溫度已經(jīng)脫失殆盡。羥基的脫去使高嶺石晶體顆粒與表面改性劑之間賴以反應(yīng)結(jié)合的“橋梁”不復(fù)存在，從而使煤系煅燒高嶺土與非煤系軟質(zhì)高嶺土的改性機(jī)理和反應(yīng)過程完全不同。
高嶺石煅燒前后，其表面的官能團(tuán)和活性反應(yīng)點(diǎn)已發(fā)生變化。煅燒前表面官能團(tuán)和反應(yīng)活性點(diǎn)主要為羥基，其表面改性機(jī)理主要是通過高嶺石表面羥基與偶聯(lián)劑分子的水解基團(tuán)形成氫鍵縮合。煅燒后高嶺石表面官能團(tuán)和反應(yīng)活性點(diǎn)則主要為Si-O和Al-O鍵，因此應(yīng)選擇易與Si-O和Al-O鍵形成化學(xué)配位的表面改性劑。
?。?）內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化
高嶺土煅燒后，除表面官能團(tuán)發(fā)生變化外，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化，特別是當(dāng)煅燒溫度超過600℃后，高嶺土所有X射線衍射峰消失，紅外光譜的譜峰也發(fā)生遷移、合并，表現(xiàn)出煅燒高嶺土已處于一種無序的非晶質(zhì)相。高嶺土的這種結(jié)構(gòu)無序化必將影響其理化性能，進(jìn)而對(duì)高嶺土的表面改性工藝、機(jī)理及效果造成影響。
?。?）表面酸堿度的變化
此外，高嶺土煅燒后表面酸堿度也發(fā)生變化，酸度增加。一般高嶺石的pH值在6-7之間，煅燒后在5.6-6.1之間。因此在改性過程中應(yīng)有目的地選擇呈弱堿性的表面改性劑，從而使兩者能夠有效地發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使表面改性劑分子偶聯(lián)在礦物表面。
（4）表面活性的變化
此外，煤系高嶺土煅燒后，由于失去羥基、表面存在大量的斷鍵等因素而顯示出極大的表面活性，表面能也相應(yīng)增加。但高嶺土比表面積和表面能太高時(shí)易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，填充橡膠、塑料等有機(jī)高分子材料時(shí)不能均勻分散，反而不利于制品性能的提高。從這點(diǎn)來說，必須對(duì)煤系高嶺土進(jìn)行表面改性，以降低其表面能。
2、煤系高嶺土表面改性需要注意的問題
煤系高嶺土改性后主要是作為橡膠、塑料、涂料的填料，常采用表面化學(xué)改性的方法，這也是目前無機(jī)填料或顏料最主要的表面改性處理方法。
?。?）表面改性劑的選擇
硅烷偶聯(lián)劑是高嶺土填料最常用和最有效的表面改性劑，但實(shí)際上，僅僅采用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)煅燒高嶺土進(jìn)行表面改性的效果并不十分理想。硅烷作為偶聯(lián)劑應(yīng)用效果最好的是白炭黑，這是因?yàn)榘滋亢诒砻婢哂斜雀邘X石多得多的羥基，填料粒子表面羥基愈多愈易與硅烷發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)。特別是煤系煅燒高嶺土，高嶺石的羥基已脫失，不可能與硅烷發(fā)生氫鍵縮合。因此煅燒高嶺土與硅烷偶聯(lián)劑之間的反應(yīng)可能更多是化學(xué)吸附反應(yīng)，而不是化學(xué)結(jié)合反應(yīng)。應(yīng)該結(jié)合煤系煅燒高嶺土表面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用目的，有效地選擇合適的表面改性劑。
表面改性劑的種類、用量和使用方法直接影響著表面改性的效果。如果僅從表面改性劑分子與無機(jī)粉體表面相互作用的角度來考慮，當(dāng)然是二者之間的相互作用越強(qiáng)越好，但是在實(shí)際操作中，還必須綜合考慮改性產(chǎn)品的成本、應(yīng)用目的等因素。
例如，當(dāng)煅燒高嶺土改性后用做電纜絕緣橡膠、塑料的填料時(shí)，就需要考慮表面改性劑的介電性能及體積電阻率；如果改性高嶺土是用做橡膠的補(bǔ)強(qiáng)填料，在選擇改性劑時(shí)，不但要考慮改性劑與高嶺土的黏結(jié)強(qiáng)度，而且還需要考慮改性劑分子與橡膠大分子之間的結(jié)合強(qiáng)度，只有使二者均達(dá)到最優(yōu)，才是改性效果最好的表面改性劑。
?。?）煤系高嶺土粉體比表面積的提高
比表面積是衡量礦物粉體應(yīng)用性能的一個(gè)重要指標(biāo)，比表面積大其各項(xiàng)應(yīng)用指標(biāo)就好。炭黑和白炭黑之所以具有明顯補(bǔ)強(qiáng)效果就是因?yàn)榫哂写蟮谋缺砻娣e（達(dá)幾十至100多m2/g）。而通常高嶺土的比表面積只有十幾m2/g），靠機(jī)械物理粉碎方法，即使超細(xì)高嶺土粉體比表面積提高也是有限的。
如果能想辦法增加高嶺石顆粒表面的孔穴和表面活性點(diǎn)，使煤系高嶺土比表面積得到極大提高，達(dá)到甚至超過炭黑或白炭黑的比表面積，這無疑可以顯著地提高煤系高嶺土應(yīng)用性能。
部分來源：煤系高嶺土表面改性若干問題與對(duì)策，作者：劉欽甫
更多精彩！歡迎掃描下方二維碼關(guān)注中國粉體技術(shù)網(wǎng)官方微信（粉體技術(shù)網(wǎng)）
|
|
|
| |
|
| |
|
|
|
|
|
|
