高嶺石、滑石、葉蠟石和硅灰石等各類硅酸鹽礦物，以及白云石、一水硬鋁石等礦物，均作為填充料被廣泛應(yīng)用于陶瓷、塑料、橡膠、涂料等領(lǐng)域，用以改善產(chǎn)品的氣候穩(wěn)定性、降低收縮率、吸油性等。
然而，各類天然礦物作為典型的無(wú)機(jī)物，親水性較好，與有機(jī)聚合物基體的表界面性質(zhì)差異很大，導(dǎo)致其在混料過(guò)程中很難被有效的潤(rùn)濕和包覆，易產(chǎn)生聚團(tuán)。因此，使用偶聯(lián)劑等各類改性劑對(duì)礦物進(jìn)行表面有機(jī)化改性，使其顆粒表面呈疏水親油特性，以提高其與有機(jī)質(zhì)的相容能力，十分有必要。
相比于傳統(tǒng)的濕法改性技術(shù)，基于機(jī)械力化學(xué)的干法改性技術(shù)，反應(yīng)時(shí)間短、操作簡(jiǎn)單、易于產(chǎn)業(yè)化，近年來(lái)已成為礦物表面改性的發(fā)展趨勢(shì)。
1、硅酸鹽礦物
伊利石、蒙脫石、高嶺石和硅灰石等硅酸鹽礦物，也可以通過(guò)與硅烷類、硬脂酸類改性劑混合球磨的方式改善其表面親有機(jī)溶劑性能、提高沉降速率、優(yōu)化疏水效果。
吳偉端等以高速氣流磨所產(chǎn)生的超音速氣流作為機(jī)械力，使用硬脂酸改性劑，分別對(duì)滑石、絹云母和高嶺石等層狀硅酸鹽礦物進(jìn)行超細(xì)粉碎和表面改性，并對(duì)改性前后礦物的表面性質(zhì)及其抗拉強(qiáng)度、抗撕強(qiáng)度和延伸率等橡膠力學(xué)性能的變化進(jìn)行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明：氣流磨所產(chǎn)生的超音速氣流機(jī)械力可誘導(dǎo)賦存在被粉碎斷鍵的層狀硅酸鹽礦物、硬脂酸表面上的自由基或活性點(diǎn)產(chǎn)生機(jī)械力化學(xué)吸附，以達(dá)到改性目的。
經(jīng)機(jī)械力化學(xué)改性后的各類硅酸鹽礦物粉體可以代替白炭黑作為橡膠制品中的補(bǔ)強(qiáng)劑和填充劑使用，其整體材料力學(xué)性能優(yōu)于未改性的層狀硅酸鹽礦物粉體/橡膠復(fù)合材料。
2、碳酸鹽礦物
除硅酸鹽礦物外，機(jī)械力化學(xué)技術(shù)同樣適用于對(duì)橡膠、塑料中的其他各類礦物填料進(jìn)行改性處理。針對(duì)碳酸鹽礦物，蓋國(guó)勝等通過(guò)立式攪拌磨粉磨重質(zhì)碳酸鈣并進(jìn)行偶聯(lián)劑改性，其X射線衍射光譜、紅外光譜、差熱等測(cè)試結(jié)果證明粉磨是由其他復(fù)雜能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械力化學(xué)的過(guò)程，而在粉磨的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)礦物的表面疏水改性，產(chǎn)生良好的系統(tǒng)作用。
徐利強(qiáng)等采用機(jī)械力化學(xué)法，分別以鈦酸酯、鋁酸酯和硬脂酸3種不同的改性劑對(duì)白云石粉體進(jìn)行表面改性，紅外光譜證實(shí)改性后顆粒表面的官能團(tuán)發(fā)生了變化，改性后粉體的活化指數(shù)、疏水性均有提高，使得白云石粉體作為功能性填料可以更好地應(yīng)用于涂料、橡塑等工業(yè)領(lǐng)域中。
3、云母類礦物
云母類礦物現(xiàn)已成為一種新型的工業(yè)型填料，被廣泛添加于復(fù)合材料中以給予材料表面新的機(jī)能，改善材料黏結(jié)強(qiáng)度、疏水性、抗氧化性等。然而天然云母類礦物活性點(diǎn)較少，表面活性過(guò)低，且與復(fù)合材料中的高聚物組分相容性較差，需加入偶聯(lián)劑并采用機(jī)械力化學(xué)法進(jìn)行表面改性，從而提高其使用價(jià)值。
張敬陽(yáng)取一定量絹云母粉體與酞酸酯偶聯(lián)劑混合后采用超音速氣流粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎及表面改性，改性后的絹云母礦物表面積大幅提升， 而表面能大幅下降，證明其同步實(shí)現(xiàn)了超細(xì)化和表面改性，達(dá)到了機(jī)械力化學(xué)改性與礦物表面改性相結(jié)合的目的，提高了云母類礦物填料在復(fù)合材料新技術(shù)、新產(chǎn)品發(fā)展中的作用。
林海等使用濕式攪拌磨對(duì)絹云母質(zhì)二維納米薄片進(jìn)行機(jī)械力化學(xué)改性，同樣加入酞酸酯偶聯(lián)劑，對(duì)聚丙烯與絹云母復(fù)合二維納米材料改性，考察了伸長(zhǎng)率、屈服強(qiáng)度、 pH值、改性溫度、改性時(shí)間等因素對(duì)改性效果的影響，發(fā)現(xiàn)改性后礦物與有機(jī)體之間具有良好的相容性，使其抗紫外線能力加強(qiáng)。
馮剛等利用高能球磨機(jī)，分別使用硅烷偶聯(lián)劑/石蠟和硅烷偶聯(lián)劑/癸二酸對(duì)白云母進(jìn)行改性處理，并將改性白云母與聚丙烯共混，結(jié)果表明：改性后白云母的親油性和分散性均得到提高，且聚丙烯/白云母復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能均得到改善，制備成本也得到了有效降低。
4、葉臘石
孔德玉等分別使用酞酸酯偶聯(lián)劑和聚甲基硅烷偶聯(lián)劑對(duì)葉蠟石進(jìn)行機(jī)械力化學(xué)表面改性，并測(cè)定了改性后粉末的分散性、粒度分布和吸水率，發(fā)現(xiàn)偶聯(lián)劑能發(fā)揮分散與助磨作用，提高粉磨細(xì)度和效率；而葉蠟石晶體在機(jī)械力化學(xué)作用下，新生解理面與新生斷面出現(xiàn)了大量活性中心，使表面羥基化，易發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)從而吸附于固體顆粒表面，使礦物表面完全疏水。
基于前者的研究，方偉等將硬脂酸鈣、硬脂酸鈉和甲基硅油與葉蠟石機(jī)械力化學(xué)共磨，并測(cè)試了改性后樣品的接觸角、吸油量和紅外光譜，結(jié)果表明機(jī)械力化學(xué)作用排除了葉蠟石中的羥基，而表面活性劑分子通過(guò)與葉蠟石羥基化表面發(fā)生物理吸附和化學(xué)作用，實(shí)現(xiàn)了葉蠟石表面的疏水化，其中以甲基硅油的效果最好。
5、尾礦
袁明亮等則研究證實(shí)機(jī)械力化學(xué)方法改性鋁土礦尾礦在工藝上是可行的，利用機(jī)械研磨作用可以激活尾礦表面產(chǎn)生新的官能團(tuán)，使酞酸酯偶聯(lián)劑與尾礦以共價(jià)鍵結(jié)合和氫鍵結(jié)合的方式相互連接，達(dá)到改性的目的，研究成果對(duì)提高尾礦資源再利用水平具有指導(dǎo)意義。
資料來(lái)源：《劉春琦,馬天,李釗,等.天然礦物的機(jī)械力化學(xué)活化改性研究進(jìn)展[J].金屬礦山:2021》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處！
更多精彩！歡迎掃描下方二維碼關(guān)注中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng)官方微信（粉體技術(shù)網(wǎng)）
|
